[发明专利]面向交直流混合配电网的功率复合型模块化多电平固态变压器拓扑结构

说明书

本发明公开了一种面向交直流混合配电网的功率复合型固态变压器拓扑结构，包括位于高压侧的模块化多电平变换器、中间侧的高频AC‑DC变换器和低压侧的逆变器。模块化多电平变换器的三相上下桥臂中点各引出一条支路经隔直电容接入高频变压器，形成一条新的高频功率流通路径，并同时在目标调制信号中叠加高频分量，将高压侧的能量以高频功率的形式经此高频流通路径引入高频变压器并传送至低压侧，使得高压侧输入级和中间侧隔离级采用功率复合思想进行一体化功率变换，有效减少了功率变换级数，功率变换更为集成，功率传递效率更高。同时，本发明中高频传输功率既不会流向高压直流端口，又不会流向基频交流端口，无需陷波器等频率选择装置。

技术领域

本发明属于高压大功率电力电子技术领域，主要涉及一种面向交直流混合配电网的功率复合型固态变压器拓扑结构。

背景技术

在传统交流配电网中，电力变压器是实现电压等级变换和电气隔离的关键设备，但由于其功能较为单一、需要大量磁性材料和无法直接接入或处理直流形式电能等缺点，无法满足未来智能配电网的需求，因此，基于全控型电力电子器件的固态变压器应运而生。

固态变压器又称电力电子变压器、电子电力电压器或智能变压器，其在2011年被美国MIT杂志评为最具潜力的十大技术之一，是未来配电网实现灵活能量路由的关键设备之一。与传统电力变压器相比，固态变压器具有五大优点：1)灵活、连续的输入电压/电流、输出电压/电流控制能力，功率传输双向可控；2)具有一体化的谐波/无功/不平衡补偿、动态电压恢复等电能质量治理能力；3)可直接接入、处理直流形式电能，更利于交直流混合系统的柔性互联；4)全电力电子化故障管理能力，故障处理时间短，无需额外的继电保护装置；5)磁性材料使用少，无需变压器油，更环保。

然而，现有固态变压器还不能完全替代传统电力变压器，其原因除了电力电子器件自身制造工艺引起的装置成本高外，还主要受制于功率密度低、传输效率低等关键问题。目前已有很多研究人员提出了固态变压器的拓扑，但一般都是高压侧采用模块化多电平变换器或级联H桥变换器，中间侧采用ISOP或独立的DAB变换器进行DC-DC变换，其功率变换级数过多，整机装置体积大、效率低。发明专利CN 106787861 A公开了一种模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑，其在星形连接的级联H桥各相桥臂构造高频传输路径，但其不具备高压直流接口，无法直接接入高压直流形式的电能；发明专利CN 107623456 A公开了一种基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法，发明专利CN 107612407 A公开了一种高功率密度电力电子变压器拓扑结构及其控制方法，发明专利CN 108832825 A公开了一种高功率密度的多端口电力电子变压器拓扑，此三项发明专利都是通过构造高频功率流通路径引出高频功率，但它们都需要配置陷波器、高通滤波器等频率选择装置来引导高频与低频形式的功率按需流通，成本相对较高。

发明内容

发明目的：针对现有固态变压器变换级数多、传输效率低，而现有功率复合型固态变压器依赖选频装置等问题，本发明提出一种面向交直流混合配电网的功率复合型模块化多电平固态变压器拓扑结构。