一种用于能源互联网的多端口电力电子变换器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于能源互联网的多端口电力电子变换器，属于电力电子变换器技术领域。本发明专利技术变换器由一个静止同步串联补偿器、一个静止同步补偿器、一个DC‑DC变换器和一个三相DC‑AC逆变器组成。静止同步串联补偿器和静止同步补偿器都是基于模块化多电平变换器而构成；DC‑DC变换器是由多个隔离型DC‑DC变换器进行输入串联、输出并联而构成，且与静止同步串联补偿器和静止同步补偿器共用高压直流母线。本发明专利技术变换器集统一潮流控制器和电力电子变压器的功能于一身，优势互补，成本降低；采用模块化的结构，易于扩展和设置备用，在未来能源互联网中具有重要的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于能源互联网的多端口电力电子变换器，属于电力电子变换器

技术介绍
随着太阳能、风能等分布式能源并网的逐渐增多，对传统电网的稳定性和经济性提出了很多挑战。为应对挑战，学者提出了构建能源互联网的理念，以实现对潮流更加合理、智能的控制，使分布式能源更灵活的接入，并且提高电网的经济性和稳定性。在传统电网中，一些柔性输电系统(以下简称FACTS)装置，已经可以实现对交流输电的灵活控制。例如，静止同步补偿器可以控制无功和电压，静止同步串联补偿器可以控制潮流和维持暂态稳定，而统一潮流控制器兼顾两方面的功能，对控制潮流和电压、维持暂态稳定和阻尼功率振荡都有很强的作用。但是，这些装置只针对交流系统起作用，不能满足未来能源互联网中分布式能源大量接入和交直流电网互联等要求。多端口电力电子变换器作为能源互联网的关键一环，不仅要兼顾传统FACTS装置的作用，还需具有能量的自主分配和管理、功率快速调节、并离网切换、多端口电能变换和故障电流限制等功能。学术界对于用于能源互联网的多端口电力电子变换器，已经提出了很多种拓扑结构。其中，基于固态变压器的拓扑成为最有前途的主电路拓扑。然而，现有的拓扑主要解决了分布式能源接入和多端口电能变换的问题，都还欠缺对传统交流电网的潮流和电压同时进行灵活控制的能力。如果将传统FACTS装置与多端口电力电子变换器配合使用，两者总成本又较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于能源互联网的多端口电力电子变换器，以实现对交流电网的潮流和电压同时进行灵活控制。本专利技术提出的用于能源互联网的多端口电力电子变换器，包括一个静止同步串联补偿器、一个静止同步补偿器、一个DC-DC变换器和一个三相DC-AC逆变器；所述的静止同步串联补偿器的一个高压交流端口和静止同步补偿器的一个高压交流端口分别与能源互联网的高压交流电网相连，静止同步串联补偿器的另一个高压交流端口与静止同步补偿器的另一个高压交流端口相接；静止同步串联补偿器的高压直流端口、静止同步补偿器的高压直流端口和DC-DC变换器的高压直流端口同时与能源互联网的高压直流电网相连；DC-DC变换器的低压直流端口和三相DC-AC逆变器的低压直流端口同时与能源互联网的低压直流电网相连；三相DC-AC逆变器的低压交流端口与能源互联网的低压交流电网相连。上述用于能源互联网的多端口电力电子变换器中，所述的静止同步串联补偿器由三个单相变压器、一个三相旁路开关和一个模块化多电平变换器构成，三个单相变压器的原边的一端分别与能源互联网中的高压交流电网相连，三个单相变压器的原边的另一端分别与静止同步补偿器的高压交流端口相接，三个单相变压器副边的一端采用三相星形接法，三个单相变压器副边的另一端与所述的模块化多电平变换器的交流输出端通过滤波电感相连；所述的三相旁路开关与三个单相变压器并联；模块化多电平变换器串联在三个单相变压器与静止同步串联补偿器的高压直流端口之间；模块化多电平变换器由多个半桥子模块级联而成，级联半桥子模块的个数由高压直流母线电压等级和半桥子模块所采用的开关器件电压等级决定。其中的半桥子模块由一个电容和两个电力电子开关构成，两个电力电子开关串联连接，构成一个桥臂，电容的正极与桥臂上端相连，电容的负极与桥臂下端相连，桥臂的中点和下端构成了所述半桥子模块的两个输出端。