[发明专利]面向中高压智能配电网的电力电子变压器

说明书

本发明公开了一种面向中高压智能配电网的电力电子变压器，包括位于高压侧的模块化多电平变流器、中间侧的输入串联输出并联隔离型DC‑DC变换器和低压侧的变流器；模块化多电平变流器输出的正极连接第一个隔离型DC‑DC变换器模块的输入侧逆变桥前一桥臂的中间点，负极连接最后一个隔离型DC‑DC变换器模块的输入电容负端；相邻两个隔离型DC‑DC变换器模块的连接方式为前一模块的输入电容负端连接后一模块的逆变桥前一桥臂的中间点。本发明可以避免在MMC模块输出电压短路的情况下，ISOP输入电容短路的问题；ISOP模块间采用交错控制的调节方式，使得输入电流纹波减小，有利于降低系统体积；成本较低，便于进一步的推广应用。

技术领域

本发明涉及一种电力电子变压器，尤其涉及一种面向中高压智能配电网的电力电子变压器。

背景技术

智能电网及其相关技术的推广应用有力的推动了我国在能源领域的节能，促进风能太阳能等可再生能源的并网发电，使未来电网朝着更加智能、灵活、互动的方向发展。而未来智能电网的各项目标和功能，如高供电质量、便于可再生能源发电接入等功能能否实现，很大程度上取决于电网中电气设备的性能和智能化水平。

配电变压器是配电网中最重要和应用最普遍的一类设备，其作用一般是将6～35kV的配电电压降至400V左右输出给用户。我国配电变压器的年产量达5000万kVA左右，约占变压器总年产量的1/3。因此，配电变压器的技术性能与经济指标都会直接影响未来智能电网的供电电能质量和智能化程度。然而，传统的配电变压器与智能电网的智能、兼容、高供电质量等要求有很大差距。

在此背景下，将电气隔离、电压变换、无功补偿等功能集于一身的电力电子变压器成为对传统变压器及电力电子设备进行集成优化、提高电网设备智能化水平的重要设备。

中国科学院电工研究所提出了一种新型的电力电子变压器的结构，该变压器由高压交流侧的模块化多电平变流器(modular multilevel converter，MMC)、中间输入串联输出并联(input series output parallel，ISOP)隔离型DC-DC变换器和低压侧的三相四桥臂逆变器构成。但是，此变压器中ISOP隔离型DC-DC变换器系统输入端采用电容直接串联的方法将每个模块相连接的方法从而实现输入端的串联，此种方法在MMC模块输出电压短路时会导致所有的分压电容一起短路从而会烧坏元器件。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种面向中高压智能配电网的电力电子变压器，ISOP隔离型DC-DC变换器系统输入端采用新的输入串联方式，在MMC模块输出电压短路时避免电容短路问题。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种面向中高压智能配电网的电力电子变压器，包括位于高压侧的模块化多电平变流器、中间侧的输入串联输出并联隔离型DC-DC变换器和低压侧的变流器；模块化多电平变流器用于将三相交流变换成高压直流；隔离型DC-DC变换器用于将模块化多电平变流器得到的高压直流变换成低压直流；变流器用于将低压直流变换成负载需要的电流；模块化多电平变流器输出的正极连接第一个隔离型DC-DC变换器模块的输入侧逆变桥前一桥臂的中间点，负极连接最后一个隔离型DC-DC变换器模块的输入电容负端；相邻两个隔离型DC-DC变换器模块的连接方式为前一模块的输入电容负端连接后一模块的逆变桥前一桥臂的中间点。

进一步，低压侧为三相四桥臂逆变器；三相四桥臂逆变器用于将低压直流变换成三相四线交流。

进一步，高压侧的模块化多电平变流器采用基于电网电压的定向矢量控制策略；中间侧的输入串联输出并联隔离型DC-DC变换器采用双极性调制方式；低压侧的变流器采用双闭环控制策略。