基于雙電容模塊的mmc型多端口電力電子變壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于電力電子應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于雙電容模塊的MMC型多端口 電力電子變壓器。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子電力變壓器是一種將電力電子變換技術(shù)和基于電磁感應(yīng)原理的電能變換技 術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)將一種電力特征的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N電力特征的電能的新型智能變壓器。 它在完成常規(guī)變壓器變壓、隔離、能量傳遞等功能的同時(shí)，也可以完成波形控制、潮流控制 或電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能，因此它具備解決電力系統(tǒng)中面臨的許多新問題的潛力。但現(xiàn)有結(jié)構(gòu) 的電力電子變壓器也存在一些缺點(diǎn)，特別是多電源場合下的應(yīng)用。
[0003] 傳統(tǒng)的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如基于H橋級聯(lián)的電力電子變壓器，因?yàn)镠橋級聯(lián)結(jié)構(gòu)本 身都沒有高壓直流側(cè)，所以該種電力電子變壓器也沒有高壓直流端口。但是隨著電力和能 源需求的不斷擴(kuò)大，更高效、更節(jié)能的輸電和用電技術(shù)也成為當(dāng)今電力技術(shù)革新的重要方 向，使得高壓直流輸電、直流配電網(wǎng)以及微網(wǎng)等領(lǐng)域逐漸進(jìn)入大家研究的視野，從而出現(xiàn)了 如MMC等相關(guān)技術(shù)，MMC的出現(xiàn)使得高壓直流相關(guān)應(yīng)用變得更可實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，也更符合直流 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?；贛MC型的電力電子變壓器具有了高壓直流端口，使得其與高壓直流電 網(wǎng)的直接接入成為可能。但是最常見的基于半橋模塊的MMC型電力電子變壓器并不具有直 流故障穿越能力，同時(shí)也不具有高壓直流側(cè)低電壓時(shí)的正常運(yùn)行能力，因此對其模塊的改 進(jìn)是十分有必要的，否則可靠性很低，難以適應(yīng)工程的實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:現(xiàn)有的電子電力變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、諧波含量 高、使用效果差、且無法滿足多電源場合下的應(yīng)用需求。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:基于雙電容模塊的MMC型多端口 電力電子變壓器，包括基于雙電容模塊的模塊化多電平變換器MMC、DC/DC變換器和逆變器； DC/DC變換器包括前級部分、高頻變壓部分和后級部分;每個(gè)DC/DC變換器的前級直流側(cè)的 正、負(fù)極與模塊化多電平變換器MMC中每個(gè)模塊中兩個(gè)串聯(lián)電容的正、負(fù)極相連接，所有DC/ DC變換器的后級直流側(cè)正、負(fù)極分別并聯(lián)后與逆變器的直流側(cè)正、負(fù)極相連接;逆變器為三 相四橋臂逆變器;模塊化多電平變換器MMC的P，N端為高壓直流端口，其中P端為高壓直流端 口的正極，N端為高壓直流端口的負(fù)極，模塊化多電平變換器MMC的交流側(cè)a，b和c端口分別 作為為高壓交流端口的a相、b相和c相，每個(gè)模塊后所接的DC/DC變換器的后級I，J端分別并 聯(lián)在一起作為電力電子變壓器的低壓直流端口，其中I端為低壓直流端口的正極，J端為低 壓直流端口的負(fù)極;并聯(lián)后的I，J端口分別與逆變器直流側(cè)的正負(fù)極連接，逆變器的交流側(cè) 作為低壓交流端口。
[0006] 具體的，模塊化多電平換流器中每個(gè)橋臂包括N個(gè)模塊，其中共含有2N個(gè)直流電 容，X個(gè)第一子模塊和Y個(gè)第二子模塊;不考慮第二子模塊工作在負(fù)電壓或冗余情況時(shí)，X+Y =N，（2X+2Y)Vc = Vdc，vm= (2X+2Y)Vc，其中Vdc為高壓直流側(cè)電壓，Vc為每個(gè)直流電容電 壓，vm為高壓交流側(cè)相電壓幅值，考慮冗余情況時(shí)，X+Y2N;當(dāng)模塊化多電平變換器具有直 流故障穿越能力且不考慮第二子模塊工作在負(fù)電壓和冗余的情況，+ 當(dāng) ^ ; 第二子模塊在負(fù)電壓投入運(yùn)行狀態(tài)下，第二子模塊可以投入負(fù)電壓的模塊數(shù)量Z滿足以下 關(guān)系：Z < N/6，Z < Y，當(dāng)高壓直流側(cè)電壓為0的情況下，Z < Y < (Z+N)/2 = (Z+X+Y)/2;還包括 六個(gè)電感;所述電感包括Lap、Lan、Lbp、L bn、Lcp和Lcn; X個(gè)第一子模塊、Y個(gè)第二子模塊和電感Lap 依次串聯(lián)構(gòu)成模塊化多電平變換器MMC的A相上橋臂，電感Lan、Y個(gè)第二子模塊和X個(gè)第一子 