[发明专利]ISOS型环状交直流三端口六边形MMC及控制方法

说明书

本发明涉及电力变换器技术，具体涉及ISOS型环状交直流三端口六边形MMC及控制方法，该变换器包括六个桥臂首尾相连形成的六边形结构，各桥臂包含n个前级逆变单元和与其相连的后级双向有源桥以及1个串联的电感，六边形结构六个顶点依次为R、W、S、U、T、V，RST逆变单元作为第一交流端口，与海上风电场相连；UVW逆变单元作为第二交流端口，与交流大功率负载相连；各桥臂上双向有源桥串联作为第三直流端口，与中压配电网相连。该变换器采用器件复用，减少了开关器件的使用，可实现能量的双向流动；通过前级AC/DC变换与后级DC/DC变换的控制实现了海上风电汇集并入直流配电网与就地消纳，对三个端口的功率进行统一管理。

技术领域

本发明属于电力变换器技术领域，特别涉及ISOS型环状交直流三端口六边形MMC及控制方法。

背景技术

近年来，能源危机日益严峻，新能源发电成为各国优先发展目标。随着新能源资源与负荷需求呈现逆向性分布，需要通过长距离输送至负荷中心；能源密度低，陆地发电站占用面积较大；一些国家土地资源有限，陆上风力与光伏发电开发趋于饱和。对于沿海资源丰富的国家，建造海上风电系统极具开发前景。

海上风电汇集主要有三种形式：高压交流(工频)输电、高压直流输电和分频输电。短距离内HVAC具有经济优势，在中等距离内FFTS具有更好的技术成本优势，在长输送距离中HVDC具有经济优势。

海上风电汇集并入直流配电网与就地消纳，需要AC/AC变换、DC/DC变换等多台装置。考虑设备利用率和减少功率变换级数，可采用经济型的多端口变换器。目前，电力电子装置向着多端口、多级联、多流向和多种电能变换形式的方向发展。

发明专利“六边形结构的能馈型三端口级联变换器拓扑及控制方法(申请公布号CN109004866A，申请日2018.09.04)”应用于中高压双电机驱动的场合。该结构采用了移相变压器，实现了电网的电气隔离；该结构采用PWM整流实现了三个交流端口能量的双向流动。当单电机或双电机制动时产生的能量可通过桥臂逆变单元与PWM整流单元回馈电网，实现了再生能量的利用。但是，该结构的移相变压器增加了装置的体积，且受限AC/AC/AC变换的场景。

发明专利“一种交直流多端口六边形模块化多电平变换器及控制方法(申请公布号CN113437891A，申请日2021.09.24)”应用于海上风光汇集并入交流配电网的场景。该结构包含六个桥臂，每个桥臂采用双向有源桥单元接入海上光伏，双向有源桥单元的输出端与全桥逆变单元相连，逆变单元输出端与电感串联构成一个桥臂。六个桥臂首尾相连形成引出两个交流端口，分别接入海上风电与交流配电网。该类结构通过增加DC/DC前端，并采用高频变压器实现了电气隔离，利用装置的模块集成化，且实现了直流端口、低频与工频交流端口的互联。然而，海上光伏组件串联升压与双向有源桥单元相连，需要考虑光伏组件的绝缘，较高的电压应力给单元开关器件、电容参数选型带来困难。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种输入端串联输出端串联(input-series output-series，ISOS)型环状交直流三端口六边形模块组合多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种ISOS型环状交直流三端口六边形模块组合多电平变换器，包括输入侧海上风电场，输出侧交流大功率负载和中压直流配电网；还包括六个桥臂首尾相连形成的六边形结构，各桥臂包含n个前级逆变单元和与其相连的后级双向有源桥以及1个串联的电感，n为≥1的正整数，六边形结构六个顶点依次为R、W、S、U、T、V，其中，RST逆变单元作为第一交流端口，与海上风电场相连；UVW逆变单元作为第二交流端口，与交流大功率负载相连；各桥臂上双向有源桥串联作为第三直流端口，与中压配电网相连。