[發明專利]一種高頻鏈互聯的CHB-SST拓撲及其控制方法

有效

• 申請號: 202110461433.7
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113078830B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 孫孝峰;潘禹卓;滕甲訓;楊晨;李昕;王寶誠
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M3/335
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

本發明涉及中低壓混合交直流組網的固態變壓器技術領域，具體涉及一種高頻鏈互聯的CHB?SST拓撲及其控制方法，包括：全橋與電容結構、全橋結構的高頻鏈路、全橋結構與高頻鏈路的四有源橋變換器結構和三相橋臂，所述全橋結構的高頻鏈路和全橋與電容結構組成隔離子模塊，所述全橋結構的高頻鏈路將所有隔離子模塊互聯在一起，所述全橋結構與高頻鏈路的四有源橋變換器結構輸出端并聯形成低壓直流母線，所述三相橋臂中每相橋臂包括n個隔離子模塊和橋臂電感L_a、L_b、L_c；本發明消除了SM電容電壓紋波。

技術領域

本發明涉及中低壓混合交直流組網的固態變壓器技術領域，具體涉及一種高頻鏈互聯的CHB-SST拓撲及其控制方法。

背景技術

伴隨可再生能源滲透率的提高以及直流負荷比重的逐步增大，直流系統在電能傳輸與智能電網中得到越來越廣泛的應用，連接中低壓混合交直流的變壓器技術也逐漸成為研究的熱點。固態變壓器又叫做電力電子變壓器，是將電力電子技術與高頻電能變換技術相結合的新型電力電子設備，在實現傳統變壓器電壓等級變換與電氣隔離的基礎上，能夠在故障隔離、智能通訊、以及連接可再生能源與儲能系統等方面彌補傳統變壓器的不足。

近年來，多電平變換器逐漸發展為大功率中壓變換應用中不可缺少的環節，其中CHB結構每個基本單元都存在著模塊化的直流電壓源，采用全橋子模塊級聯的方式提升輸出電壓等級，對于交流側產生特定數量的電平需要需要最少數量的開關，其控制方法簡單，具備低開關頻率、布局簡單、模塊化程度高、冗余性好等優勢，是當下中低壓直流配電應用中的常用拓撲結構。CHB結構的子模塊電容電壓波動是基于CHB的SST中的固有問題，這通常需要較大尺寸的電容來進行抑制，極大程度的限制了CHB-SST系統功率密度的提升。所以減小CHB電容的尺寸，對于SST的實際工程應用具有重要意義。

目前對于解決CHB結構子模塊電容電壓波動的方法，通常分為硬件濾波與軟件抑制的方法，現已有的大量采用硬件濾除直流電壓紋波的方法主要包括直流側并聯大電容或LC濾波器，以及在直流側并聯有源電力濾波(APF)電路，其中APF電路又分為電容型APF、電感型APF以及LC型APF三種方式。上述采用硬件濾除二倍頻紋波分量的方法，可以取得較好的效果，但增加了額外的電感電容元件和開關器件，增加了系統的空間體積、功率損耗與成本，此外當APF輸出電流的頻率與CHB的開關諧波頻率一致時，諧波能量交換會引起嚴重的直流電容器能量不平衡。針對軟件抑制的方案有的學者提出一種改進的低頻方波調制和高頻脈寬調制混合的調制方法，通過引入零模式工作狀態，來控制子模塊電容的充放電以抑制直流側的電壓波動，有的學者提出了一次側全橋調制的非連續調制方法，以減輕電網側直流鏈路的電壓波動。上述改進調制方法的方案可以在某種程度上實現對紋波的抑制，但增加了控制難度并可能引起直流側電壓的發散，降低DC-DC側的輸出電能質量。另一種軟件抑制的方法是通過注入基于基頻的電流分量來實現三相之間的功率重新分配以抑制直流側電壓波動，上述方案通過功率控制來減小直流側電壓波動，控制結構相對于改進載波調制方法簡單，但增加了跟蹤注入波形的難度。

發明內容

針對上述的不足，本發明提供一種高頻鏈互聯的CHB-SST拓撲及控制方法，消除SM電容電壓紋波實現縮小子模塊電容體積的功能。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：