一种新型的模块化多电平型固态变压器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种新型的模块化多电平型固态变压器，所述固态变压器包括模块化多电平变流器、DC-DC隔离器和DC-AC逆变器；所述模块化多电平变流器的交流侧连接高压交流电网，直流侧连接所述DC-DC隔离器的输入端，所述DC-AC逆变器的直流侧连接所述DC-DC隔离器的输出端，交流侧连接低压交流电网或负载；通过改变模块化多电平变流器每个桥臂串联的功率子模块的数量，灵活地调固态变压器的电压适用范围，有效的解决固态变压器在中高压场合的应用问题。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种固态变压器(SolidStateTransformer，SST)，具体涉及一种新型的模块化多电平型固态变压器(MMC-SST)。
技术介绍
固态变压器是一种基于大功率电力电子变换技术来实现电压变换和能量传递的新型智能电力变压器。随着能源互联系统的提出与发展，固态变压器作为其关键设备电能路由器，受到愈来愈多的关注。迄今为止，在SST的拓扑结构实现方案和控制方法上，国内外已经取得了一定的研究成果。目前，固态变压器主要有传统两电平或三电平VSC(VoltageSourceConverter)型固态变压器和H桥级联型多电平固态变压器。但是，要将两电平SST应用于中高压场合，通常需要将输入级中的全控型电力电子器件串(并)联使用，这就需要解决均压(均流)问题，就目前来讲，这还是一个很大的挑战。H桥级联多电平变流器应用到固态变压器中可以满足中高压应用场合的需要，但其需要大量的全控型开关器件和高频变压器，而高频变压器作为SST中体积和重量占很大比重的无源器件，其大量使用不利于提高固态变压器的功率密度。此外，控制系统作为固态变压器的又一核心技术，其好坏将直接影响整个系统的工作性能。目前固态变压器控制器的设计大都基于dq旋转坐标系下建立的数学模型，采用基于PI控制器的双闭环控制方式，通过dq解耦控制实现有功功率与无功功率的独立控制。虽然系统具有良好响应性能，但由于需要交叉解耦，且反馈解耦效果对参数变化敏感，所以难以实现完全解耦控制，控制效果的好坏过度依赖于被控对象的数学模型，且控制相对复杂。
技术实现思路
有鉴于此，针对现有固态变压器拓扑结构实现方案的不足，本技术的目的在于提供一种新型的模块化多电平型固态变压器(MMC-SST)。为实现上述目的，本技术提供的技术方案如下：一种新型的模块化多电平型固态变压器，包括模块化多电平变流器、DC-DC隔离器和DC-AC逆变器；所述模块化多电平变流器的交流侧连接高压交流电网，直流侧连接所述DC-DC隔离器的输入端，所述DC-AC逆变器的直流侧连接所述DC-DC隔离器的输出端，交流侧连接低压交流电网或负载。进一步地，所述模块化多电平变流器包括第一变流桥、第二变流桥和第三变流桥，所述变流桥的输入端作为三相交流输入端的一相，所述变流桥包括正变流臂、负变流臂、第一滤波电抗器和第二滤波电抗器，所述正变流臂的正端连接到所述模块化多电平变流器的直流正端，进而连接到所述DC-DC隔离器的正端，所述正变流臂的负端通过所述第一滤波电抗器与电网的一相相连，所述负变流臂的负端连接到所述模块化多电平变流器的直流负端，进而连接到所述DC-DC隔离器的负端，所述负变流臂的正端通过所述第二滤波电抗器与电网的一相相连，所述正变流臂/负变流臂包括多个依次正负串联的功率子模块，所述功率子模块的直流侧正负分别与高压直流电网的正负连接。进一步地，所述功率子模块包括直流电容器、第一开关器件、第二开关器件、第一续流二极管和第二续流二极管，所述第一开关器件和第二开关器件为全控型半导体开关器件；所述第一开关器件的集电极与所述第一续流二极管的阴极相连接，所述第一开关器件的发射极与所述第一续流二极管的阳极相连接；所述第二开关器件的集电极与所述第二续流二极管的阴极相连接，所述第二开关器件的发射极与所述第二续流二极管的阳极相连接；所述直流电容器的正端与所述第一开关器件的集电极相连接，所述直流电容器的负端与所述第二开关器件的发射极相连接；所述第一开关器件的发射极作为所述功率子模块的正端，所述第二开关器件的发射极作为所述功率子模块的负端。