[发明专利]基于双电容模块的MMC型多端口电力电子变压器

说明书

本发明公开了基于双电容模块的MMC型多端口电力电子变压器，包括模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter,MMC）、DC/DC变换器和逆变器，其中MMC中有两种子模块；DC/DC变换器分为前级部分、高频变压部分、后级部分，其中前级部分有四种选择拓扑。本发明能在高压直流侧低压时运行；具有直流故障穿越能力且所使用器件较少；MMC中模块与DC/DC变换器分别承担直流电压控制和功率控制；可对模块单个电容电压单独控制或两个电容电压同时控制；具有高压直流、高压交流、低压直流和低压交流四个端口，适合于多种类多电压等级的高压大功率场合，特别是应用于能源互联网中，如作为能量路由器等。

技术领域

本发明属于电力电子应用的技术领域，尤其涉及基于双电容模块的MMC型多端口电力电子变压器。

背景技术

电子电力变压器是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的电能变换技术相结合，实现将一种电力特征的电能转变为另一种电力特征的电能的新型智能变压器。它在完成常规变压器变压、隔离、能量传递等功能的同时，也可以完成波形控制、潮流控制或电能质量调节功能，因此它具备解决电力系统中面临的许多新问题的潜力。但现有结构的电力电子变压器也存在一些缺点，特别是多电源场合下的应用。

传统的多电平拓扑结构，如基于H桥级联的电力电子变压器，因为H桥级联结构本身都没有高压直流侧，所以该种电力电子变压器也没有高压直流端口。但是随着电力和能源需求的不断扩大，更高效、更节能的输电和用电技术也成为当今电力技术革新的重要方向，使得高压直流输电、直流配电网以及微网等领域逐渐进入大家研究的视野，从而出现了如MMC等相关技术，MMC的出现使得高压直流相关应用变得更可实现和应用，也更符合直流相关技术的发展。基于MMC型的电力电子变压器具有了高压直流端口，使得其与高压直流电网的直接接入成为可能。但是最常见的基于半桥模块的MMC型电力电子变压器并不具有直流故障穿越能力，同时也不具有高压直流侧低电压时的正常运行能力，因此对其模块的改进是十分有必要的，否则可靠性很低，难以适应工程的实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有的电子电力变压器结构复杂、成本高、谐波含量高、使用效果差、且无法满足多电源场合下的应用需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于双电容模块的MMC型多端口电力电子变压器，包括基于双电容模块的模块化多电平变换器MMC、DC/DC变换器和逆变器；DC/DC变换器包括前级部分、高频变压部分和后级部分；每个DC/DC变换器的前级直流侧的正、负极与模块化多电平变换器MMC中每个模块中两个串联电容的正、负极相连接，所有DC/DC变换器的后级直流侧正、负极分别并联后与逆变器的直流侧正、负极相连接；逆变器为三相四桥臂逆变器；模块化多电平变换器MMC的P，N端为高压直流端口，其中P端为高压直流端口的正极，N端为高压直流端口的负极，模块化多电平变换器MMC的交流侧a，b和c端口分别作为为高压交流端口的a相、b相和c相，每个模块后所接的DC/DC变换器的后级I，J端分别并联在一起作为电力电子变压器的低压直流端口，其中I端为低压直流端口的正极，J端为低压直流端口的负极；并联后的I，J端口分别与逆变器直流侧的正负极连接，逆变器的交流侧作为低压交流端口。