基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构制造技术

本发明专利技术公开了基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构，所述变换器包括三个相单元相互并联在高压直流侧端口，每个相单元由上下两个桥臂组成，从每相上下桥臂的连接点引出后串联一个滤波电感为高压交流侧端口，每个桥臂由x个单级式隔离型斩波子模块，y个单级式隔离型全桥子模块和一个桥臂电抗器组成。本发明专利技术的优点是：本发明专利技术克服了传统MMC高压直流侧与高压交流侧电压等级为固定配比的局限性，通过改变ICC、IBC两种模块的数量，可实现不同中压交直流电压等级配比，而且子模块将高频链技术与模块化多电平技术相结合，各个模块后级部分即高压侧无需支撑电容及均压控制。

【技术实现步骤摘要】
基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构
本专利技术涉及基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构。
技术介绍
近年来，由于节约型、低能耗的可持续发展方式需要，太阳能发电、风能发电等可再生能源发电已成为未来电力系统的发展方向。隔离型中压交直流混合变换技术将在未来的新能源交直流混合智能电网起到重要作用。目前广泛采用级联H桥型、模块化多电平变换器型(MMC)拓扑结构。所提出的中压并网发电系统存在以下主要问题。1.传统MMC高压直流侧与高压交流侧电压等级为固定配比，具有一定程度的局限性。只能通过串入直流变压器或者接入一个工频变压器改变高压交直流两侧的不同电压等级配比。2.对于MMC和级联H桥双极式级联型拓扑结构，存在最突出的问题就是由于单相系统固有二次功率波动问题使得各相级联单元中间直流侧需要较大电容来缓冲瞬时功率不平衡来达到稳压目的，从而导致系统体积增大，特别是考虑系统可靠性耳采取薄膜电容时，上述问题将更加突出。3.MMC的启动控制相对复杂，直流侧电压控制可分为两个阶段，第一个是预充电阶段即功率单元直流电容电压的建立，第二个阶段是MMC正常工作过程中各个级联模块间的电压均衡问题，也是该拓扑的难点之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构，将高频链与模块化多电平技术相结合，使得各模块高压侧不再需要电容支撑及均压控制。使用不同数量配比的单级式隔离型斩波模和单级式隔离型全桥模块从而达到中高压交直流两侧电压的不同配比以适应与更多的应用场景。同时克服了单级式变换器二次侧换流、电压尖峰等问题，具有高压交流、高压直流及低压直流三个端口。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构，所述变换器包括三个相单元相互并联在高压直流侧端口，每个相单元由上下两个桥臂组成，从每相上下桥臂的连接点引出后串联一个滤波电感为高压交流侧端口，每个桥臂由x个单级式隔离型斩波子模块，y个单级式隔离型全桥子模块和一个桥臂电抗器组成。优选的，所述单级式隔离型斩波子模块包括前级H桥、后级H桥和纤维电路，所述前级H桥由四个主动开关管组成，且各个开关管的集电极与反并联二极管阴极相连接，发射极与反并联二极管的阳极相连接；四个开关管分别为第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，其中，第一开关管的发射极与第三开关管的集电极相连接并引出与第一高频变压器一次侧的E端相连接；第二开关管的发射极与第四开关管的集电极相连接并引出与第一高频变压器一次侧的F端相连接；第一开关管和第三开关管的集电极相连，第二开关管和第四开关管的发射极相连，第一开关管和第三开关管的集电极与第二开关管和第四开关管的发射极分别再与所述低压侧电容的正负两极相并联。优选的，所述后级H桥包括四个主动开关管第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管；各个主动开关管的集电极分别与反并联二极管的阴极相连接，发射极分别与反并联二极管的阳极相连接；第五开关管的发射极和第七开关管的集电极相连并作为第一高频变压器二次侧的G端，第六开关管的发射极和第八开关管的集电极相连作为第一高频变压二次侧的另一端H端；第五开关管与第六开关管的集电极相连并作为单级式隔离型斩波子模块后级部分的正极；第七开关管与第八开关管的发射极相连并作为子模块后级部分的负极。