一种具备交直流故障穿越的主动型电能路由器制造技术

本发明专利技术公开了一种具备交直流故障穿越的主动型电能路由器，包括：通过高压交流端口与交直流配电网的高压交流配电网相连的高压整流级MMC‑AC/DC变流器，均通过高压直流端口与交直流配电网的高压直流配电网相连的整流级MMC‑AC/DC变流器和变压隔离级MMC‑DC/DC变流器；变压隔离级MMC‑DC/DC变流器的低压直流端口和三相DC/AC变流器的直流侧相连，并由此形成低压直流接口；三相DC/AC变流器的低压交流端口可接入低压交流电网或者单/三相交流负荷。本发明专利技术公开的电能路由器高压侧采用具备负电平输出的混合子模块构成，具有交直流故障穿越能力，保证外部交直流电网故障下电能路由器的不间断可靠运行，可进一步提升分布式清洁能源发电渗透率以及供电可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种具备交直流故障穿越的主动型电能路由器
本专利技术属于能源互联网与电气
，更具体地，涉及一种具备交直流故障穿越的主动型电能路由器。
技术介绍
近年来，为了缓解日益突出的能源、资源及环境问题，大量分布式可再生能源发电装置并入电网，使得传统的配电网由单纯的供电功能，扩展出了发电的功能。然而，现有交流配电网为树状、弱联络馈线结构，其中的关键设备工频电磁式变压器存在着能量不可控、无法隔离故障、无能量存储等缺点，在此背景下，近年来能源互联网关键设备电能路由器得到学术界的广泛关注。面向中低压交直流配电网的电能路由器，其拓扑结构主要基于电力电子变压器，目前典型的电能路由器拓扑按结构可分为两大类：基于H桥级联(CascadedH-bridge，CHB)结构和基于模块化多电平变换器(ModularMulti-levelConverter，MMC)结构。基于CHB结构的电能路由器整流级为H桥级联、中间级为串联输入并联输出的DC/DC隔离变换器、输出级为单/三相H桥逆变器三级组成，其控制相对简单，理论比较成熟，并在微网、轨道交通等领域得到了应用，然而基于CHB结构的电能路由器缺少高压直流接口，无法接入中高压直流配电网，其灵活性受到限制。基于MMC结构的电能路由器的整流级为MMC-AC/DC、中间级为串联输入并联输出的DC/DC隔离变换器、输出级为单/三相H桥逆变器三级组成，高压侧提供了交流、直流接口，利于互联中高压交直流配电网，但该类电能路由器的理论和实践还处于探索阶段。已有的电能路由器拓扑结构的局限性在于，没有考虑中高压交直流故障应对能力，无法在异常工况下实现故障穿越，不能实现故障下电能路由器的不间断运行，无法为配电网提供系统级的故障隔离与穿越功能，不利于进一步提升可再生能源的渗透率。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种具备交直流故障穿越的主动型电能路由器拓扑结构，由此解决中高压交直流配电网异常工况下电能路由器的故障穿越问题，同时提供多个交直流隔离接口，有利于可再生能源、储能和柔性负载的接入。为实现上述目的，本专利技术提供了一种具备交直流故障穿越的主动型电能路由器，包括：高压整流级MMC-AC/DC变流器、多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器及逆变级DC/AC变流器；所述高压整流级MMC-AC/DC变流器的高压交流端口与交直流配电网的高压交流配电网相连，所述高压整流级MMC-AC/DC变流器的高压直流端口和所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器的高压直流端口均与交直流配电网的高压直流配电网相连；所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器的低压直流端口与所述逆变级DC/AC变流器的直流侧相连，以形成低压直流端口；所述高压整流级MMC-AC/DC变流器，用于高压交流和高压直流之间的电能变换，并提供高压交流端口和高压直流端口；在所述高压交流配电网发生故障时，闭锁所述高压整流级MMC-AC/DC变流器，由所述高压整流级MMC-AC/DC变流器的高压直流端口通过所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器向低压侧供电；在所述高压直流配电网发生故障时，闭锁所述高压整流级MMC-AC/DC变流器及所述变压隔离级MMC-DC/DC变流器的直流高压侧子模块，由所述变压隔离级MMC-DC/DC变流器的低压侧不同端口间提供电能；所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器，用于进行高压直流和低压不同电压等级直流之间的电能变换，并提供多个不同电压等级的低压直流端口，在所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器任意一个端口故障时，直接闭锁故障端口，而不影响其它端口的正常工作；所述逆变级DC/AC变流器，用于低压直流和低压交流之间的电能变换，并提供低压交流端口。