基于MMC的电力电子配电变压器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了基于MMC的电力电子配电变压器及其控制方法，其变压器包括依次连接的MMC整流器模块、DC‑DC隔离器和DC‑AC逆变器，MMC整流器模块的输入端与高压交流电网连接，DC‑AC逆变器的输出端与低压交流电网连接；其方法包括步骤：首先，高压交流电的整流；然后，MMC整流器模块的输出高压直流电压的降压；最后，低压直流电压的逆变；本发明专利技术IGBT使用的数量少，成本低，可靠性高，扩展容量方便，高压交流电网发生三相不平衡或者电压暂降故障时，电力电子配电变压器能够长期安全且可靠地运行，供电质量高，低压交流电网发生故障对高压交流电网的冲击波动小，效率高。

【技术实现步骤摘要】
基于MMC的电力电子配电变压器及其控制方法
本专利技术属于电力设备
，具体涉及一种基于MMC的电力电子配电变压器及其控制方法。
技术介绍
由于节能降耗推动着能源结构的调整，使得风能、太阳能等可再生能源在电力能源中扮演的角色越来越重，因此，对于未来电网的智能化、灵活性、互动性等的要求也是越来越高。我国电网提出了智能电网的发展的目标，而这一目标的实现与否将主要取决于电网中使用的智能设备的性能和智能化水平。在目前电网使用的众多电气设备中，配电变压器是配电网中使用最为广泛、地位最为重要的电气设备之一，其主要功能是实现将6kV-35kV电压转变至380V电压供给用户使用。而且我国变压器年生产总容量的l/3是配电变压器。所以，配电变压器的性能指标以及智能化水平将会严重影响未来我国智能电网智能化水平和供电质量。模块组合多电平变换器(ModularMultilevelConvert)，简称MMC，是一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平整流器的优点，MMC采用模块化结构设计，便于系统扩容和冗余工作，具有故障穿越和恢复能力，系统可靠性高。然而，基于MMC的配电变压器的控制元件多，系统控制复杂，价格昂贵，在一定程度上限制了其应用。另外，在电力系统中，三相不平衡可分为故障性不平衡和非故障性不平衡两类。对于非故障性三相不平衡，虽允许在工况下长期存在，但只要输电线路三相不平衡大于一定程度，就会导致线路输送容量不足、线路损耗增大以及保护误动等问题，对电力系统产生危害；长期存在则会严重影响电网的安全、经济、稳定运行。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种基于MMC的电力电子配电变压器及其控制方法，其IGBT使用的数量少，成本低，可靠性高，扩展容量方便，高压交流电网(4)发生三相不平衡或者电压暂降故障时，电力电子配电变压器能够安全且可靠地运行，供电质量高，低压交流电网(5)发生故障对高压交流电网(4)的冲击波动小，效率高。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：包括依次连接的MMC整流器模块、DC-DC隔离器和DC-AC逆变器，所述MMC整流器模块的输入端与高压交流电网连接，所述DC-AC逆变器的输出端与低压交流电网连接；所述DC-DC隔离器包括多个DC-DC隔离子单元，多个所述DC-DC隔离子单元的电压输入端依次串联连接在MMC整流器模块的直流输出端之间，多个所述DC-DC隔离子单元的输出端并联连接在DC-AC逆变器的直流输入端之间；所述DC-DC隔离子单元包括依次连接的子逆变器、子中频变压器和子整流器，所述子逆变器包括由上桥臂电容、上桥臂IGBT、下桥臂电容和下桥臂IGBT组成的单相全桥逆变电路，所述单相全桥逆变电路的输入端并联接有分压电容，所述子整流器为二极管不控桥式整流器。上述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述DC-AC逆变器为三相全桥逆变器，所述三相全桥逆变器与所述低压交流电网之间连接有滤波电感。上述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述二极管不控桥式整流器包括二极管桥式电路以及与所述二极管桥式电路的输出端并联的滤波电容。上述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述MMC整流器模块为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路中每相均包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均包括一个限流电抗器和M个串联连接的MMC子模块，所述M个串联连接的子模块的一端与限流电抗器的一端相接，所述限流电抗器的另一端与所述高压交流电网相接，所述串联连接的MMC子模块的另一端与所述子逆变器相接，所述MMC子模块包括半桥电路和子模块电容，所述子模块电容与所述半桥电路信号输出端并联。