[发明专利]一种基于模块化多电平变换器的电力电子变压器在审
申请号: | 201510005623.2 | 申请日: | 2015-01-06 |
公开(公告)号: | CN104601003A | 公开(公告)日: | 2015-05-06 |
发明(设计)人: | 梅军;郑建勇;吉宇;杜晓舟;马天 | 申请(专利权)人: | 东南大学 |
主分类号: | H02M5/44 | 分类号: | H02M5/44;H02M3/28 |
代理公司: | 江苏永衡昭辉律师事务所 32250 | 代理人: | 王斌 |
地址: | 210096*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 模块化 电平 变换器 电力 电子变压器 | ||
技术领域
本发明属于电力电子在电力系统中应用的技术领域,具体涉及一种基于模块化多电平变换器的电力电子变压器。
背景技术
电子电力变压器(Electronic Power Transformer,EPT)又被称为电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)或固态变压器(Solid State Transformer,SST),其是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的电能变换技术相结合,实现将一种电力特征的电能转变为另一种电力特征的电能的新型智能变压器。相对于传统变压器而言,电力电子变压器具有如下优点:(1)体积小,重量轻,环境污染小;(2)运行时二次侧输出电压幅值恒定,不随负载变化,且平滑可调;(3)一次、二次侧电压为正弦波形,功率因数可调;(4)一次、二次侧电压、电流和功率均高度可控;(5)本身具有断路器的功能,无需传统的变压器继电保护装置。电力电子变压器是集电力电子、电力系统、计算机、数字信号处理以及自动控制理论等领域为一体的电力系统前沿研究课题,也是解决电能质量问题,建设“绿色电网”、“数字电网”的可行途径之一。目前在国内外,关于电力电子变压器有很多相关的研究和开发。
模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)是一种适用于中高压应用场合的新型变换器。这种结构具有很大的优势,与目前主要的二极管钳位型、飞跨电容型多电平拓扑相比,MMC具有损耗小、冗余性好、开关频率低、输出谐波少等特点。与级联H桥多电平拓扑相比,MMC具有公用直流母线以及良好的四象限工作性能等特点。MMC的每个子模块结构相对简单,控制容易,可以无限扩展,特别适用于高压大容量领域。将MMC取代级联H桥作为PET的高压侧变换器得到高压直流母线。中间的DC-DC变换器则实现高压侧和低压侧隔离功能。这种基于MMC的PET具有如下的特点和优势:1)为三相结构,可提高直流输出电压质量。2)可以显著减少高频变压器的用量。3)可以减少电力电子开关器件的用量。
发明内容
本发明的目的是克服目前电力电子变压器的不足,采用MMC拓扑取代传统的VSC拓扑作为高电压电网的接口,有效地增强了系统的可靠性。由于MMC的四象限运行特点,该电力电子变压器可以实现双向潮流流动,且控制简单、鲁棒性强。
本发明的技术方案:在高压交流电网的电能传输中采用背靠背的MMC拓扑结构,其中MMC整流电路采用的是工频调制,而DC/DC变压器中的MMC逆变电路则采用中频调制,这样产生了高压中频交流电,有效地降低了变压器的体积和重量。当然,为了减少系统THD,这两块电路的主拓扑也可以采用全半桥混合的新型MMC拓扑。
低压工频整流电路具有不控整流、VSC全桥整流这两种拓扑结构,前者的潮流是单向的,即从高压侧到电压侧。后者的潮流则是双向的,可以满足新能源接入等要求。
本发明的优点在于:1)基于MMC的电力电子变压器为三相结构,可提高直流输出电压质量、显著减少中频变压器的体积和重量、减少电力电子开关器件的用量。
2)基于MMC的电力电子变压器中存在高低压直流母线、高低压交流母线,为交直流新能源的接入提供了接口。
附图说明
图1是本发明的系统连接原理框图。
图2(a)是本发明中基于 MMC的高压整流电路原理图。
图2(b)是本发明中基于全半桥混合式MMC的高压整流电路原理图。
图3(a)是本发明中基于MMC逆变电路和不控整流电路的DC/DC变压器原理图。
图3(b)是本发明中基于MMC逆变电路和可控整流电路的DC/DC变压器原理图。
图3(c)是本发明中基于全半桥混合式MMC逆变电路和不控整流电路的DC/DC变压器原理图。
图3(d)是本发明中基于全半桥混合式MMC逆变电路和可控整流电路的DC/DC变压器原理图。
图4是本发明的低压逆变器电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
如图1所示,本发明电力电子变压器由换流变压器高压MMC整流电路(1)、DC/DC变压器(2)、低压逆变电路(3)组成;3部分电路依次连接,有效地构成了基于MMC的电力电子变压器。
如图2(a)、2(b)所示,本发明采用MMC或全桥半桥混合式MMC的高压整流电路,可以有效地将高压交流电转变为高压直流电。
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