上述用于能源互联网的多端口电力电子变换器中，所述的静止同步补偿器包括一个模块化多电平变换器，所述的模块化多电平变换器通过滤波电感与能源互联网中的高压交流电网相连，模块化多电平变换器由多个半桥子模块级联而成；所述的半桥子模块由一个电容和两个电力电子开关构成，两个电力电子开关串联连接，构成一个桥臂。其中电容的正极与桥臂上端相连，电容的负极与桥臂下端相连，桥臂的中点和下端构成了半桥子模块的两个输出端。上述用于能源互联网的多端口电力电子变换器中，所述的DC-DC变换器由多个隔离型DC-DC变换器输入串联、输出并联而构成，DC-DC变换器的输入端与静止同步补偿器的高压直流端口相连，DC-DC变换器的输出端与三相DC-AC逆变器的低压直流端口相连，串联的隔离型DC-DC变换器的个数由高压直流母线电压等级和隔离型DC-DC变换器输入侧所采用的开关器件电压等级决定。其中的隔离型DC-DC变换器有三种不同的结构，第一种结构为：由高压直流电容、DC-ACH桥、两个LC串联谐振电路、高频变压器、AC-DCH桥和低压直流电容组成。隔离型DC-DC变换器的输入端并联于高压直流电容的两端，高压直流电容并联于DC-ACH桥的输入端；DC-ACH桥的输出端与第一个LC串联谐振电路和所述的高频变压器的原边串联；高频变压器通常工作于kHz及以上的开关频率；高频变压器的副边与第二个LC串联谐振电路和AC-DCH桥的输入端串联；低压直流电容与AC-DCH桥的输出端并联，低压直流电容的正负极构成了所述隔离型DC-DC变换器的输出端。第二种结构为：由高压直流电容、DC-ACH桥、高频变压器、AC-DCH桥和低压直流电容组成。隔离型DC-DC变换器的输入端并联于高压直流电容的两端，所述的高压直流电容并联于DC-ACH桥的输入端；所述的DC-ACH桥的输出端与所述的高频变压器的原边串联；高频变压器通常工作于kHz及以上的开关频率；高频变压器的副边与AC-DCH桥的输入端串联；所述的低压直流电容与AC-DCH桥的输出端并联，低压直流电容的正负极构成了所述隔离型DC-DC变换器的输出端。第三种结构为：由高压直流电容、DC-ACH桥、一个LC串联谐振电路、高频变压器、AC-DCH桥和低压直流电容组成。隔离型DC-DC变换器的输入端并联于高压直流电容的两端，所述的高压直流电容并联于DC-ACH桥的输入端；DC-ACH桥的输出端与所述的LC串联谐振电路和所述的高频变压器的原边串联；高频变压器通常工作于kHz及以上的开关频率；高频变压器的副边与AC-DCH桥的输入端串联；低压直流电容与AC-DCH桥的输出端并联，低压直流电容的正负极构成了所述隔离型DC-DC变换器的输出端。上述用于能源互联网的多端口电力电子变换器的隔离型DC-DC变换器中，其中所述的DC-ACH桥的电路图为：由4个电力电子开关构成，其中2个电力电子开关组成一个桥臂，另外2个电力电子开关组成另一个桥臂，两个桥臂并联连接。两个桥臂的上端和下端为所述的DC-ACH桥的输入端；DC-ACH桥的输出端与两个桥臂的中点相连。其中所述的AC-DCH桥的电路图为：由4个电力电子开关构成，其中2个电力电子开关组成一个桥臂，另外2个电力电子开关组成另一个桥臂。两个桥臂并联连接，两个桥臂的中点为所述的AC-DCH桥的输入端；所述的AC-DCH桥的输出端与两个桥臂的上端和下端相连。上述用于能源互联网的多端口电力电子变换器中，所述的三相DC-AC逆变器有三种不同结构，第一种结构为：包括了一个低压直流电容、三个两电平桥臂和一个三相滤波电感；所述的三相DC-AC逆变器的输入端与所述的低压直流电容和所述的三个两电平桥臂并联连接；所述的三相DC-AC逆变器的输出端通过所述的三相滤波电感与所述的三个两电平桥臂的中点相连。