上述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述半桥电路由MMC上半桥IGBT和MMC下半桥IGBT组成。本专利技术还提供了一种在高压交流电网输出三相不平衡或者电压暂降故障下能够长期稳定运行，功率损耗小、效率高的电力电子配电变压器控制方法，其特征在于该控制方法包括以下步骤：步骤一、高压交流电的整流，过程如下：步骤101、实时测量高压交流电网的A相电流瞬时值iA、A相电压瞬时值uSA、B相电流瞬时值iB、B相电压瞬时值uSB、C相电流瞬时值iC和C相电压瞬时值uSC；步骤102、根据公式计算高压交流电网的A相瞬时电流的正序分量iA+、B相瞬时电流的正序分量iB+和C相瞬时电流的正序分量iC+；根据公式计算高压交流电网的A相电流负序分量iA-、B相电流的负序分量iB-和C相电流的负序分量iC-；根据公式计算高压交流电网的A相瞬时电压的正序分量uSA+、B相瞬时电压的正序分量uSB+和C相瞬时电压的正序分量uSC+；其中,ω为高压交流电网电压的角频率；根据公式计算高压交流电网的A相瞬时电压的负序分量uSA-、B相瞬时电压的负序分量uSB-和C相瞬时电压的负序分量uSC-；步骤103、对iA+、iB+和iC+进行dq变换可得q轴正序电流iq+和d轴正序电流id+，对iA-、iB-和iC-进行dq变换可得q轴负序电流iq-和d轴负序电流id-；对uSA+、uSB+和uSC+进行dq变换可得q轴正序高压交流电网瞬时电压uSq+和d轴正序高压交流电网瞬时电压uSd+，对uSA-、uSB-和uSC-进行dq变换可得q轴负序高压交流电网瞬时电压uSq-和d轴负序高压交流电网瞬时电压uSd-；步骤104、采用第一PI调节器对MMC整流器模块输出高压直流电压进行调节，获取d轴正序电流参考值其中，uDC*为MMC整流器模块输出高压直流电压设定值，uDC为MMC整流器模块输出高压直流电压实时测量值，Kp1为所述第一PI调节器的比例系数，Ki1为所述第一PI调节器的积分系数；所述MMC整流器模块为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路中每相均包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均包括一个限流电抗器和M个串联连接的MMC子模块，所述M个串联连接的子模块的一端与限流电抗器的一端相接，所述限流电抗器的另一端与所述高压交流电网相接，所述串联连接的子模块的另一端与所述子逆变器相接，所述子模块包括半桥电路和子模块电容，所述子模块电容与所述半桥电路信号输出端并联；步骤105、采用第二PI调节器对d轴正序电流参考值、q轴正序电流参考值、d轴负序电流参考值和q轴负序电流参考值进行调节，并根据公式计算MMC整流器模块d轴正序输入电压uMd+和MMC整流器模块q轴正序输入电压uMq+，根据公式计算d轴负序MMC整流器模块输入电压uMd-和q轴负序MMC整流器模块输入电压uMq-，其中，为q轴正序电流的参考值且为d轴负序电流的参考值且为q轴负序电流的参考值且Kp2为第二PI调节器的比例系数，Ki2为第二PI调节器的积分系数，L为所述限流电抗器的电感值；步骤106、对uMd+和uMq+进行dq反变换得到MMC整流器模块A相正序输入电压uMA+、B相正序输入电压uMB+和C相正序输入电压uMC+；对uMd-和uMq-进行dq反变换得到MMC整流器模块A相负序输入电压uMA-、B相负序电压输入uMB-和C相负序输入电压uMC-；根据公式计算MMC整流器模块A相输入电压uMA、MMC整流器模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：包括依次连接的MMC整流器模块(1)、DC‑DC隔离器(2)和DC‑AC逆变器(3)，所述MMC整流器模块(1)的输入端与高压交流电网(4)连接，所述DC‑AC逆变器(3)的输出端与低压交流电网(5)连接；所述DC‑DC隔离器(2)包括多个DC‑DC隔离子单元，多个所述DC‑DC隔离子单元的电压输入端依次串联连接在MMC整流器模块(1)的直流输出端之间，多个所述DC‑DC隔离子单元的输出端并联连接在DC‑AC逆变器(3)的直流输入端之间；所述DC‑DC隔离子单元包括依次连接的子逆变器(2‑1)、子中频变压器(2‑2)和子整流器(2‑3)，所述子逆变器(2‑1)包括由上桥臂电容、上桥臂IGBT、下桥臂电容和下桥臂IGBT组成的单相全桥逆变电路，所述单相全桥逆变电路的输入端并联接有分压电容，所述子整流器(2‑3)为二极管不控桥式整流器。

【技术特征摘要】
