一种级联型灵活交流链变换器拓扑结构制造技术

本发明专利技术公开了一种级联型灵活交流链变换器拓扑结构，包括三相交流电源、3个功率调节单元、3个Buck型直接式AC‑AC变换器UT‑AC、三相多绕组隔离变压器、3个LC低通滤波器；其中，每个功率调节单元由两个双极性直接式AC‑AC变换器BT‑AC组成。本发明专利技术的拓扑结构能够控制互联馈线之间的潮流，实现配电网馈线的柔性互联故障情况下，可以实现对于隔离负载的恢复供电；通过对配电网中馈线的柔性互联，能够提高分布式发电在配电网中的渗透率，提高配电网的电能质量和供电可靠性。

A topology of cascaded flexible AC link converter

【技术实现步骤摘要】
一种级联型灵活交流链变换器拓扑结构
本专利技术属于配电网柔性互联
，具体涉及一种级联型灵活交流链变换器拓扑结构。
技术介绍
分布式可再生能源发电并网容量的急剧增大，以电动汽车为代表的新型负荷的大规模接入，电源结构与种类的不断变化，负荷特性的日益多样化，已经对当前的配电网产生了广泛而深远的影响。主要表现为：功率流向日趋复杂，负荷波动加剧，单电源辐射状结构变成有源网络结构，电压越限等电能质量问题日益突出，供电可靠性降低。以光伏与风电为代表的可再生能源发电具有典型的间歇性、随机性，其发电出力随时间尺度和地理范围的变化率相对较高，同一条馈线上可再生能源出力与负荷的时序特性决定了可再生能源高出力时段与重负荷时段的错位，这对配电网的电能质量和可再生能源消纳均产生不利的影响。此外，配电网的运行也面临着电磁环网的解环与合环、提高负载率的均衡度、无功电压的优化控制以及避免短时供电中断等问题。围绕这些问题，国内外的研究者提出了实时重构、主动配电网分层分布式控制以及需求侧响应等多种解决方案。然而，配电网的柔性互联是实现上述解决方案的重要基础，传统的互联方式缺乏足够的可控性和灵活性。当前配电网的联络通常依靠分段和联络开关以及变压器分接头。分段和联络开关仅仅有开、合两种状态，响应速度一般为秒级，开合动作次数也有明确的限制，不具备调节能力并且会增大短路电流。配电变压器增加分接头是一种具备调节能力的方案，但是采用分接头调节灵活度有限，并且调节范围比较窄、调节精度也比较低。因此目前配电网的这些传统装备，已经不能满足当前配电网对智能化、精细化以及实时化的运行要求。随着电力电子变换技术的快速发展，基于电力电子技术的配电网柔性互联装备受到广泛的关注和研究，与传统的联络开关相比，基于电力电子技术的柔性互联装备，不仅具备开和合两种状态，而且不存在机械式开关动作次数的限制，增加了功率连续可控状态，兼具运行柔性切换、控制方式灵活多样等特点。引起关注最终多的是柔性直流输电系统，2003年前后，研究者就考虑是否可以将VSC-HVDC用于城市配电网，但是由于必须采用IGBT串联型换流器，其研制难度大，造价昂贵、损耗较高，因此相关研究仅仅停留在了概念层面。英国帝国理工大学提出了软常开点(SoftNormally-OpenPoint,SNOP)的概念，SNOP能够准确的控制其所连接两侧馈线的有功与无功功率，改变了传统配电网闭环设计、开环运行的供电方式，提高了配电网的供电可靠性，改善了负载率的均衡度。目前基于模块化多电平换流器(MMC)拓扑结构的SNOP装备成为主流技术，MMC因其能够模块化生产的优点，已在国内外多个工程中用于新能源并网或输电网分区互联。然而，MMC型VSC-HVDC存在的一些特点可能会不利于它在配电网中的应用。MMC采用了基于全控型器件(比如IGBT)的AC/DC/AC的两级功率变换，降低了变换器的效率，增加了直流侧故障保护的难度。此外，MMC拓扑结构中必须要使用大量的直流侧电容器，这会导致装备的体积过大、成本过高。基于MMC的SNOP装备拥有一个巨大的优势就是能够实现异步互联，然而在配电网中几乎对这方面没有需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种级联型灵活交流链变换器拓扑结构，该拓扑能够控制互联馈线之间的潮流，实现配电网馈线的柔性互联。