优选地，所述高压整流级MMC-AC/DC变流器为三相结构，每相结构均分为上下两个桥臂，每个桥臂的子模块均由半桥子模块和全桥子模块串联组成，且每个桥臂子模块中的半桥子模块和全桥子模块的数量相同，每个桥臂上均串联桥臂电抗器，同相的上下两桥臂通过各自对应的桥臂电抗器相接后作为高压交流端口对应相，三相三个上桥臂直接相连作为高压直流端口的正极，三相三个下桥臂直接相连作为高压直流端口的负极。优选地，所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器由两相MMC、多绕组高频变压器、多组AC/DCH桥及若干个第一低压直流电容组成；所述两相MMC中每相均分为上下两个桥臂，每个桥臂的子模块均由半桥子模块和全桥子模块串联组成，且每个桥臂子模块中的半桥子模块和全桥子模块的数量相同，每个桥臂上串联桥臂电抗器，同相的上下两桥臂通过各自对应的桥臂电抗器相接后与所述多绕组高频变压器的高压端口相连，两相MMC的两个上桥臂直接相连后与高压直流端口的正极连接，两相MMC的两个下桥臂直接相连后与高压直流端口的负极连接；所述多绕组高频变压器的低压侧有多组接口，以分别连接各所述AC/DCH桥的交流端子；各所述AC/DCH桥的输出端分别与各第一低压直流电容正负极相连。优选地，所述半桥子模块由第一IGBT半桥和第一直流电容并联组成，所述第一IGBT半桥的中点和所述第一直流电容的负极构成所述半桥子模块的输出端；所述全桥子模块由第二IGBT半桥、第三IGBT半桥及第二直流电容构成，所述第二IGBT半桥与所述第三IGBT半桥并联，所述第三IGBT半桥与所述第二直流电容并联，所述第二IGBT半桥的桥臂中点及所述第三IGBT半桥的桥臂中点构成所述全桥子模块的输出端。优选地，所述逆变级DC/AC变流器包括单相DC/AC逆变器或者三相DC/AC逆变器；所述单相DC/AC逆变器包括第二低压直流电容、第四IGBT半桥、第五IGBT半桥和滤波电感；所述第四IGBT半桥的第一端与所述第五IGBT半桥的第一端及所述第二低压直流电容的第一端相连，所述第四IGBT半桥的第二端与所述第五IGBT半桥的第二端及所述第二低压直流电容的第二端相连，所述第二低压直流电容的两端接至所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器的低压直流端口，所述第四IGBT半桥的桥臂中点串联所述滤波电感后与所述第五IGBT半桥的桥臂中点构成所述单相DC/AC逆变器的输出端口；所述三相DC/AC逆变器包括第六IGBT半桥、第七IGBT半桥、第八IGBT半桥、第九IGBT半桥、第三低压直流电容、三相滤波电感及三相滤波电容；所述第六IGBT半桥的第一端与所述第七IGBT半桥的第一端、所述第八IGBT半桥的第一端、所述第九IGBT半桥的第一端及所述第三低压直流电容的第一端相连，所述第六IGBT半桥的第二端与所述第七IGBT半桥的第二端、所述第八IGBT半桥的第二端、所述第九IGBT半桥的第二端及所述第三低压直流电容的第二端相连，所述第三低压直流电容的两端接至所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器的低压直流端口，所述三相DC/AC逆变器的输出端口通过所述三相滤波电感串联接至各IGBT半桥的桥臂中点，所述三相滤波电容的一端接于各相的输出端口，另一端采用星型连接于输出端口的中线上。优选地，所述AC/DCH桥包括第十IGBT半桥及第十一IGBT半桥；所述第十IGBT半桥的第一端与所述第十一IGBT半桥的第一端及所述第一低压直流电容的第一端相连，所述第十IGB本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具备交直流故障穿越的主动型电能路由器，其特征在于，包括：高压整流级MMC‑AC/DC变流器、多端口变压隔离级MMC‑DC/DC变流器及逆变级DC/AC变流器；所述高压整流级MMC‑AC/DC变流器的高压交流端口与交直流配电网的高压交流配电网相连，所述高压整流级MMC‑AC/DC变流器的高压直流端口和所述多端口变压隔离级MMC‑DC/DC变流器的高压直流端口均与交直流配电网的高压直流配电网相连；所述多端口变压隔离级MMC‑DC