[发明专利]模块化多电平换流器以及子模块电容电压平衡方法

说明书

本申请提供了一种模块化多电平换流器，属于交直流混合配电网和电力电子变压器领域；具体方案为：模块化多电平换流器，包括：子模块、模块化全桥变换器、模块化高频变压器、共高频母线电路和低压直流系统。子模块设有多个；模块化全桥变换器与每一子模块串联；模块化高频变压器与每一模块化全桥变换器串联；低压直流系统经非模块化的独立全桥变换器并联接入共高频母线电路。本申请降低了电力电子开关的数量，模块化多电平换流器不需要子模块电容电压均衡控制，降低了子模块电容电压的均衡难度。本申请还提供了一种子模块电容电压平衡方法及系统。

技术领域

本申请涉及交直流混合配电网和电力电子变压器技术领域，特别涉及一种模块化多电平换流器以及子模块电容电压平衡方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本申请相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

分布式能源的快速发展带来了配电网消纳清洁能源困难的问题，交直流混合配电网是改善分布式能源消纳的有效解决方案，模块化多电平换流器是连接中压直流配电网和中压交流配电网的关键电力电子设备。为了实现分布式能源的本地化消纳，通过低压直流系统组网是目前新能源发电的新趋势，现有的模块化多电平换流器需要通过子模块串联双有源桥式变换器组成多端口模块化多电平换流器，实现与低压直流系统之间的电能转换和电气隔离，这种多端口模块化多电平换流器存在电力电子开关多，电能转换效率低的问题。

此外，由于模块化多电平换流器采取排序的电容电压平衡控制，子模块所串联的双有源桥式变换器一侧电容电压容易不平衡，降低了变压器效率，提高了双有源桥式变换器的控制难度。

因此，需要开发能够有效降低电力电子开关数量及子模块电容电压均衡难度的多端口模块化多电平换流器，提高不同电气网络间的电能转换效率。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本申请提供了一种模块化多电平换流器以及子模块电容电压平衡方法，降低了电力电子开关的数量，模块化多电平换流器不需要子模块电容电压均衡控制，降低了子模块电容电压的均衡难度。

为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

本申请第一方面提供了一种模块化多电平换流器，包括：子模块、模块化全桥变换器、模块化高频变压器、共高频母线电路和低压直流系统。子模块设有多个；模块化全桥变换器与每一子模块串联；模块化高频变压器与每一模块化全桥变换器串联；低压直流系统经非模块化的独立全桥变换器并联接入共高频母线电路。

可选地，上述模块化多电平换流器包括：三个相单元，每一个相单元由上下两个桥臂串联组成，每个桥臂由一个电抗器L0和N个子模块串联组成。

可选地，上述上下两个桥臂的连接点与三相交流配电网相连，三个相单元上端共电位，下端共电位，且每一相单元的上下端分别与直流配电网的正极配电线和负极配电线相连。

可选地，上述每一子模块均包括：2个电力电子开关和1个子模块电容，每一子模块中的每一电力电子开关由一个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，与一个二极管反并联组成；每一子模块有一个连接端口A-B用于串联接入相单元的桥臂，连接端口A与其对应的每一子模块中的2个电力电子开关连接处共电位，连接端口B与子模块电容负极共电位。

可选地，上述模块化全桥变换器包括：4个电力电子开关和一个辅助电感L1，模块化全桥变换器中的每一电力电子开关由一个IGBT和一个二极管反并联组成；模块化全桥变换器中的电力电子开关两两串联后并联，两个并联连接点C、D分别与子模块电容正负极相连，串联连接点E与辅助电感L1串联，另一个串联连接点F与辅助电感L1另一端G组成全桥变换器高频端口与模块化高频变压器相连。