[发明专利]一种基于多绕组变压器耦合的功率变换器

说明书

本发明公开了一种基于多绕组变压器耦合的功率变换器，功率变换器为三相系统，包括多绕组变压器和若干组AC/DC变换器，所述多绕组变压器一次侧连接交流电网，所述多绕组变压器二次侧连接AC/DC变换器交流侧，所述AC/DC变换器直流侧串联连接形成中压直流端口。本发明的优点是：通过多绕组变压器耦合提高功率变换器传输容量与电压等级，简化系统控制策略提高了系统的可靠运行能力并且增加系统冗余性，在保证系统可靠运行的情况下能有效提高电网对分布式发电的消纳能力。

技术领域

本发明涉及中压直流输电系统领域，具体涉及一种基于多绕组变压器耦合的功率变换器。

背景技术

工业化所带来的环境污染问题以及一次能源逐渐枯竭的现状已经成为21世纪人类社会所面临的两大难题。环境污染主要由于一次能源的大规模消耗引起，所以解决以上两个难题的根本在于能源转型与替代，即开发利用清洁能源。

以风力发电和光伏发电为主的分布式发电(DG)成为一次能源的主要替代者，但是由于分布式发电的间歇性以及随机性特征导致其大规模接入电网时会对大电网系统稳定运行构成一定的威胁，从而造成了局部地区出现“弃风弃光”现象，严重阻碍了分布式发电的开发利用。如何提高大电网系统对分布式发电的消纳能力成为现阶段的主要研究热点。直流输配电系统相比较于交流系统不存在频率稳定问题，逐渐成为有效消纳分布式发电的新型网络构架，负荷侧的多样性发展也促进了直流输配电系统的应用。

功率变换器是中压直流输电系统(MVDC)的重要组成部分。基于半控型器件晶闸管(SCR)的功率变换器在中压直流输电系统(MVDC)中得到广泛应用，但是存在谐波污染、可控性低等缺点；以全控型器件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为主的VSC可以实现四象限运行控制，逐渐成为MVDC功率变换器的主要拓扑结构，为了应用在高压大容量场合，通常采用IGBT串联组成VSC桥臂，从而导致控制系统更加复杂，降低了系统冗余性与可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多绕组变压器耦合的功率变换器，以期通过多绕组变压器耦合提高功率变换器的传输容量与电压等级，简化系统控制策略从而提高系统冗余性与可靠性。

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：一种基于多绕组变压器耦合的功率变换器，功率变换器为三相系统，包括多绕组变压器和若干组AC/DC变换器，所述多绕组变压器一次侧连接交流电网，所述多绕组变压器二次侧连接AC/DC变换器交流侧，所述AC/DC变换器直流侧串联连接形成中压直流端口。

优选的，所述多绕组变压器一次侧采用Yg型接线方式，二次侧采用Δ型接线方式。

优选的，所述若干组的AC/DC变换器分为上桥臂单元和下桥臂单元，上桥臂单元和下桥臂单元直流端连接点O为接地点。

优选的，上桥臂单元和下桥臂单元各包括至少一个AC/DC变换器，上桥臂单元和下桥臂单元中包含的AC/DC变换器数量由中压直流端口电压和AC/DC变换器输出电压的大小确定。

优选的，所述AC/DC变换器采用电压源型两电平拓扑结构，交流侧连接至多绕组变压器二次侧，直流侧采用串联的形式，形成中压直流端口。

优选的，所述AC/DC变换器采用电压源型三电平拓扑结构，与两电平相比，直流侧电容引出一个中点O，每相开关数量由两个变为四个，同时增加一对钳位二极管。相对中点O，每相输出电压变为三个相位。

与现有技术相比，本发明的优点是：通过多绕组变压器耦合提高功率变换器传输容量与电压等级，简化系统控制策略提高了系统的可靠运行能力并且增加系统冗余性，在保证系统可靠运行的情况下能有效提高电网对分布式发电的消纳能力。

附图说明

图1为本发明的基于多绕组变压器耦合的功率变换器三相拓扑结构图；

图2为AC/DC变换器三相两电平拓扑结构图；