/DC变流器的低压直流端口与所述逆变级DC/AC变流器的直流侧相连，以形成低压直流端口；所述高压整流级MMC‑AC/DC变流器，用于高压交流和高压直流之间的电能变换，并提供高压交流端口和高压直流端口；在所述高压交流配电网发生故障时，闭锁所述高压整流级MMC‑AC/DC变流器，由所述高压整流级MMC‑AC/DC变流器的高压直流端口通过所述多端口变压隔离级MMC‑DC/DC变流器向低压侧供电；在所述高压直流配电网发生故障时，闭锁所述高压整流级MMC‑AC/DC变流器及所述变压隔离级MMC‑DC/DC变流器的直流高压侧子模块，由所述变压隔离级MMC‑DC/DC变流器的低压侧不同端口间提供电能；所述多端口变压隔离级MMC‑DC/DC变流器，用于进行高压直流和低压不同电压等级直流之间的电能变换，并提供多个不同电压等级的低压直流端口，在所述多端口变压隔离级MMC‑DC/DC变流器任意一个端口故障时，直接闭锁故障端口，而不影响其它端口的正常工作；所述逆变级DC/AC变流器，用于低压直流和低压交流之间的电能变换，并提供低压交流端口。...

【技术特征摘要】
1.一种具备交直流故障穿越的主动型电能路由器，其特征在于，包括：高压整流级MMC-AC/DC变流器、多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器及逆变级DC/AC变流器；所述高压整流级MMC-AC/DC变流器的高压交流端口与交直流配电网的高压交流配电网相连，所述高压整流级MMC-AC/DC变流器的高压直流端口和所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器的高压直流端口均与交直流配电网的高压直流配电网相连；所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器的低压直流端口与所述逆变级DC/AC变流器的直流侧相连，以形成低压直流端口；所述高压整流级MMC-AC/DC变流器，用于高压交流和高压直流之间的电能变换，并提供高压交流端口和高压直流端口；在所述高压交流配电网发生故障时，闭锁所述高压整流级MMC-AC/DC变流器，由所述高压整流级MMC-AC/DC变流器的高压直流端口通过所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器向低压侧供电；在所述高压直流配电网发生故障时，闭锁所述高压整流级MMC-AC/DC变流器及所述变压隔离级MMC-DC/DC变流器的直流高压侧子模块，由所述变压隔离级MMC-DC/DC变流器的低压侧不同端口间提供电能；所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器，用于进行高压直流和低压不同电压等级直流之间的电能变换，并提供多个不同电压等级的低压直流端口，在所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器任意一个端口故障时，直接闭锁故障端口，而不影响其它端口的正常工作；所述逆变级DC/AC变流器，用于低压直流和低压交流之间的电能变换，并提供低压交流端口。2.根据权利要求1所述的主动型电能路由器，其特征在于，所述高压整流级MMC-AC/DC变流器为三相结构，每相结构均分为上下两个桥臂，每个桥臂的子模块均由半桥子模块和全桥子模块串联组成，且每个桥臂子模块中的半桥子模块和全桥子模块的数量相同，每个桥臂上均串联桥臂电抗器，同相的上下两桥臂通过各自对应的桥臂电抗器相接后作为高压交流端口对应相，三相三个上桥臂直接相连作为高压直流端口的正极，三相三个下桥臂直接相连作为高压直流端口的负极。3.根据权利要求1所述的主动型电能路由器，其特征在于，所述多端口变压隔离级MMC-DC/DC变流器由两相MMC、多绕组高频变压器、多组AC/DCH桥及若干个第一低压直流电容组成；所述两相MMC中每相均分为上下两个桥臂，每个桥臂的子模块均由半桥子模块和全桥子模块串联组成，且每个桥臂子模块中的半桥子模块和全桥子模块的数量相同，每个桥臂上串联桥臂电抗器，同相的上下两桥臂通过各自对应的桥臂电抗器相接后与所述多绕组高频变压器的高压端口相连，两相MMC的两个上桥臂直接相连后与高压直流端口的正极连接，两相MMC的两个下桥臂直接相连后与高压直流端口的负极连接；所述多绕组高频变...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹项根，赖锦木，陈卫，张哲，王祯，文明浩，李浪子，戚振宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42