本专利技术所采用的技术方案是，一种级联型灵活交流链变换器拓扑结构，包括三相交流电源、3个功率调节单元、3个Buck型直接式AC-AC变换器UT-AC、三相多绕组隔离变压器、3个LC低通滤波器；其中，每个功率调节单元由两个双极性直接式AC-AC变换器BT-AC组成；一条馈线末端节点A、B、C三相交流电源接入三相多绕组隔离变压器的一次侧；三相多绕组隔离变压器的二次侧共9个绕组，每个单相3个绕组，每个单相的3个绕组分别对应为1个UT-AC、2个BT-AC供电；A相UT-AC变换器输出端口的负极与B相BT-AC变换器输出端口的正极相连；B相BT-AC变换器输出端口的负极与C相BT-AC变换器输出端口的正极相连；A相UT-AC变换器输出端口的正极与C相BT-AC变换器输出端口的负极构成输出二端口，输出二端口的正极连接于另一条馈线的末端，负极与其它两相输出二端口的负极连接于一点N2；所述B、C相的接法同A相。本专利技术的特点还在于：A相的功率调节单元由两个双极性直接式AC-AC变换器BT-AC组成；B相变压器二次侧绕组Tb2为BT-AC变换器Ba的交流输入；C相变压器二次侧绕组Tc2为BT-AC变换器Ca的交流输入；变换器Ba输出二端口的负极与变换器Ca输出二端口的正极相连，构成应用于A相的功率变换单元；功率变换单元的输出为二端口，其正极为变换器Ba输出二端口的正极，负极为变换器Ca输出二端口的负极；B相的功率调节单元由两双极性直接式AC-AC变换器组成；A相变压器二次侧绕组Ta3为BT-AC变换器Ab的交流输入；C相变压器二次侧绕组Tc3为BT-AC变换器Cb的交流输入；变换器Ab输出二端口的负极与变换器Cb输出二端口的正极相连，构成应用于B相的功率变换单元；功率变换单元的输出为二端口，其正极为变换器Ab输出二端口的正极，负极为变换器Cb输出二端口的负极；C相的功率调节单元由两个双极性直接式AC-AC变换器组成；A相变压器二次侧绕组Ta4为BT-AC变换器Ac的交流输入；B相变压器二次侧绕组Tb4为BT-AC变换器Bc的交流输入；变换器Ac输出二端口的负极与变换器Bc输出二端口的正极相连，构成应用于C相的功率变换单元；功率变换单元的输出为二端口，其正极为变换器Ac输出二端口的正极，负极为变换器Bc输出二端口的负极。双极性直接式AC-AC变换器BT-AC由输入滤波电容、H桥、信号控制单元组成；其中，H桥由正、负桥臂构成；输入滤波电容为高频薄膜电容；输入滤波电容一端与单相交流输入的正极连接，另一端与单相交流输入的负极连接；H桥的每个桥臂由4个全控型功率开关管、1个箝位电容构组成；正、负极性桥臂的一端与单相交流电源的正极连接，另一端与负极连接；正、负极性桥臂对地各有一个输出端口，两个桥臂构成二端输出端口。正极性桥臂的全控型功率开关管由上到下依次为S2、S1、S1c、S2c；S2的发射极与单相交流电源的正极连接，集电极与S1的集电极连接；S1的发射极与S1c的集电极连接，S1c的发射极与S2c的发射极连接；S2c的集电极与单相交流电源的负极连接；箝位电容C3一端与S1的集电极相连，另一端与S1c的发射极相连；正极性桥臂的输出端由开关管S1的发射极与S1c的集电极之间引出。构成负极性桥臂的全控型功率开关管由上到下依次为S2p、S1p、S1cp、S2cp；S2p的发射极与单相交流电源的正极连接，集电极与S1p的集电极连接；S1p的发射极与S1cp的集电极连接；S1cp的发射极与S2cp的发射极连接；S2cp的集电极与单相交流电源的负极连接；箝位电容C2箝位在开关管S1p的集电极与S1cp的发射极之间引出。Buck型直接式AC-AC变换器UT-AC每相一个；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种级联型灵活交流链变换器拓扑结构，其特征在于：包括三相交流电源、3个功率调节单元、3个Buck型直接式AC-AC变换器UT-AC、三相多绕组隔离变压器、3个LC低通滤波器；其中，每个功率调节单元由两个双极性直接式AC-AC变换器BT-AC组成；/n一条馈线末端节点A、B、C三相交流电源接入三相多绕组隔离变压器的一次侧；三相多绕组隔离变压器的二次侧共9个绕组，每个单相3个绕组，每个单相的3个绕组分别对应为1个UT-AC、2个BT-AC供电；A相UT-AC变换器输出端口的负极与B相BT-AC变换器输出端口的正极相连；B相BT-AC变换器输出端口的负极与C相BT-AC变换器输出端口的正极相连；A相UT-AC变换器输出端口的正极与C相BT-AC变换器输出端口的负极构成输出二端口，输出二端口的正极连接于另一条馈线的末端，负极与其它两相输出二端口的负极连接于一点N2；/n所述B、C相的接法同A相。/n

