模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑制造技术

本发明专利技术属于电力电子技术领域，尤其涉及一种模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑，具体包括三相星接结构的高压侧三相，每相结构相同，每相包含N

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑
本专利技术属于电力电子
，尤其涉及一种模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑。
技术介绍
电力电子变压器是具有电压变换、无功补偿、不平衡控制、电能质量治理等功能的电力电子装置。电力电子变压拓扑种类很多，常见的有AC/AC型、AC/DC/DC型和AC/DC/DC/AC型。AC/AC型拓扑属于矩阵型结构，桥臂之间的耦合度较高，影响输出波形质量；AC/DC/DC型，具有电容器实现去耦合，输出波形质量较好，同时，这种拓扑能够提供高压、低压直流母线，方便电网互连；AC/DC/DC/AC型在AC/DC/DC型基础上加入了低压直流侧逆变环节，另可实现传统变压器的交-交变换功能。电力电子变压器相对于传统变压器，结构复杂，元器件种类、数量繁多，功率密度较低，整体造价高。上述电力电子变压器结构中级数较低的AC/AC型难以保证良好波形，级数较多的AC/DC/DC/AC型结构复杂。如何在不影响电力电子变压器输出波形或对输出波形影响较小的情况下简化电力电子变压器结构，减少电力电子变压器器件数量，提高功率密度，降低成本，对推动电力电子变压器应用具有重要意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑，其包括三相星接结构的高压侧三相，每相结构相同，每相包含Nt个子单元和Nt个低压侧全桥模块；每个子单元包含一个谐振LC、一台高频变压器，每相的高压侧MMC全桥模块；每个高压侧MMC全桥模块包含2个端子P1和P2；子单元内部的高压侧MMC模块级联即一个高压侧MMC全桥模块的P1端子与另一个高压侧MMC全桥模块的P2端子连接，子单元中最上层高压侧MMC全桥模块的P1端子和最下层高压侧MMC全桥模块的P2端子构成了子单元对外的两个端子P1、P2；每相最上层子单元的P1端子串联高压侧滤波电感Lf后形成Po端子，Po端子与对应相电网连接，每相最下层子单元的P2端子称作Pn端子，三相Pn端子连接于一点，构成星型结构；所述谐振LC串联于子单元中最上层高压侧MMC全桥模块的P1端子与高频变压器原边之间；所述高频变压器，其原边一个端子与谐振LC连接，另一个端子与子单元中最下层高压侧全桥MMC模块的P2端子连接，其副边两端子分别与低压侧全桥模块的端子P3、P4连接；所述低压侧全桥模块，每个低压侧全桥模块包含4个端子P3、P4、Pu、Pd，其P3、P4端子与高频变压器副边两端子连接，且与P3连接的高频变压器副边端子与高频变压器原边和谐振LC连接的端子为同名端；所有低压侧全桥模块的Pu连接形成低压直流母线的正母线，所有低压侧全桥模块的Pd连接形成低压直流母线的负母线。所述高压侧MMC全桥模块为单相全桥结构，包含4个IGBT与1个电容。所述谐振LC由1个谐振电感LH与1个谐振电容CH串联而成。所述高频变压器为双绕组变压器。所述低压侧全桥模块为单相全桥结构，包含4个IGBT和1个电容。每相中相邻的两个子单元各输出的基频相电压，且这两个子单元输出的高频方波幅值相同、相位相反，保证输出相电压中高频方波电压相互抵消。在输出方波相位本来相同的各个子单元之间，设置输出方波相移，减小高压侧输送至低压直流母线上的功率波动，输出方波相位相反的子单元之间，不再增设这部分相移。所述子单元中的高压侧MMC全桥模块数N的计算方法为：每个MMC全桥模块的额定电压为Ucr，每个全桥MMC模块同时输出(1-δ)Ucr幅值的基频电压和δUcr幅值的高频方波电压，δ为高频方波电压百分比，且δ<1；为了保证与高压交流系统功率交换所需要的相电压输出幅值为Up，则子单元中的高压侧MMC全桥模块数高压侧MMC全桥模块；δUcr×N为每台高频变压器原边输入的高频方波电压幅值，应等于高频变压器原边额定电压，得δ的值。所述高压侧MMC全桥模块，考虑模块均压功能后其调制波为函数其中Um为考虑模块均压功能之前，高压侧MMC全桥模块的调制波信号，P为模块均压控制比例系数，Ileg为流入该子单元的电流，其参考方向由电网指向电力电子变压器，Ucx为第x个高压侧MMC全桥模块电容电压实际值,Ucr为模块电压参考值；各个模块的调制波根据模块自身电容电压与参考电压的差异进行修正，保证子单元内部各个模块电压差异较小。有益效果本专利技术提出的一种模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑属于AC/DC型拓扑，能够实现交-直变换，耦合度较低，输出波形良好，且能够提供低压直流母线，若在低压直流侧增加逆变环节，可实现直-交变换功能。本专利技术的优势是能够减少模块数，减少开关数，节省电容器，简化控制器硬件的复杂程度，降低电力电子变压器制造成本，提高功率密度。附图说明图1为模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑图。图2为高压侧MMC全桥模块结构图。图3为低压侧全桥模块结构图。图4为双星型连接的AC/DC/DC型电力电子变压器拓扑。图5为本专利技术拓扑带125kW负载时的高压侧电流PSCAD仿真波形。图6为本专利技术拓扑带125kW负载时的低压直流母线电压PSCAD仿真波形。其中：高压侧每相桥臂与高压电网连接点Po，三相桥臂公共连接点Pn，低压侧正直流母线DC+与低压侧全桥模块连接点Pu，低压侧负直流母线DC-与低压侧全桥模块连接点Pd，高压侧MMC全桥模块左侧上下IGBT连接点P1，高压侧MMC全桥模块右侧上下IGBT连接点P2，低压侧全桥模块左侧上下IGBT连接点P3，低压侧全桥模块右侧上下IGBT连接点P4，谐振电感LH，谐振电容CH,滤波电感Lf，三相电网电压Usa、Usb、Usc，子单元电流Ileg,低压直流母线电容CL。具体实施方式本专利技术提出了一种模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑。如图1所示，包括三相星接结构的高压侧三相，每相结构相同，每相包含Nt个子单元和Nt个低压侧全桥模块；每个子单元包含一个谐振LC、一台高频变压器，每相的高压侧MMC全桥模块；每个高压侧MMC全桥模块包含2个端子P1和P2；子单元内部的高压侧MMC模块级联即一个高压侧MMC全桥模块的P1端子与另一个高压侧MMC全桥模块的P2端子连接，子单元中最上层高压侧MMC全桥模块的P1端子和最下层高压侧MMC全桥模块的P2端子构成了子单元对外的两个端子P1、P2；每相最上层子单元的P1端子串联高压侧滤波电感Lf后形成Po端子，Po端子与对应相电网连接，每相最下层子单元的P2端子称作Pn端子，三相Pn端子连接于一点，构成星型结构；谐振LC串联于子单元中最上层高压侧MMC全桥模块的P1端子与高频变压器原边之间；高频变压器，其原边一个端子与谐振LC连接，另一个端子与子单元中最下层高压侧全桥MMC模块的P2端子连接，其副边两端子分别与低压侧全桥模块的端子P3、P4连接；低压侧全桥模块，每个低压侧全桥模块包含4个端子P3、P4、Pu、Pd，其P3、P4端子与高频变压器副边两端子连接，且与P3连接的高频变压器副边端子与高频变压器原边和谐振LC连接的端子为同名端；所有低压侧全桥模块的Pu连接形成低压直流母线的正母线，所有低压侧全桥模块的Pd连接形成低压直流母线的负母线。谐振LC由1个谐振电感LH与1个谐振电容CH串联而成，高频变压器为双绕组变压器。如图2所示，高压侧MMC全桥模块为单相全本文档来自技高网...

