[发明专利]基于MMC的电子电力变压器

说明书

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，特别是涉及基于MMC的电子电力变压器。

背景技术

随着世界经济的不断发展，各种形式的电力需求增长越来越快，能源短缺、环境保护等问题日益严重，而以风力发电、太阳能发电为代表的可再生能源发电技术正逐渐成为未来电力系统技术的发展方向和研究热点。但这些清洁能源往往存在诸如位置分散、远离电力用户中心等特点，基于电压源型变换器的高压直流输电系统能加这些小型分布式电源系统通过经济、环保的方式接入交流电网，高压大功率的电压型器是该类系统的核心部件。高压大功率变换场合的电力电子装置需要具备尽可能高的电压等级和功率处理能力，而实现高压大功率变换器的关键技术之一是大功率变换器拓扑。近几十年来，多电平变换技术(主要指电压型多电平变换器)得到不断推广。但是由于采用直接串联技术，器件参数的不一致不仅会带来器件均压问题、电磁干扰问题，还会因开关频率过高带来较大的开关损耗等原因，难以在高压直流输电领域得到广泛的运用。

模块化多电平变流器(Modualize Multi-level Converter，MMC)拓扑由德国慕尼黑联邦国防军大学于2002年首次提出并应用于高压直流输电系统领域，以其独特的结构和技术优势正成为研究热点。此拓扑无需器件的直接串联，且具有模块化构造，每个模块可使用相同的硬件结构，无需移相变压器，拥有广阔的应用前景。尽管模块化多电平变流器的相关理论和技术研究取得了一定进展，但是还有一些问题未得到完全解决。比如MMC在不对称电网/负载等特殊应用场合下的环流问题，换流的存在会带来一些负面的影响，但是现在还没有有效的解决办法。MMC功率电源的直流侧电容电压中含有大量基频和二次谐波，将导致交流输出桥臂电流中出现不可忽略的低次谐波分量，进而影响系统的输出特性。MMC各功率单元的直流电容相互独立，主电路元器件为非理想元件，容易导致直流电容电压不平衡和直流电容电压脉动现象。

目前MMC中直流电容电压平衡控制主要是通过外部的平衡控制电路来实现，通过外部平衡控制电路的方法虽然可简化控制程序的算法设计，但由于需要额外的硬件电路和控制系统，增加了系统的成本和复杂性，降低了系统的可靠性。

发明内容

基于此，有必要针对一般MMC中直流电容电压平衡控制不易实现的问题，提供一种容易实现直流电容电压平衡控制的基于MMC的电子电力变压器。

一种基于MMC的电子电力变压器，包括模块化多电平变流器和DC-DC隔离器，所述模块化多电平变流器的交流侧连接高压交流电网，所述模块化多电平变流器的直流侧连接所述DC-DC隔离器，所述模块化多电平变流器包括多个串联连接的子模块，所述子模块的直流侧正负分别与高压直流电网的正负连接，所述DC-DC隔离器包括第一电容和第二电容，所述DC-DC隔离器的直流输出侧并联所述第一电容形成直流输出端口，所述直流输出端口与低压直流电网连接，所述DC-DC隔离器的直流输入侧并联所述第二电容形成直流输入端口，所述直流输入端口与所述子模块的直流输出端连接;

所述子模块包括半桥电路和电容，所述半桥电路与所述电容并联。

在其中一个实施例中，所述基于MMC的电子电力变压器还包括DC-AC逆变器，所述DC-AC逆变器直流侧连接所述低压直流电网，所述DC-AC逆变器交流侧连接低压交流电网。

在其中一个实施例中，所述DC-DC隔离器还包括逆变器、中频变压器和整流器，所述逆变器的直流侧并联有所述第二电容，所述逆变器的直流侧与所述子模块的直流输出端连接，所述逆变器的交流侧连接所述中频变压器的原方，所述整流器的交流侧连接所述中频变压器的副方，所述整流器的直流侧并联有所述第一电容，所述整流器的直流侧连接所述低压直流电网。

在其中一个实施例中，所述DC-DC隔离器还包括逆变器、中频变压器和整流器，所述第一电容、所述第二电容、所述逆变器、所述中频变压器和所述整流器的个数为多个，所述中频变压器的原方连接所述逆变器的交流侧，所述中频变压器的副方连接所述整流器的交流侧，所述逆变器的直流侧并联有所述第二电容，多个所述逆变器的直流侧级联形成所述直流输入端口，所述直流输入端口与所述子模块的直流输出端连接，所述整流器的直流侧并联有所述第一电容，多个所述整流器的直流侧并联形成所述直流输出端口，所述直流输出端口与所述低压直流电网连接。