进一步地，所述DC-DC隔离器包括第一电容、单相全桥逆变器、高频变压器、单相全桥整流器和第二电容，所述DC-DC隔离器的直流输入侧并联所述第一电容形成直流输入端口，所述第一直流电容与所述单相全桥逆变器串联，所述单相全桥逆变器和所述高频变压器串联，所述高频变压器与所述单相全桥整流器串联，所述单相全桥整流器与所述第二电容并联形成直流输出端口，所述直流输出端口与低压直流电网连接，所述直流输入端口与所述功率子模块的直流输出端连接。进一步地，所述DC-AC逆变器为三相电压源型逆变器(VSI)，通过LC滤波支路直接与低压交流电网或负载相连。一种对上述的新型模块化多电平型固态变压器的内模控制方法，包括以下步骤：S1、模块化多电平变流器的控制：MMC外环采用PI控制器来控制直流电压，内环采用内模控制器来实现对交流电流无静差跟踪控制，并且采用基于载波移相技术的电容电压平衡控制策略，以实现MMC相间均压控制和子模块均压控制。S2、DC-DC隔离器的控制：DC-DC隔离器采用N个结构相同的DC-DC变换单元通过ISOP的方式连接而成，MMC输出的直流高压首先通过由同一同步信号控制的N个结构相同的单相全桥逆变器调制成高频方波，再通过高频变压器耦合到副方，最后由同一同步信号控制的N个结构相同的单相全桥整流器还整成低压直流。S3、DC-AC逆变器的控制：逆变器外环采用PI控制器控制输出稳定的工频交流电压，内环采用内模控制器对滤波电感的反馈电流和负载电流前馈补偿电流进行无静差跟踪控制，并且采用空间电压矢量调制技术(SVPWM)。进一步地，步骤S1中，当模型与控制对象MMC匹配时，可对输入进行无静差跟踪，令 C M ( s ) = G - 1 ( s ) = R ′ + s L - ωL ′ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型的模块化多电平型固态变压器，其特征在于，包括模块化多电平变流器、DC‑DC隔离器和DC‑AC逆变器；所述模块化多电平变流器的交流侧连接高压交流电网，直流侧连接所述DC‑DC隔离器的输入端，所述DC‑AC逆变器的直流侧连接所述DC‑DC隔离器的输出端，交流侧连接低压交流电网或负载。

【技术特征摘要】
1.一种新型的模块化多电平型固态变压器，其特征在于，包括模块化多电平变流器、DC-DC隔离器和DC-AC逆变器；
所述模块化多电平变流器的交流侧连接高压交流电网，直流侧连接所述DC-DC隔离器的输入端，所述DC-AC逆变器的直流侧连接所述DC-DC隔离器的输出端，交流侧连接低压交流电网或负载。
2.如权利要求1所述的模块化多电平型固态变压器，其特征在于，所述模块化多电平变流器包括第一变流桥、第二变流桥和第三变流桥，所述变流桥的输入端作为三相交流输入端的一相，所述变流桥包括正变流臂、负变流臂、第一滤波电抗器和第二滤波电抗器，所述正变流臂的正端连接到所述模块化多电平变流器的直流正端，进而连接到所述DC-DC隔离器的正端，所述正变流臂的负端通过所述第一滤波电抗器与电网的一相相连，所述负变流臂的负端连接到所述模块化多电平变流器的直流负端，进而连接到所述DC-DC隔离器的负端，所述负变流臂的正端通过所述第二滤波电抗器与电网的一相相连，所述正变流臂/负变流臂包括多个依次正负串联的功率子模块，所述功率子模块的直流侧正负分别与高压直流电网的正负连接。
3.如权利要求2所述的模块化多电平型固态变压器，其特征在于，所述功率子模块包括直流电容器、第一开关器件、第二开关器件、第一续流二极管和第二续流二极管，所述第一开关器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，熊佳敏，韩继业，黎昀轩，曹一家，罗隆福，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43