[实用新型]一种基于MMC的单相直挂交直交变流系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于MMC单相直挂交直交变流系统，特别涉及交流电气化铁路和电力电子技术领域。

背景技术

随着技术的迅猛发展，电力电子装置实现电压变换和功率传递的技术得到广泛重视和应用，与变压器相比具有一些明显优势：体积小、占地少；输出电压幅值保持恒定(不随负荷变化)，且可平滑调节；电流、电压、功率可控性好；功率因数可调；具有断路器功能，可以迅速限值和切断故障等。还有变压器不具备的性能一可以变换频率和相位。

电力电子技术实现交流电压变换和功率传递分为交交(AC-AC)变换和交直交(AC-DC-AC)变换两类。相比之下，交直交变换有更好的可控性和灵活性，因此，交直交变换是实现交流电压变换和功率传递的主要手段。

交直交变换实现高压交流电压变换和功率传递，通常有两种方式。一是低压侧并联，高压侧级联(串联)。此时，低压侧电压受到电力电子器件的限值而较低，为了防止环流，往往需要借助工频变压器实现电压匹配和隔离。二是采用交直交变换+中高频变压器+交直交变换方式，称为电力电子变压器(PET，power electronic transformer)或固态变压器(SST，solid-state transformer)，由中高频变压器实现电压匹配和隔离，其优点是输入侧和输出侧均可级联而适于较高电压，中高频变压器体积大大缩小，但结构明显复杂，投资加大。

为了取消变换过程中的工频或中高频变压器，德国慕尼黑联邦国防军大学的R.Marquardt和A.Lesnicar于2002年提出了模块化多电平变流器(MMC，modular multilevel converter)技术。MMC具有结构对称、模块化程度高、互换性好、方便实现背靠背联接、组合灵活、易于扩展、开关器件损耗小、谐波特性好等优点，并且不用变压器即可直挂于高压系统，近年来在高压直流输电、静止同步补偿(STATCOM)、统一潮流控制器(UPQC)等领域的应用越来越广泛。显然，当MMC两侧的电压相同或接近时才能发挥其容量的最佳利用。

本实用新型提出基于MMC技术的无变压器的单相直挂变换系统，实现功率传递和无功补偿，主要用于交流电气化铁路的同相补偿装置等供电场合，亦可 用于其它变频场合。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种基于MMC的单相直挂交直交变流系统，实现功率传递和无功补偿，主要用于交流电气化铁路的同相补偿装置等供电场合，亦可用于变频场合本实用新型解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种基于MMC的单相直挂交直交变流系统，其特征在于，由六个MMC桥臂BA联接而成；每个MMC桥臂均由p个结构相同的功率模块PM与一个电感L串联而成；功率模块为单相半桥结构，由一个IGBT半桥和一个直流储能电容构成，六个MMC桥臂呈三相连接且形成二个单相交流端口；二个单相交流端口共用六个MMC桥臂中的二个MMC桥臂，且共有一个端子。

二个单相交流端口电压相角互为90°，其间只传输有功功率时，每个共用MMC桥臂的容量＝×每个非共用MMC桥臂的容量。

本实用新型的工作原理是：基于MMC的单相直挂交直交变流系统在二个单相交流端口之间传递有功功率；二个单相交流端口是对称的，有功功率可双向流动；二个单相交流端口可分别补偿无功功率。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、本实用新型可以实现高压下无变压器的功率传递和无功补偿。

二、本实用新型二个交流端口共用六个MMC桥臂中的二个MMC桥臂，即共用了三相中一相的桥臂，结构简单，容量利用率高。

三、本实用新型在实现有功功率传递和无功功率补偿的同时，可以实现变频、变相功能。

四、本实用新型可以省去与之匹配和隔离的变压器，从而减少占地和投资，降低损耗，提高效率，更加节能环保。

五、本实用新型技术先进、可靠，易于实施。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的MMC桥臂BA结构示意图。

图3是本实用新型实施例的功率模块PM电路结构示意图。

具体实施方式

在本申请中，英文简写BA：bridge arm；PM：power module。

实施例