[发明专利]基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法

权利要求书

1.基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑，其特征在于，包括由输入级和两个输出级组成，其中所述输入级为高压交流级，用于由高压工频交流到高压直流与低压高频交流的电能变换；所述两个输出级分别为高压直流级与低压直流级，用于分别将高压交流级变换后的高压直流与低压高频交流电能转换成高压直流电压与低压直流电压并输出；其中，所述高压交流级由采用三相桥臂的模块化多电平变流器组成，及所述每相桥臂由上下两个半桥臂组成且每个半桥臂由N个半桥子模块或全桥子模块与一个桥臂电感串联构成；所述每相桥臂的上下桥臂的中间点分别经滤波电感连接至中高压交流电网，且将并联三相桥臂后的两个端口作为高压交流级输出端口。

2.根据权利要求1所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑，其特征在于：所述高压直流级包括陷波器与高压直流储能电容，所述陷波器的一个端口与高压交流级的其中一个输出端口串联，且在高压交流级另一输出端口与陷波器的另一端口间作为高压直流级输出端口，以及在高压直流级输出端口间并联高压直流储能电容。

3.根据权利要求2所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑，其特征在于：所述陷波器由滤波电感与滤波电容并联组成。

4.根据权利要求1所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑，其特征在于：所述低压直流级包括隔直电容、高频隔离变压器、H桥电路与低压直流储能电容，其中所述两个高压交流级输出端口串联隔直电容后连接至高频隔离变压器的一次侧端口，且高频隔离变压器的二次侧端口连接H桥电路的第一、二桥臂中间点；所述H桥电路输出端口并联低压直流储能电容后为低压直流级输出端口。

5.根据权利要求4所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑，其特征在于：所述两个输出级还包括低压交流级，该低压交流级包括带通滤波电路和低压交流级电路；所述高频隔离变压器的二次侧端口串联带通滤波电路，及在H桥电路的第一与第二桥臂中间点处并联低压交流级电路；所述低压交流级电路由低压交流滤波电感与低压交流滤波电容串联构成，且将低压交流滤波电容的两端作为低压交流输出端口。

6.根据权利要求4所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑，其特征在于：所述H桥电路由两对串联的开关管并联组成。

7.一种基于上述任一项权利要求所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

对所述高压交流级以低压直流级输出电压或子模块电容平均电压为电压外环反馈量，以高压交流级电流为内环反馈量进行双闭环控制得到三相桥臂基本调制信号，并在该三相基本调制信号叠加高频方波信号分量，以使得高压交流级输出高压直流电压与低压高频电压；分别将高压交流级输出的高压直流与低压高频交流电能转换成高压直流电压与低压直流电压并输出；

并且，当功率在高压交流级与低压直流级之间传输时，控制所述低压直流级产生与所叠加高频方波信号分量同频同相位的电压波形。

8.根据权利要求7所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑的控制方法，其特征在于：所述方法中进行双闭环控制，具体为：

根据采样的高压交流级的三相交流电压与三相交流电流进行PLL锁相得到相位角，并分别对三相交流电压与三相交流电流变换得到各自在d轴与q轴分量；

将低压直流级输出电压或子模块电容平均电压为电压外环反馈量，与给定电压比较，经电压环PI调节后作为d轴电流环的基准值；将得到d轴电流环的基准值与三相交流电流d轴分量比较后的差值，经PI调解后得到d轴输出值；将设定的q轴电流环基准值与三相交流电流q轴分量比较后的差值，经PI调解后得到q轴输出值；对所得到的d轴输出值和q轴输出值解耦运算得到基本调制信号的d轴与q轴分量，经dq反变换得到三相桥臂基本调制信号；

在三相桥臂基本调制信号中注入高频方波信号得到模块化多电平变流器的子模块调制信号;

同时，根据采样的高压交流级中模块化多电平变流器子模块的电容电压分别与给定基准值进行比较，并将比较后的输出经过PI调节后与得到的模块化多电平变流器的调制信号相加，作为该子模块的最终调制信号，以均衡子模块电容电压并调节电力电子变压器输出。

9.根据权利要求7所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑的控制方法，其特征在于：还包括对高压交流级进行环流抑制。

10.根据权利要求9所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑的控制方法，其特征在于：所述对高压交流级进行环流抑制，具体为：

对模块化多电平变流器的三相桥臂和输出端口的电流进行采样和处理，确定桥臂的环流控制输入；根据所确定的桥臂的环流控制输入进行运算及变换得到环流抑制补偿信号；

将模块化多电平变流器的双闭环控制得到的三相桥臂基本调制信号减去环流抑制补偿信号，可得到带有环流抑制效果的三相桥臂基本调制信号。