[发明专利]基于单星型MMC结构的混合型电力电子变压器及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子器件在电力系统中的应用技术领域，尤其涉及一种基于单星型MMC结构的混合型电力电子变压器及控制方法。

背景技术

随着电力电子技术在电力系统中的发展和应用，电力电子变压器由于具有良好的电能质量调节能力受到了人们的日益关注。电力系统网络的不断扩大对电网中的无功补偿设备和电压恢复设备提出了更高的要求。

由于传统的电力电子变压器承受的电压等级较低、输出功率有限，传统的输电变压器不能调节电网电能质量，大量无功功率的存在既占用了输电变压器的容量，也增加了输电过程中电能的损耗。为了实现高电压等级的动态电压恢复和大容量的无功电流补偿，出现了单星型MMC的电力电子变压器拓扑结构。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于单星型MMC结构的混合型电力电子变压器及控制方法，结合传统变压器传输容量大的优势和单星型MMC结构的电力电子变压器对电网质量调节能力强的特点。

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：一种基于单星型MMC结构的混合型电力电子变压器，三相变压器、原边接触器、三相单星型MMC、公共直流母线、三相全桥逆变器、LC滤波器和副边接触器；三相变压器原边绕组采用三角形连接，副边绕组采用星型连接；每一相的单星型MMC通过一个原边接触器并联在该相对应的变压器原边绕组线圈上，三相单星型MMC的输出并联连接在公共直流母线上；三相全桥逆变器的直流输入侧连接在公共直流母线上，交流输出侧经过LC滤波器后，通过副边接触器串联接入三相变压器副边绕组的星型连接中。

进一步地，每一相的单星型MMC由若干半桥模块串联而成，每个半桥模块包括半桥整流电路、直流滤波电容和DHB隔离型DC/DC变换器；半桥模块的输入侧串联半桥整流电路，经过半桥整流电路后通过直流滤波电容进行滤波，再通过DHB隔离型DC/DC变换器将高压直流电压降低，连接到公共直流母线上。

一种基于单星型MMC结构的混合型电力电子变压器的控制方法，所述控制方法包括无功电流补偿控制和动态电压补偿控制；对三相单星型MMC采用电流闭环控制的方法进行无功电流补偿；对三相逆变器采用电压电流双闭环控制的方法进行动态电压补偿。

进一步地，所述无功电流补偿控制包含无功功率计算、补偿电流计算、补偿电流闭环控制、直流母线电压闭环控制和PWM控制；计算输电变压器的无功功率，根据无功电流补偿比例和单星型MMC输出电流的限制计算无功补偿电流，通过电流闭环控制和直流母线电压闭环控制，控制信号经PWM调制控制开关器件，对无功电流进行补偿。

进一步地，所述动态电压补偿控制包含补偿电压计算、电压电流双闭环控制和PWM控制；计算补偿电压，通过电压电流双闭环控制和PWM调制控制开关器件，控制三相全桥逆变器的电压。

有益效果：本发明基于单星型MMC结构的混合型电力电子变压器具有无功电流补偿能力和动态电压补偿能力，可直接适用于不同电压等级电网之间连接；单星型MMC结构整流前级采用半桥结构减少了IGBT的数量，总体上降低了开关器件的数量，降低成本；可以在实现大容量传输功率的同时实现电能质量的综合治理。

附图说明

图1是本发明基于单星型MMC结构的混合型电力电子变压器拓扑结构图；

图2是本发明单星型MMC控制框图；

图3是本发明DHB电压平衡控制框图；

图4是本发明三相全桥逆变器控制框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图1所示是本发明所述的基于单星型MMC结构的混合型电力电子变压器拓扑图，应用于输电系统中，该混合型电力电子变压器拓扑结构包括三相变压器、三相单星型MMC、原边接触器、公共直流母线、三相全桥逆变器、LC滤波器、副边接触器等。

三相变压器包含原边绕组和副边绕组，其中，变压器原边绕组采用三角形连接，连接高压侧网络，副边绕组采用星型连接。