[发明专利]一种基于二极管钳位型三电平的模块化固态变压器

说明书

本发明提出了一种基于二极管钳位型三电平的模块化固态变压器，由模块化多电平换流器(MMC)，多个隔离型双有源桥变换器(DAB)，以及三相全桥逆变器构成，其中，MMC的子模块单元采用半桥级联三电平结构，以减少模块数量，DAB的输入端变换器采用二极管钳位型三电平结构，以在输入端匹配MMC子模块单元电压，实现MMC子模块和DAB的互联，而DAB的输出端采用全桥结构，多个DAB输出端并联形成低压直流母线。通过本发明拓扑的应用，可实现多电压等级及多种交直流形态的配电网互联，为未来智能配电网的构建打下装备基础。

技术领域

本发明涉及电力系统中智能配电网技术、电力电子技术等领域，具体地，涉及一种采用二极管钳位型三电平子模块的新型模块化固态变压器拓扑，可应用于实现多电压等级多交直流形态的配电网互联。

背景技术

可再生能源往往以分布式电源的形式接入配电网，转化为电能供给终端用户。然而，传统配电网的运行模式基本是以供方主导、单向辐射状供电为主，其配电一次控制设备(有载调压器、联络开关等)调控能力欠缺，难以满足可再生能源和负荷频繁波动时配电网的高精度实时运行优化需求，且在配网的规划设计阶段和运行管理中，均未考虑分布式电源的接入。随着分布式电源接入量的不断增加，更有电动汽车的快速普及，储能和可控负荷的持续增多，现有配电网架构已很难满足新能源消纳、灵活调控及用户对环境保护、供电可靠性、电能质量和优质服务的要求。

因此，随着电力电子技术的发展，未来配电系统将通过电力电子变压器形成网状的多电压等级交直流混合配电架构。电力电子变压器位于多类型配电网络的中心节点处，将取代传统的配电变压器，需要满足多端口、高变比、多电压形态、故障隔离、高效电能传输等基本需求，并实现多向功率可控、提供多种即插即用接口等高级功能。

经检索，“面向中高压智能配电网的电力电子变压器研究”，电网技术，2013。提出了一种基于模块化多电平换流器(MMC)和双有源桥(DAB)的电力电子变压器拓扑结构，实现多种交直流配电网的互联。但该拓扑的中压网络和低压网络间需通过中压直流母线实现功率传递，导致MMC开关器件的电流应力较大。此外，中压直流母线上需额外串联电容以实现MMC和DAB，增加了装置成本。该拓扑存在较大的优化空间。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提出一种基于二极管钳位型三电平的模块化固态变压器，该模块化固态变压器采用MMC的子模块单元和DAB单元互联以实现中低压配电网间的功率传递，并提供中压直流，中压交流，低压直流，低压交流四类端口，以适用于多电压等级多形态交直流混合配电网互联。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于二极管钳位型三电平的模块化固态变压器，包括模块化多电平换流器(MMC)，多个隔离型双有源桥变换器(DAB)，以及三相全桥逆变器，其中，

所述模块化多电平换流器(MMC)的子模块采用半桥级联三电平结构，所述隔离型双有源桥变换器(DAB)的输入端采用二极管钳位型三电平结构，以在输入端匹配所述模块化多电平换流器(MMC)的子模块电压，实现所述模块化多电平换流器(MMC)的子模块和所述隔离型双有源桥变换器(DAB)的互联；

所述隔离型双有源桥变换器(DAB)的输出端采用全桥结构，多个所述隔离型双有源桥变换器(DAB)输出端并联形成低压直流母线；

所述三相全桥逆变器接在所述低压直流母线上，并形成低压交流端口。

较佳的，所述模块化多电平换流器(MMC)的子模块采用两个半桥级联的方式，实现三电平结构，以减少模块数量以及后级隔离型双有源桥变换器(DAB)数量；

较佳的，所述模块化多电平换流器(MMC)的交流端口与中压交流配电网相连，中压直流端口与中压直流配电网相连；