[發(fā)明專利]一種基于四有源橋的MMC-SST拓撲及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110459768.5
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113037117B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫孝峰;滕甲訓;劉學敏;李昕;王寶誠
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學
• 主分類號: H02M7/537
• 分類號: H02M7/537;H02M3/335;H02M7/483
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

本發(fā)明公開了一種基于四有源橋的MMC?SST拓撲及控制方法，包括模塊化多電平變換器結(jié)構(gòu)、半橋與電容結(jié)構(gòu)、全橋結(jié)構(gòu)、隔離型四繞組高頻變壓器、三相橋臂和公共母線，所述全橋結(jié)構(gòu)和半橋與電容結(jié)構(gòu)組成隔離子模塊，所述隔離型四繞組高頻變壓器作為高頻鏈路將橫向三個隔離子模塊互聯(lián)在原邊側(cè)，隔離型四繞組變壓器的副邊側(cè)通過全橋結(jié)構(gòu)形成低壓直流母線，所述三相橋臂中每相橋臂均分為上橋臂和下橋臂，每相上橋臂均包括n個隔離子模塊和上橋臂電感，每相下橋臂均包括n個隔離子模塊和下橋臂電感。本發(fā)明消除隔離子模塊電容電壓紋波與橋臂中的2倍頻循環(huán)電流，減小電容需求，實現(xiàn)橫向子模塊間的電壓均衡。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子變壓器領(lǐng)域，尤其是一種基于四有源橋的MMC-SST拓撲及控制方法。

背景技術(shù)

伴隨著具備直流功率特性的分布式可再生能源和儲能系統(tǒng)的融入，以及包括LED照明電源，充電樁，數(shù)據(jù)中心等直流負載比重的增加，傳統(tǒng)的交流配電網(wǎng)絡(luò)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，直流配電由于其具備更少的變換級數(shù)，更低的傳輸損耗以及較易接入分布式能源與儲能系統(tǒng)的特點，使其成為未來配電系統(tǒng)的優(yōu)選方案。為適應(yīng)多電壓等級的直流電源與負荷的接入，具備中壓與低壓雙直流母線的配電網(wǎng)絡(luò)成為一種典型的直流配電結(jié)構(gòu)，其中連接中低壓AC/DC網(wǎng)絡(luò)的電力電子變壓器是直流配電網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵裝置。

基于MMC結(jié)構(gòu)的SST，在智能電網(wǎng)、交直流混合配電網(wǎng)中發(fā)揮著重要的電能變換與控制作用，可實現(xiàn)不同電壓等級的交、直流電網(wǎng)之間的互相調(diào)配，提高了交直流電網(wǎng)的柔性調(diào)控能力與可靠性。基于MMC直流母線與DAB變換器級聯(lián)組成的SST拓撲已得到了一些學者的研究。為了減小DAB單元功率容量與中壓直流側(cè)電容數(shù)量，以及簡化SST系統(tǒng)的均衡控制方法，有學者對基于DAB與MMC子模塊級聯(lián)的SST(DM²C-SST)拓撲及其適用性進行分析與探討。有的學者詳細分析了DM²C-SST拓撲子模塊單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計，功率傳輸?shù)倪\行限制及其控制方法，提出了一種通過選擇子模塊電壓直流與交流分量的配比實現(xiàn)功率傳輸控制的策略。有的學者討論了DM²C-SST拓撲中DAB高頻變壓器設(shè)計過程中面臨的挑戰(zhàn)與解決方案，同時證明了DM²C-SST在開關(guān)頻率寬范圍變化時具備良好的運行特性。但DM²C-SST使用組件多，成本較高，不利于推廣應(yīng)用。此外，MMC結(jié)構(gòu)的子模塊電容電壓波動是基于MMC的SST中的固有問題，這通常需要大尺寸電容進行電壓波動抑制，限制系統(tǒng)功率密度的提升。系統(tǒng)的功率密度在實際應(yīng)用中是十分重要的考量標準。

目前對于解決MMC結(jié)構(gòu)子模塊電容電壓波動的策略，有學者提出在交流側(cè)注入共模電壓、在相單元注入環(huán)流抑制電壓波動的方案，但存在橋臂電流增大、直流輸出波形質(zhì)量差等問題。有的學者提出一種通過飛跨電容連接上、下橋臂的方案，可以實現(xiàn)上、下橋臂之間的功率平衡，可以顯著降低電容的電壓紋波。有的學者采用上、下橋臂波動功率耦合方案，利用兩橋臂之間波動功率基頻分量相位相反的特性實現(xiàn)相互抵消，大幅降低了SM電容的尺寸。以上抑制電壓波動的方式通常需要閉環(huán)控制，增加了控制系統(tǒng)的復雜性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種基于四有源橋的MMC-SST拓撲及控制方法，消除子模塊電容電壓紋波與橋臂中的2倍頻循環(huán)電流，減小電容需求，實現(xiàn)橫向子模塊間的電壓均衡。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：