[发明专利]基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构

说明书

本发明公开了基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构，所述变换器包括三个相单元相互并联在高压直流侧端口，每个相单元由上下两个桥臂组成，从每相上下桥臂的连接点引出后串联一个滤波电感为高压交流侧端口，每个桥臂由x个单级式隔离型斩波子模块，y个单级式隔离型全桥子模块和一个桥臂电抗器组成。本发明的优点是：本发明克服了传统MMC高压直流侧与高压交流侧电压等级为固定配比的局限性，通过改变ICC、IBC两种模块的数量，可实现不同中压交直流电压等级配比，而且子模块将高频链技术与模块化多电平技术相结合，各个模块后级部分即高压侧无需支撑电容及均压控制。

技术领域

本发明涉及基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构。

背景技术

近年来，由于节约型、低能耗的可持续发展方式需要，太阳能发电、风能发电等可再生能源发电已成为未来电力系统的发展方向。隔离型中压交直流混合变换技术将在未来的新能源交直流混合智能电网起到重要作用。目前广泛采用级联H桥型、模块化多电平变换器型(MMC)拓扑结构。所提出的中压并网发电系统存在以下主要问题。

1.传统MMC高压直流侧与高压交流侧电压等级为固定配比，具有一定程度的局限性。只能通过串入直流变压器或者接入一个工频变压器改变高压交直流两侧的不同电压等级配比。

2.对于MMC和级联H桥双极式级联型拓扑结构，存在最突出的问题就是由于单相系统固有二次功率波动问题使得各相级联单元中间直流侧需要较大电容来缓冲瞬时功率不平衡来达到稳压目的，从而导致系统体积增大，特别是考虑系统可靠性耳采取薄膜电容时，上述问题将更加突出。

3.MMC的启动控制相对复杂，直流侧电压控制可分为两个阶段，第一个是预充电阶段即功率单元直流电容电压的建立，第二个阶段是MMC正常工作过程中各个级联模块间的电压均衡问题，也是该拓扑的难点之一。

发明内容

本发明的目的在于提供基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构，将高频链与模块化多电平技术相结合，使得各模块高压侧不再需要电容支撑及均压控制。使用不同数量配比的单级式隔离型斩波模和单级式隔离型全桥模块从而达到中高压交直流两侧电压的不同配比以适应与更多的应用场景。同时克服了单级式变换器二次侧换流、电压尖峰等问题，具有高压交流、高压直流及低压直流三个端口。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构，所述变换器包括三个相单元相互并联在高压直流侧端口_，每个相单元由上下两个桥臂组成，从每相上下桥臂的连接点引出后串联一个滤波电感为高压交流侧端口，每个桥臂由x个单级式隔离型斩波子模块，y个单级式隔离型全桥子模块和一个桥臂电抗器组成。

优选的，所述单级式隔离型斩波子模块包括前级H桥、后级H桥和钳位电路，所述前级H桥由四个主动开关管组成，且各个开关管的集电极与反并联二极管阴极相连接，发射极与反并联二极管的阳极相连接；

四个开关管分别为第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第二十开关管，其中，第十七开关管的发射极与第十九开关管的集电极相连接并引出与第一高频变压器一次侧的E端相连接；第十八开关管的发射极与第二十开关管的集电极相连接并引出与第一高频变压器一次侧的F端相连接；第十七开关管和第十八开关管的集电极相连，第十九开关管和第二十开关管的发射极相连，第十七开关管和第十八开关管的集电极与第十九开关管和第二十开关管的发射极分别再与所述低压侧电容的正负两极相并联。

优选的，所述后级H桥包括四个主动开关管第二十一开关管、第二十二开关管、第二十三开关管、第二十四开关管；