模塊依次串聯(lián)構(gòu)成模塊化多電平變換器MMC的A相下橋臂，A相上橋臂和下橋臂連接的中點(diǎn)a 作為電力電子變壓器的高壓交流接口的A相;X個(gè)第一子模塊、Y個(gè)第二子模塊和電感Lbp依次 串聯(lián)構(gòu)成模塊化多電平變換器MMC的B相上橋臂，電感L bn、Y個(gè)第二子模塊和X個(gè)第一子模塊 依次串聯(lián)構(gòu)成模塊化多電平變換器MMC的B相下橋臂，B相上橋臂和下橋臂連接的中點(diǎn)b作為 電力電子變壓器的高壓交流接口的B相;X個(gè)第一子模塊、Y個(gè)第二子模塊和電感1^依次串聯(lián) 構(gòu)成模塊化多電平變換器MMC的C相上橋臂，電感L cn、Y個(gè)第二子模塊和X個(gè)第一子模塊依次 串聯(lián)構(gòu)成模塊化多電平變換器MMC的C相下橋臂，C相上橋臂和下橋臂連接的中點(diǎn)c作為電力 電子變壓器的高壓交流接口的C相;三相上橋臂正極和下橋臂負(fù)極分別是高壓直流端口的 P，N端;每個(gè)第一子模塊的C，D端和第二子模塊的G，H端分別和DC/DC變換器的前級C(G)，D (H)端相連;三個(gè)上橋臂的正極端連接在一起作為電力電子變壓器的高壓直流端口的正極 P，三個(gè)下橋臂的負(fù)極端連接在一起作為電力電子變壓器的高壓直流端口的負(fù)極N。
[0007] 具體的，所述子模塊包括兩個(gè)串聯(lián)的半橋，即包含兩個(gè)直流電容Cl和C2、四個(gè)帶有 反并聯(lián)二極管的絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3和T4;所述11323334的集電極分別與各 自的續(xù)流二極管的陰極相連接，!1^233^4的發(fā)射極分別與各自的續(xù)流二極管的陽極相 連接;所述Tl的發(fā)射極和Τ2的集電極相連接并作為子模塊的正極端Α，Τ1的集電極與Cl的正 極相連接，T2的發(fā)射極與Cl的負(fù)極相連接，所述T4的發(fā)射極和T3的集電極相連接并作為子 模塊的負(fù)極端B，T4的集電極與C2的正極和T2的發(fā)射極相連接，T3的發(fā)射極與C2的負(fù)極相連 接，所述Cl的正極連接DC/DC變換器的正極，C2的負(fù)極連接DC/DC變換器的負(fù)極。
[0008] 具體的，所述子模塊包括一個(gè)T型全橋，即包含兩個(gè)直流電容C3和C4、四個(gè)帶有反 并聯(lián)二極管的絕緣柵雙極型晶體管T5、T6、T7和T8、兩個(gè)反向阻斷絕緣柵雙極型晶體管T9 (TlO)和Τ11(Τ12)，其中T9和TlO為一組，Tll和Τ12為一組;所述Τ5、Τ6、Τ7和Τ8的集電極分別 與各自的續(xù)流二極管的陰極相連接，所述Τ5、Τ6、Τ7和Τ8的發(fā)射極分別與各自的續(xù)流二極管 的陽極相連接;所述Τ5的發(fā)射極、Τ6的集電極、T9的集電極和T10的發(fā)射極相連接作為子模 塊的正極端Ε，Τ5的集電極、C3的正極和Τ7的集電極相連接，并且作為與DC/DC變換器連接的 正極端G，T6的發(fā)射極、C4的負(fù)極和Τ8的集電極相連接，并且作為與DC/DC變換器相連接的負(fù) 極端H，T7的發(fā)射極、T8的集電極、T11的集電極和T12的發(fā)射極相連接作為第二子模塊的負(fù) 極端F，C3的負(fù)極、C4的正極，T9的發(fā)射極、T10的集電極、T11的發(fā)射極和T12的集電極相連 接。
[0009] 具體的，DC/DC變換器的高頻變壓部分是一個(gè)高頻變壓器T，后級部分由一個(gè)H橋電 路和一個(gè)直流電容組成;DC/DC變換器前級部分的交流側(cè)與高頻變壓器T的原方相連接，高 頻變壓器T的副方與DC/DC變換器后級部分的交流側(cè)相連接。
[0010] 具體的，：DC/DC變換器(2)的前級部分采用全橋結(jié)構(gòu)，由四個(gè)帶有反并聯(lián)二極管的 絕緣柵雙極型晶體管組成，其中每兩個(gè)反并聯(lián)二極管的絕緣柵雙極型晶體管串聯(lián)后再并 聯(lián)。
[0011] 具體的，DC/DC變換器的前級部分采用二極管鉗位結(jié)構(gòu)，包含四個(gè)帶有反并聯(lián)二極 管的絕緣柵雙極型晶體管1'13、1'14、1'15、1'16和兩個(gè)二極管01、02，1'13的集電極和(：1或03的 正極相連接，T13的發(fā)射極與D1的陰極和T14的集電極相連接，D1的陽極與Cl或C3的負(fù)極、C2 或C4的正極、D2的陰極、高頻變壓器T的一端相連接，T14的發(fā)射極與T15的集電極和高頻變 壓器T的另一端相連接，T15的發(fā)射極與D2的陽極、T16的集電極相連接，T16的發(fā)射極與C2或 C4的負(fù)極相連接，所述T13、Tl 4、T15和Tl 6的集電極分別與各自的續(xù)流二極管的陰極相連 接，所述T13、T14、T15和T16的發(fā)射極分別與各自的續(xù)流二極管的陽極相連接。
[0012] 具體的，DC/DC變換器(2)的前級部分采用T型三電平結(jié)構(gòu)，包含兩個(gè)帶有反并聯(lián)二 極管的絕緣柵雙極型晶體管Τ17、Τ18和一個(gè)由Τ19和Τ20組成的反向阻斷絕緣柵雙極型晶體 管，Τ17的集電極和Cl或C3的正極相連接，Τ17的發(fā)射極與Τ18的集電極、Τ19的集電極、Τ20的 發(fā)射極、高頻變壓器T的一端相連接，T19的發(fā)射極與T20的集電極、Cl或C3的負(fù)極、C2或C4的 正極、高頻變壓器T的另一端相連接，T18的發(fā)射極與C2或C4的