第二种结构为：包括了两个低压直流电容、三个二极管中点钳位式三电平桥臂和一个三相滤波电感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于能源互联网的多端口电力电子变换器，其特征在于包括：一个静止同步串联补偿器、一个静止同步补偿器、一个DC‑DC变换器和一个三相DC‑AC逆变器；所述的静止同步串联补偿器的一个高压交流端口和静止同步补偿器的一个高压交流端口分别与能源互联网的高压交流电网相连，静止同步串联补偿器的另一个高压交流端口与静止同步补偿器的另一个高压交流端口相接；静止同步串联补偿器的高压直流端口、静止同步补偿器的高压直流端口和DC‑DC变换器的高压直流端口同时与能源互联网的高压直流电网相连；DC‑DC变换器的低压直流端口和三相DC‑AC逆变器的低压直流端口同时与能源互联网的低压直流电网相连；三相DC‑AC逆变器的低压交流端口与能源互联网的低压交流电网相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于能源互联网的多端口电力电子变换器，其特征在于包括：一个静止同步串联补偿器、一个静止同步补偿器、一个DC-DC变换器和一个三相DC-AC逆变器；所述的静止同步串联补偿器的一个高压交流端口和静止同步补偿器的一个高压交流端口分别与能源互联网的高压交流电网相连，静止同步串联补偿器的另一个高压交流端口与静止同步补偿器的另一个高压交流端口相接；静止同步串联补偿器的高压直流端口、静止同步补偿器的高压直流端口和DC-DC变换器的高压直流端口同时与能源互联网的高压直流电网相连；DC-DC变换器的低压直流端口和三相DC-AC逆变器的低压直流端口同时与能源互联网的低压直流电网相连；三相DC-AC逆变器的低压交流端口与能源互联网的低压交流电网相连。2.如权利要求1所述的用于能源互联网的多端口电力电子变换器，其特征在于其中所述的静止同步串联补偿器由三个单相变压器、一个三相旁路开关和一个模块化多电平变换器构成，所述的三个单相变压器的原边的一端分别与能源互联网中的高压交流电网相连，三个单相变压器的原边的另一端分别与静止同步补偿器的高压交流端口相接，三个单相变压器副边的一端采用三相星形接法，三个单相变压器副边的另一端与所述的模块化多电平变换器的交流输出端通过滤波电感相连；所述的三相旁路开关与三个单相变压器并联；模块化多电平变换器串联在三个单相变压器与静止同步串联补偿器的高压直流端口之间；模块化多电平变换器由多个半桥子模块级联而成；所述的半桥子模块由一个电容和两个电力电子开关构成；所述的两个电力电子开关串联连接，构成一个桥臂，所述的电容的正极与桥臂上端相连，所述电容的负极与桥臂下端相连，桥臂的中点和下端构成了所述半桥子模块的两个输出端。3.如权利要求1所述的用于能源互联网的多端口电力电子变换器，其特征在于其中所述的静止同步补偿器包括一个模块化多电平变换器，所述的模块化多电平变换器通过滤波电感与能源互联网中的高压交流电网相连；模块化多电平变换器由多个半桥子模块级联而成；所述的半桥子模块由一个电容和两个电力电子开关构成；所述的两个电力电子开关串联连接，构成一个桥臂，所述的电容的正极与桥臂上端相连，所述电容的负极与桥臂下端相连，桥臂的中点和下端构成了所述半桥子模块的两个输出端。4.如权利要求1所述的多端口电力电子变换器，其特征在于其中所述的DC-DC变换器由多个隔离型DC-DC变换器输入串联、输出并联而构成，DC-DC变换器的输入端与静止同步补偿器的高压直流端口相连，DC-DC变换器的输出端与三相DC-AC逆变器的低压直流端口相连。5.如权利要求4所述的多端口电力电子变换器，其特征在于其中所述的隔离型DC-DC变换器由高压直流电容、DC-ACH桥、两个LC串联谐振电路、高频变压器、AC-DCH桥和低压直流电容组成；所述的隔离型DC-DC变换器的输入端并联于高压直流电容的两端，所述的高压直流电容并联于DC-ACH桥的输入端；所述的DC-ACH桥的输出端与第一个LC串联谐振电路和所述的高频变压器的原边串联；高频变压器通常工作于kHz及以上的开关频率；高频变压器的副边与第二个LC串联谐振电路和AC-DCH桥的输入端串联；所述的低压直流电容与AC-DCH桥的输出端并联，低压直流电容的正负极构成了所述隔离型DC-DC变换器的输出端。6.如权利要求4所述的多端口电力电子变换器，其特征在于其中所述的隔离型DC-DC变换器由高压直流电容、DC-AC...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，赵争鸣，蒋烨，袁立强，冯高辉，鲁思兆，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11