优选的，所述钳位电路包括第一二极管，第二二极管，第三二极管，第四二极管、第一电容和第一电阻，第一二极管的阳极与第三二极管的阴极相连接并接入到第一高频变压器二次侧的G端；第二二极管的阳极与第三二极管的阴极相连接并接入到第一高频变压器的二次侧的H端；第一二极管，第三二极管的阴极和第二二极管，第四二极管的阳极分别与第一电容和第一电阻的两端相并联。优选的，所述单级式隔离型全桥子模块包括上单级式隔离型斩波子模块和下单级式隔离型斩波子模块，上单级式隔离型斩波子模块和下单级式隔离型斩波子模块前级并联，后级反接串联，上单级式隔离型斩波子模块和下单级式隔离型斩波子模块均包括前级H桥、后级H桥和钳位电路。优选的，所述上单级式隔离型斩波子模块的前级H桥包括四个开关管，四个开关管分别为第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，第一开关管与第三开关管串联，第二开关管与第四开关管串联，两个串联桥臂并联，第一开关管的集电极和第二开关管的集电极的相连作为该主动H桥的正极端口，第三开关管的发射极和第四开关管的发射极相连作为该主动H桥的负极端口；第一开关管的发射极和第三开关管的集电极相连后与第二高频变压器的一次侧端口连接，第二开关管的发射极和第四开关管的集电极相连后与第二高频变压器的一次侧另一端口连接。优选的，所述上单级式隔离型斩波子模块的后级H桥包括第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管，第五开关管与第七开关管串联，第六开关管与第八开关管串联，第五开关管的集电极和第六开关管的集电极相连作为该H桥的正极端口，第七开关管的发射极和第八开关管的发射极相连作为该H桥的负极端口，第五开关管的发射极和第七开关管的集电极相恋后与第二高频变压器二次侧端口I连接，第六开关管的发射极和第八开关管的集电极相连后与第二高频变压器二次侧的另一端口J连接。优选的，所述上单级式隔离型斩波子模块的钳位电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电容和第一电阻，第一二极管的阳极与第三二极管的阴极相连接并接入到第二高频变压器二次侧的I端，第二二极管的阳极和第四二极管的阴极相连并接入到第二高频变压器二次侧的J端，第一二极管、第三二极管的阴极和第二二极管、第四二极管的阳极分别与第一电容和第一电阻并联。优选的，所述下单级式隔离型斩波子模块的前级H桥包括四个开关管，四个开关管分别为第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管，第九开关管与第十一开关管串联，第十开关管与第十二开关管串联，两个串联桥臂并联，第九开关管的集电极和第十开关管的集电极的相连作为该主动H桥的正极端口，第十一开关管的发射极和第十二开关管的发射极相连作为该主动H桥的负极端口；第九开关管的发射极和第十一开关管的集电极相连后与第三高频变压器的一次侧端口连接，第十开关管的发射极和第十二开关管的集电极相连后与第三高频变压器的一次侧另一端口连接。优选的，所述下单级式隔离型斩波子模块的后级H桥包括第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管和第十六开关管，第十三开关管与第十五开关管串联，第十四开关管与第十六开关管串联，第十三开关管的集电极和第十四开关管的集电极相连作为该H桥的正极端口，第十五开关管的发射极和第十六开关管的发射极相连作为该H桥的负极端口，第十三开关管的发射极和第十五开关管的集电极相恋后与第三高频变压器二次侧端口M连接，第十四开关管的发射极和第八开关管的集电极相连后与第三高频变压器二次侧的另一端口N连接。所述下单级式隔离型斩波子模块的钳位电路包括第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第二电容和第二电阻，第五二极管的阳极与第七二极管的阴极相连接并接入到第二高频变压器二次侧的I端，第六二极管的阳极和第八二极管的阴极相连并接入到第二高频变压器二次侧的J端，第五二极管、第七二极管的阴极和第六二极管、第八二极管的阳极分别与第二电容和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构，其特征在于：包括变换器，所述变换器包括三个相单元相互并联在高压直流侧端口，每个相单元由上下两个桥臂组成，从每相上下桥臂的连接点引出后串联一个滤波电感为高压交流侧端口，每个桥臂由x个单级式隔离型斩波子模块，y个单级式隔离型全桥子模块和一个桥臂电抗器组成。

