一种基于MMC的单相直挂交直交变流系统技术方案

一种基于MMC的单相直挂交直交变流系统，由六个MMC桥臂联接而成；每个MMC桥臂均由p个结构相同的功率模块与MMC桥臂电感L串联而成；功率模块为单相半桥结构，由一个IGBT半桥和一个直流储能电容构成；六个MMC桥臂呈三相连接且形成二个单相交流端口；二个单相交流端口共用六个MMC桥臂中的二个MMC桥臂。二个单相交流端口电压相位差为90°，每个共用MMC桥臂的容量是其余每个MMC桥臂容量的倍。本实用新型专利技术可实现二个单相交流端口之间电压变换和有功功率传递，二个单相交流端口尚可分别补偿无功功率，也适于变频场合；可以省去牵引匹配的变压器，进而减少占地和投资，降低损耗，提高效率。本实用新型专利技术技术先进、可靠，易于实施。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种基于MMC的单相直挂交直交变流系统，由六个MMC桥臂联接而成；每个MMC桥臂均由p个结构相同的功率模块与MMC桥臂电感L串联而成；功率模块为单相半桥结构，由一个IGBT半桥和一个直流储能电容构成；六个MMC桥臂呈三相连接且形成二个单相交流端口；二个单相交流端口共用六个MMC桥臂中的二个MMC桥臂。二个单相交流端口电压相位差为90°，每个共用MMC桥臂的容量是其余每个MMC桥臂容量的倍。本技术可实现二个单相交流端口之间电压变换和有功功率传递，二个单相交流端口尚可分别补偿无功功率，也适于变频场合；可以省去牵引匹配的变压器，进而减少占地和投资，降低损耗，提高效率。本技术技术先进、可靠，易于实施。【专利说明】—种基于關C的单相直挂交直交变流系统
本技术涉及一种基于MMC单相直挂交直交变流系统，特别涉及交流电气化铁路和电力电子
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技术介绍
随着技术的迅猛发展，电力电子装置实现电压变换和功率传递的技术得到广泛重视和应用，与变压器相比具有一些明显优势:体积小、占地少；输出电压幅值保持恒定(不随负荷变化)，且可平滑调节；电流、电压、功率可控性好；功率因数可调；具有断路器功能，可以迅速限值和切断故障等。还有变压器不具备的性能一可以变换频率和相位。 电力电子技术实现交流电压变换和功率传递分为交交(AC-AC)变换和交直交(AC-DC-AC)变换两类。相比之下，交直交变换有更好的可控性和灵活性，因此，交直交变换是实现交流电压变换和功率传递的主要手段。 交直交变换实现高压交流电压变换和功率传递，通常有两种方式。一是低压侧并联，高压侧级联(串联)。此时，低压侧电压受到电力电子器件的限值而较低，为了防止环流，往往需要借助工频变压器实现电压匹配和隔离。二是采用交直交变换+中高频变压器+交直交变换方式，称为电力电子变压器(PET, power electronic transformer)或固态变压器(SST, solid-state transformer),由中高频变压器实现电压匹配和隔离,其优点是输入侧和输出侧均可级联而适于较高电压，中高频变压器体积大大缩小，但结构明显复杂，投资加大。 为了取消变换过程中的工频或中高频变压器，德国慕尼黑联邦国防军大学的R.Marquardt和A.Lesnicar于2002年提出了模块化多电平变流器(MMC, modularmultilevel converter)技术。MMC具有结构对称、模块化程度高、互换性好、方便实现背靠背联接、组合灵活、易于扩展、开关器件损耗小、谐波特性好等优点，并且不用变压器即可直挂于高压系统，近年来在高压直流输电、静止同步补偿(STATC0M)、统一潮流控制器(UPQC)等领域的应用越来越广泛。显然，当MMC两侧的电压相同或接近时才能发挥其容量的最佳利用。 本技术提出基于MMC技术的无变压器的单相直挂变换系统，实现功率传递和无功补偿，主要用于交流电气化铁路的同相补偿装置等供电场合，亦可用于其它变频场口 ο
技术实现思路