【技术保护点】
模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑，其特征在于，所述拓扑包括三相星接结构的高压侧三相，每相结构相同，每相包含N

【技术特征摘要】
1.模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑，其特征在于，所述拓扑包括三相星接结构的高压侧三相，每相结构相同，每相包含Nt个子单元和Nt个低压侧全桥模块；每个子单元包含一个谐振LC、一台高频变压器，每相的高压侧MMC全桥模块；每个高压侧MMC全桥模块包含2个端子P1和P2；子单元内部的高压侧MMC模块级联即一个高压侧MMC全桥模块的P1端子与另一个高压侧MMC全桥模块的P2端子连接，子单元中最上层高压侧MMC全桥模块的P1端子和最下层高压侧MMC全桥模块的P2端子构成了子单元对外的两个端子P1、P2；每相最上层子单元的P1端子串联高压侧滤波电感Lf后形成Po端子，Po端子与对应相电网连接，每相最下层子单元的P2端子称作Pn端子，三相Pn端子连接于一点，构成星型结构；所述谐振LC串联于子单元中最上层高压侧MMC全桥模块的P1端子与高频变压器原边之间；所述高频变压器，其原边一个端子与谐振LC连接，另一个端子与子单元中最下层高压侧全桥MMC模块的P2端子连接，其副边两端子分别与低压侧全桥模块的端子P3、P4连接；所述低压侧全桥模块，每个低压侧全桥模块包含4个端子P3、P4、Pu、Pd，其P3、P4端子与高频变压器副边两端子连接，且与P3连接的高频变压器副边端子与高频变压器原边和谐振LC连接的端子为同名端；所有低压侧全桥模块的Pu连接形成低压直流母线的正母线，所有低压侧全桥模块的Pd连接形成低压直流母线的负母线。2.根据权利要求1所述的模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑，其特征在于，所述高压侧MMC全桥模块为单相全桥结构，包含4个IGBT与1个电容。3.根据权利要求1所述的模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑，其特征在于，所述谐振LC由1个谐振电感LH与1个谐振电容CH串联而成。4.根据权利要求1所述的模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永海，张雪垠，周廷冬，肖湘宁，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11