[发明专利]具有中压直流端口的正偶边形固态变压器拓扑簇

说明书

本发明公开了一种具有中压直流端口的正偶边形固态变压器拓扑簇，包括：中压直流端口、正偶边形变换器组合、中间侧变换器和低压侧逆变器，其中：正偶边形变换器组合包括正偶边形变换器，正偶边形变换器包括结构相同的两个主桥臂，分别为左桥臂和右桥臂，左桥臂和右桥臂并联于两个并联点，两个并联点分别和中压直流端口的两端连接；主桥臂包括n个串联的子桥臂，由子桥臂之间的串联连接点引出支路，左桥臂上的支路和右桥臂上的支路配对形成交流端口；子桥臂上包括子模块变换器；n为正整数且n大于等于2。采用上述技术方案，可以提高固态变压器的功率密度。

技术领域

本发明涉及大功率电力电子技术领域，尤其涉及一种具有中压直流端口的正偶边形固态变压器拓扑簇。

背景技术

固态变压器(Solid State Transformer,SST)具有多电压等级接入、高频隔离和控制灵活三个主要特征，是新型电力系统发展中的关键设备之一。其中，具备中压直流直接接入能力和灵活的电能路由能力使其极具竞争力。

这些固态变压器替代了传统的“普通变压器+电力电子变换器”构架方式，使变压器本体智能化，促使多种来源、多种形式的电能能够相互补充、灵活转换，特别有利于以光伏电站为代表的规模化新能源集中式接入。

尽管SST的多功能特征具有很强的吸引力，但它也存在很多不足之处。除了电力电子装置自身的价格因素外，现有SST功率密度低、转换效率低是阻碍其进一步应用的瓶颈问题，而现有SST因低/高频转换需求导致的功率变换级数过多、因模块数量过多导致的辅助环节过多已成为影响这些指标的关键因素。对此，国内外已有诸多研究团队试图从减少功率变换级数、减小模块单元个数的角度改善这些问题，其中，最具代表性的是利用开关元件复用思想在输入级构造功率复合型SST，其被认为能够有效提高SST的功率密度、转换效率和经济性。然而，在现有的固态变压器拓扑研究中，都在尝试通过改进MMC(modular-multilevel-converter，MMC)拓扑的方式对多种频率进行解耦，但是提出解决方案依赖高频变压器的抗饱和设计，或者依赖选频网络进行完全解耦，一定程度上都增大了装置的体积，有违功率复合思想初衷。

发明内容

发明目的：本发明提供一种具有中压直流端口的正偶边形固态变压器拓扑簇，其中，基于正偶边形变换器的结构，可以构造没有选频网络的功率复合型SST新拓扑，使固态变压器的多种频率实现解耦，进一步提高固态变压器的功率密度，并且降低拓扑装置的体积。

技术方案：本发明提供一种具有中压直流端口的正偶边形固态变压器拓扑簇，包括：中压直流端口、正偶边形变换器组合、中间侧变换器和低压侧逆变器，其中：所述正偶边形变换器组合包括至少一个正偶边形变换器，正偶边形变换器包括结构相同的两个主桥臂，分别为左桥臂和右桥臂，左桥臂和右桥臂并联于两个并联点，两个并联点分别和中压直流端口的两端连接；主桥臂包括n个串联的子桥臂，由子桥臂之间的串联连接点引出支路，左桥臂上的支路和右桥臂上的支路配对形成交流端口；子桥臂上包括子模块变换器；n为正整数且n大于等于2；所述子模块变换器，用于直流电和交流电之间的变换；所述中间侧变换器包括单相变压器和整流器，单相变压器原边的两端与正偶边形变换器中的交流端口连接，单相变压器副边的两端与所述低压侧逆变器的两个端口连接，整流器连接于单相变压器副边的两端。

具体的，所述正偶边形变换器组合中，至少包括一个具有两个及以上交流端口的特定正偶边形变换器，所述特定正偶边形变换器至少包括一个被配置为高频端口的交流端口，和一个被配置为低频端口的交流端口。

具体的，正偶边形变换器中的支路，通过共模和/或差模的频率解耦，确定配对方式，形成交流端口。

具体的，所述中间侧变压器，原边的两端与正偶边形变换器中的高频端口连接。

具体的，子模块变换器为全桥结构或半桥结构。

具体的，子桥臂上还包括与子模块变换器串联的滤波电感。