[实用新型]一种新型的模块化多电平型固态变压器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种固态变压器(SolidStateTransformer，SST)，具体涉 及一种新型的模块化多电平型固态变压器(MMC-SST)。

背景技术

固态变压器是一种基于大功率电力电子变换技术来实现电压变换和能量传 递的新型智能电力变压器。随着能源互联系统的提出与发展，固态变压器作为 其关键设备电能路由器，受到愈来愈多的关注。

迄今为止，在SST的拓扑结构实现方案和控制方法上，国内外已经取得了 一定的研究成果。目前，固态变压器主要有传统两电平或三电平VSC(Voltage SourceConverter)型固态变压器和H桥级联型多电平固态变压器。但是，要将 两电平SST应用于中高压场合，通常需要将输入级中的全控型电力电子器件串 (并)联使用，这就需要解决均压(均流)问题，就目前来讲，这还是一个很 大的挑战。H桥级联多电平变流器应用到固态变压器中可以满足中高压应用场 合的需要，但其需要大量的全控型开关器件和高频变压器，而高频变压器作为 SST中体积和重量占很大比重的无源器件，其大量使用不利于提高固态变压器 的功率密度。此外，控制系统作为固态变压器的又一核心技术，其好坏将直接 影响整个系统的工作性能。目前固态变压器控制器的设计大都基于dq旋转坐标 系下建立的数学模型，采用基于PI控制器的双闭环控制方式，通过dq解耦控制 实现有功功率与无功功率的独立控制。虽然系统具有良好响应性能，但由于需 要交叉解耦，且反馈解耦效果对参数变化敏感，所以难以实现完全解耦控制， 控制效果的好坏过度依赖于被控对象的数学模型，且控制相对复杂。

实用新型内容

有鉴于此，针对现有固态变压器拓扑结构实现方案的不足，本实用新型的 目的在于提供一种新型的模块化多电平型固态变压器(MMC-SST)。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种新型的模块化多电平型固态变压器，包括模块化多电平变流器、DC-DC 隔离器和DC-AC逆变器；

所述模块化多电平变流器的交流侧连接高压交流电网，直流侧连接所述 DC-DC隔离器的输入端，所述DC-AC逆变器的直流侧连接所述DC-DC隔离器 的输出端，交流侧连接低压交流电网或负载。

进一步地，所述模块化多电平变流器包括第一变流桥、第二变流桥和第三 变流桥，所述变流桥的输入端作为三相交流输入端的一相，所述变流桥包括正 变流臂、负变流臂、第一滤波电抗器和第二滤波电抗器，所述正变流臂的正端 连接到所述模块化多电平变流器的直流正端，进而连接到所述DC-DC隔离器的 正端，所述正变流臂的负端通过所述第一滤波电抗器与电网的一相相连，所述 负变流臂的负端连接到所述模块化多电平变流器的直流负端，进而连接到所述 DC-DC隔离器的负端，所述负变流臂的正端通过所述第二滤波电抗器与电网的 一相相连，所述正变流臂/负变流臂包括多个依次正负串联的功率子模块，所述 功率子模块的直流侧正负分别与高压直流电网的正负连接。

进一步地，所述功率子模块包括直流电容器、第一开关器件、第二开关器 件、第一续流二极管和第二续流二极管，所述第一开关器件和第二开关器件为 全控型半导体开关器件；

所述第一开关器件的集电极与所述第一续流二极管的阴极相连接，所述第 一开关器件的发射极与所述第一续流二极管的阳极相连接；所述第二开关器件 的集电极与所述第二续流二极管的阴极相连接，所述第二开关器件的发射极与 所述第二续流二极管的阳极相连接；所述直流电容器的正端与所述第一开关器 件的集电极相连接，所述直流电容器的负端与所述第二开关器件的发射极相连 接；所述第一开关器件的发射极作为所述功率子模块的正端，所述第二开关器 件的发射极作为所述功率子模块的负端。

进一步地，所述DC-DC隔离器包括第一电容、单相全桥逆变器、高频变压 器、单相全桥整流器和第二电容，所述DC-DC隔离器的直流输入侧并联所述第 一电容形成直流输入端口，所述第一直流电容与所述单相全桥逆变器串联，所 述单相全桥逆变器和所述高频变压器串联，所述高频变压器与所述单相全桥整 流器串联，所述单相全桥整流器与所述第二电容并联形成直流输出端口，所述 直流输出端口与低压直流电网连接，所述直流输入端口与所述功率子模块的直 流输出端连接。