本技术的目的就是提供一种基于MMC的单相直挂交直交变流系统，实现功率传递和无功补偿，主要用于交流电气化铁路的同相补偿装置等供电场合，亦可用于变频场合本技术解决其技术问题，所采用的技术方案为:一种基于MMC的单相直挂交直交变流系统，其特征在于，由六个MMC桥臂BA联接而成；每个MMC桥臂均由p个结构相同的功率模块PM与一个电感L串联而成；功率模块为单相半桥结构，由一个IGBT半桥和一个直流储能电容构成，六个MMC桥臂呈三相连接且形成二个单相交流端口 ；二个单相交流端口共用六个MMC桥臂中的二个MMC桥臂，且共有一个端子。 二个单相交流端口电压相角互为90°，其间只传输有功功率时，每个共用MMC桥臂的容量X每个非共用MMC桥臂的容量。 本技术的工作原理是:基于MMC的单相直挂交直交变流系统在二个单相交流端口之间传递有功功率；二个单相交流端口是对称的，有功功率可双向流动；二个单相交流端口可分别补偿无功功率。 与现有技术相比，本技术的有益效果是: 一、本技术可以实现高压下无变压器的功率传递和无功补偿。 二、本技术二个交流端口共用六个MMC桥臂中的二个MMC桥臂，即共用了三相中一相的桥臂，结构简单，容量利用率高。 三、本技术在实现有功功率传递和无功功率补偿的同时，可以实现变频、变相功能。 四、本技术可以省去与之匹配和隔离的变压器，从而减少占地和投资，降低损耗，提闻效率，更加节能环保。 五、本技术技术先进、可靠，易于实施。 下面结合附图和【具体实施方式】对本技术作进一步的描述。 【专利附图】【附图说明】 图1是本技术实施例的结构示意图。 图2是本技术实施例的MMC桥臂BA结构示意图。 图3是本技术实施例的功率模块PM电路结构示意图。 【具体实施方式】 在本申请中，英文简写BA:bridge arm ；PM:power module。 实施例 图1示出，本技术的一种【具体实施方式】为:由六个MMC桥臂BAalJAa2JA1、BA2、BAbl, BAb2连接而成；每个MMC桥臂均由P个结构相同的功率模块PM与一个电感L串联而成；功率模块PM为单相半桥结构，由一个IGBT半桥(含1\、T2)和一个直流储能电容C。构成；MMC桥臂BAal与BAa2JA1与BA2、BAm与BAb2串联后内部公用一个公共直流端口，MMC桥臂BAal与BAa2中点抽出端子a、BA1与BA2中点抽出端子x、BAbl与BAb2中点抽出端子b，六个MMC桥臂形成三相连接且形成二个单相交流端口 ax和bx,共有一个端子x ;二个单相交流端口共用六个MMC桥臂中的二个MMC桥臂BAm和BAb2。 二个单相交流端口的电压相位差为90 °，在只传递有功功率时，共用MMC桥臂BA1 (BA2)的容量=▲ X 非共用 MMC 桥臂 BAal (BAa2、BAbl、BAb2)的容量。 本技术的工作原理是:在二个单相交流端口之间传递有功功率；二个单相交流端口是对称的、可逆的；二个单相交流端口可分别补偿无功功率。 图2是本技术实施例的MMC桥臂结构示意图。每个MMC桥臂BA均由P个结构相同的功率模块PM与一个电感L串联而成。 图3是本技术实施例的功率模块电路示意图。功率模块PM为单相半桥结构，由一个IGBT半桥(含I\、T2)和一个直流储能电容C。构成；功率模块PM的直流储能电容的直流电压为U。，单相MMC单元交流端口的电压峰值Umax = pXUc0 应用举例:一电气化铁路牵引变电所的单相组合式同相供电系统，单相主变压器和单相匹配变压器连成SCOTT接线，原边进线额定(线)电压(有效值)为IlOkV,单相主变压器和单相匹配变压器的次边额定电压均为27.5kV ;单相同相供电装置采用基于MMC的单相直挂交直交变流系统:单相交流端口 ax与单相主变压器次边绕组及其负荷相并联，单相交流端口 bx与单相匹配变压器的次边绕组并联，共有端子X接地，单相交流端口 ax与bx的电压相位差为90°，MMC桥臂BA1 (BA2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MMC的单相直挂交直交变流系统，其特征在于，由六个MMC桥臂BA联接而成；每个MMC桥臂均由p个结构相同的功率模块PM与一个电感L串联而成；功率模块为单相半桥结构，由一个IGBT半桥和一个直流储能电容构成，六个MMC桥臂呈三相连接且形成二个单相交流端口；二个单相交流端口共用六个MMC桥臂中的二个MMC桥臂，且共有一个端子。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李群湛，郭育华，郭锴，解绍锋，夏焰坤，李亚楠，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川;51