【技术特征摘要】
1.基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构，其特征在于：包括变换器，所述变换器包括三个相单元相互并联在高压直流侧端口，每个相单元由上下两个桥臂组成，从每相上下桥臂的连接点引出后串联一个滤波电感为高压交流侧端口，每个桥臂由x个单级式隔离型斩波子模块，y个单级式隔离型全桥子模块和一个桥臂电抗器组成。2.如权利要求1所述的基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构，其特征在于：所述单级式隔离型斩波子模块包括前级H桥、后级H桥和纤维电路，所述前级H桥由四个主动开关管组成，且各个开关管的集电极与反并联二极管阴极相连接，发射极与反并联二极管的阳极相连接；四个开关管分别为第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，其中，第一开关管的发射极与第三开关管的集电极相连接并引出与第一高频变压器一次侧的E端相连接；第二开关管的发射极与第四开关管的集电极相连接并引出与第一高频变压器一次侧的F端相连接；第一开关管和第三开关管的集电极相连，第二开关管和第四开关管的发射极相连，第一开关管和第三开关管的集电极与第二开关管和第四开关管的发射极分别再与所述低压侧电容的正负两极相并联。3.如权利要求2所述的基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构，其特征在于：所述后级H桥包括四个主动开关管第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管；各个主动开关管的集电极分别与反并联二极管的阴极相连接，发射极分别与反并联二极管的阳极相连接；第五开关管的发射极和第七开关管的集电极相连并作为第一高频变压器二次侧的G端，第六开关管的发射极和第八开关管的集电极相连作为第一高频变压二次侧的另一端H端；第五开关管与第六开关管的集电极相连并作为单级式隔离型斩波子模块后级部分的正极；第七开关管与第八开关管的发射极相连并作为子模块后级部分的负极。4.如权利要求3所述的基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构，其特征在于：所述钳位电路包括第一二极管，第二二极管，第三二极管，第四二极管、第一电容和第一电阻，第一二极管的阳极与第三二极管的阴极相连接并接入到第一高频变压器二次侧的G端；第二二极管的阳极与第三二极管的阴极相连接并接入到第一高频变压器的二次侧的H端；第一二极管，第三二极管的阴极和第二二极管，第四二极管的阳极分别与第一电容和第一电阻的两端相并联。5.如权利要求1所述的基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构，其特征在于：所述单级式隔离型全桥子模块包括上单级式隔离型斩波子模块和下单级式隔离型斩波子模块，上单级式隔离型斩波子模块和下单级式隔离型斩波子模块前级并联，后级反接串联，上单级式隔离型斩波子模块和下单级式隔离型斩波子模块均包括前级H桥、后级H桥和钳位电路。6.如权利要求5所述的基于混合模块的隔离型模块化多电平变换器拓扑结构，其特征在于：所述上单级式隔离型斩波子模块的前级H桥包括四个开关管，四个开关管分别为第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，第一开关管与第三开关管串联，第二开关管与第四开关管串联，两个串联桥臂并联，第一开关管的集电极和第二开关管的集电极的相连作为该主动H桥的正极端口，第三开关管的发射极和第四开关管的发射极相连作为该主动H桥的负极端口；第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘闯，蔡国伟，应鸿，沈宝兴，陈琦，吴星昂，於国芳，裴忠晨，
申请(专利权)人：浙江华云清洁能源有限公司，东北电力大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33