[发明专利]具备中压直流及真双极低压直流端口的固态变压器

说明书

本发明提供了一种具备中压直流及真双极低压直流端口的固态变压器，包括：模块化多电平换流器以及多个隔离型双向DC‑DC变换器；模块化多电平换流器的三相输出和正负直流母线分别形成稳定的中压交流和中压直流端口；多个隔离型双向DC‑DC变换器的输入侧和模块化多电平换流器子模块的直流侧互联；其中，与模块化多电平换流器上桥臂子模块互联的多个隔离型双向DC‑DC变换器在输出侧并联，构成正极低压直流端口；与模块化多电平换流器下桥臂子模块互联的多个隔离型双向DC‑DC变换器在输出侧并联，构成负极低压直流端口；模块化多电平换流器的桥臂采用基频正序环流注入控制环路，实现低压直流端口为真双极型端口。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域中的智能配电网技术、电力电子技术以及控制技术，具体地，涉及一种具有中压直流及真双极低压直流端口的固态变压器。

背景技术

分布式电源和储能的大量接入，直流负荷的快速发展，使得直流配电技术具有广泛的应用前景。相比于交流配电技术，直流配电技术可更好的兼容分布式电源，储能及直流负荷(电动汽车，数据中心，通信电站等)，无需接入逆变器而降低了设备成本，提高电能传输效率，降低线路及变换器总损耗，避免无功、频率、相位同步等问题。

直流配电线路从电压等级分类，包括中压直流配电和低压直流配电。中压直流配电主要用于各区域交流配电网间的柔性互联，从而提高配电网运行的灵活性和经济性。低压直流配电则服务于用户侧，为直流负荷和小型分布式电源提供灵活、可靠、高效的直流电力网络。

直流配电线路从对地线极性分类，包括单极结构，伪双极结构，真双极结构三种。单极结构将提供对地单极性的直流端口，结构最为简单，成本低，但可靠性较差，当直流母线出现故障时，所有负荷将面临失电的风险，其线路对地绝缘为直流母线全电压；伪双极结构将提供对地正负极性的直流母线，但是工作方式类似单极性结构，无法实现正负两极带不对称负荷运行，但是线路对地绝缘为直流母线电压的一半，该结构可适用于中压直流配电线路，线路故障时，不会影响各区域交流配电网的正常运行，且线路建造成本较低；真双极结构将提供正负极性的低压直流母线与接地中性线，该结构一方面可为负荷提供两种电压等级的直流端口(正/负极对地电压，正负极间电压)，另一方面双极可独立运行，可为不对称负荷供电，且在单极故障时，不将影响另一极的用户。真双极结构具有最广泛的适用性，其结合双母线供电结构，可保证直流配电线路的高供电可靠性与直流负荷接入的灵活性。考虑到低压用户侧直流负荷电压等级的多样性，用户用电的安全性及可靠性，低压直流配电线路需采用真双极结构。

经过检索发现：

Xunwei Yu等在IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS上发表的“SystemIntegration and Hierarchical Power Management Strategy for a Solid-StateTransformer Interfaced Microgrid System”(2014)论文中，提出了一种固态变压器拓扑，可实现中压交流配电网和低压直流微网的互联，但该固态变压器仅能提供低压单极直流母线，若要实现真双极直流微网，需要两套相同的固态变压器装置，装置总成本较高。

因此，本领域目前亟需设计一种电力电子变换器，该电子电力变换器应当具备中压交流、中压直流、真双极低压直流三类端口，一方面，可通过中压直流线路，实现区域交流配电网间的柔性互联；另一方面，可引出真双极低压直流线路，具备带不对称负荷运行的能力，并为低压直流负荷提供两种可选电压等级，节省装置建设总成本。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提出一种具备中压直流及真双极低压极直流端口的固态变压器，该该固态变压器可提供中压交流、中压直流、低压直流三类端口，采用基于基频正序环流注入方法，使低压直流端口为真双极型端口。