1.基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：包括依次连接的MMC整流器模块(1)、DC-DC隔离器(2)和DC-AC逆变器(3)，所述MMC整流器模块(1)的输入端与高压交流电网(4)连接，所述DC-AC逆变器(3)的输出端与低压交流电网(5)连接；所述DC-DC隔离器(2)包括多个DC-DC隔离子单元，多个所述DC-DC隔离子单元的电压输入端依次串联连接在MMC整流器模块(1)的直流输出端之间，多个所述DC-DC隔离子单元的输出端并联连接在DC-AC逆变器(3)的直流输入端之间；所述DC-DC隔离子单元包括依次连接的子逆变器(2-1)、子中频变压器(2-2)和子整流器(2-3)，所述子逆变器(2-1)包括由上桥臂电容、上桥臂IGBT、下桥臂电容和下桥臂IGBT组成的单相全桥逆变电路，所述单相全桥逆变电路的输入端并联接有分压电容，所述子整流器(2-3)为二极管不控桥式整流器。2.按照权利要求1所述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述DC-AC逆变器(3)为三相全桥逆变器，所述三相全桥逆变器与所述低压交流电网(5)之间连接有滤波电感。3.按照权利要求1所述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述二极管不控桥式整流器包括二极管桥式电路以及与所述二极管桥式电路的输出端并联的滤波电容。4.按照权利要求1所述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述MMC整流器模块(1)为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路中每相均包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均包括一个限流电抗器和M个串联连接的MMC子模块，所述M个串联连接的子模块的一端与限流电抗器的一端相接，所述限流电抗器的另一端与所述高压交流电网相接，所述串联连接的MMC子模块的另一端与所述子逆变器(2-1)相接，所述MMC子模块包括半桥电路(1-1)和子模块电容(1-2)，所述子模块电容(1-2)与所述半桥电路(1-1)信号输出端并联。5.按照权利要求4所述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述半桥电路(1-1)由MMC上半桥IGBT和MMC下半桥IGBT组成。6.一种利用如权利要求1所述的基于MMC的电力电子配电变压器的控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：步骤一、高压交流电的整流，过程如下：步骤101、实时测量高压交流电网(4)的A相电流瞬时值iA、A相电压瞬时值uSA、B相电流瞬时值iB、B相电压瞬时值uSB、C相电流瞬时值iC和C相电压瞬时值uSC；步骤102、根据公式计算高压交流电网(4)的A相瞬时电流的正序分量iA+、B相瞬时电流的正序分量iB+和C相瞬时电流的正序分量iC+；根据公式计算高压交流电网(4)的A相电流负序分量iA-、B相电流的负序分量iB-和C相电流的负序分量iC-；根据公式计算高压交流电网(4)的A相瞬时电压的正序分量uSA+、B相瞬时电压的正序分量uSB+和C相瞬时电压的正序分量uSC+；其中,ω为高压交流电网(4)电压的角频率；根据公式计算高压交流电网(4)的A相瞬时电压的负序分量uSA-、B相瞬时电压的负序分量uSB-和C相瞬时电压的负序分量uSC-；步骤103、对iA+、iB+和iC+进行dq变换可得q轴正序电流iq+和d轴正序电流id+，对iA-、iB-和iC-进行dq变换可得q轴负序电流iq-和d轴负序电流id-；对uSA+、uSB+和uSC+进行dq变换可得q轴正序高压交流电网瞬时电压uSq+和d轴正序高压交流电网瞬时电压uSd+，对uSA-、uSB-和uSC-进行dq变换可得q轴负序高压交流电网瞬时电压uSq-和d轴负序高压交流电网瞬时电压uSd-；步骤104、采用第一PI调节器对MMC整流器模块输出高压直流电压进行调节，获取d轴正序电流参考值i*d+，其中，uDC*为MMC整流器模块输出高压直流电压设定值，uDC为MMC整流器模块输出高压直流电压实时测量值，Kp1为所述第一PI调节器的比例系数，Ki1为所述第一PI调节器的积分系数；所述MMC整流器模块(1)为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路中每相均包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均包括一个限流电抗器和M个串联连接的MMC子模块，所述M个串联连接的子模块的一端与限流电抗器的一端相接，所述限流电抗器的另一端与所述高压交流电网相接，所述串联连接的子模块的另一端与所述子逆...

【专利技术属性】
技术研发人员：付周兴，童永利，付佩祺，蔡文龙，张明露，赵东强，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61