【技术特征摘要】
1.一种级联型灵活交流链变换器拓扑结构，其特征在于：包括三相交流电源、3个功率调节单元、3个Buck型直接式AC-AC变换器UT-AC、三相多绕组隔离变压器、3个LC低通滤波器；其中，每个功率调节单元由两个双极性直接式AC-AC变换器BT-AC组成；
一条馈线末端节点A、B、C三相交流电源接入三相多绕组隔离变压器的一次侧；三相多绕组隔离变压器的二次侧共9个绕组，每个单相3个绕组，每个单相的3个绕组分别对应为1个UT-AC、2个BT-AC供电；A相UT-AC变换器输出端口的负极与B相BT-AC变换器输出端口的正极相连；B相BT-AC变换器输出端口的负极与C相BT-AC变换器输出端口的正极相连；A相UT-AC变换器输出端口的正极与C相BT-AC变换器输出端口的负极构成输出二端口，输出二端口的正极连接于另一条馈线的末端，负极与其它两相输出二端口的负极连接于一点N2；
所述B、C相的接法同A相。


2.如权利要求1所述的级联型灵活交流链变换器拓扑结构，其特征在于：所述A相的功率调节单元由两个双极性直接式AC-AC变换器BT-AC组成；B相变压器二次侧绕组Tb2为BT-AC变换器Ba的交流输入；C相变压器二次侧绕组Tc2为BT-AC变换器Ca的交流输入；变换器Ba输出二端口的负极与变换器Ca输出二端口的正极相连，构成应用于A相的功率变换单元；功率变换单元的输出为二端口，其正极为变换器Ba输出二端口的正极，负极为变换器Ca输出二端口的负极；
所述B相的功率调节单元由两双极性直接式AC-AC变换器组成；A相变压器二次侧绕组Ta3为BT-AC变换器Ab的交流输入；C相变压器二次侧绕组Tc3为BT-AC变换器Cb的交流输入；变换器Ab输出二端口的负极与变换器Cb输出二端口的正极相连，构成应用于B相的功率变换单元；功率变换单元的输出为二端口，其正极为变换器Ab输出二端口的正极，负极为变换器Cb输出二端口的负极；
所述C相的功率调节单元由两个双极性直接式AC-AC变换器组成；A相变压器二次侧绕组Ta4为BT-AC变换器Ac的交流输入；B相变压器二次侧绕组Tb4为BT-AC变换器Bc的交流输入；变换器Ac输出二端口的负极与变换器Bc输出二端口的正极相连，构成应用于C相的功率变换单元；功率变换单元的输出为二端口，其正极为变换器Ac输出二端口的正极，负极为变换器Bc输出二端口的负极。


3.如权利要求1所述的级联型灵活交流链变换器拓扑结构，其特征在于：所述双极性直接式AC-AC变换器BT-AC由输入滤波电容、H桥、信号控制单元组成；其中，H桥由正、负桥臂构成；
所述输入滤波电容为高频薄膜电容；输入滤波电容一端与单相交流输入的正极连接，另一端与单相交流输入的负极连接；H桥的每个桥臂由4个全控型功率开关管、1个箝位电容构组成；正、负极性桥臂的一端与单相交流电源的正极连接，另一端与负极连接；正、负极性桥臂对地各有一个输出端口，两个桥臂构成二端输出端口。


4.如权利要求3所述的双极性直接式AC-AC变换器BT-AC，其特征在于：所述正极性桥臂的全控型功率开关管由上到下依次为S2、S1、S1c、S2c；S2的发射极与单相交流电源的正极连接，集电极与S1的集电极连接；S1的发射极与S1c的集电极连接，S1c的发射极与S2c的发射极连接；S2c的集电极与单相交流电源的负极连接；箝位电容C3一端与S1的集电极相连，另一端与S1c的发射极相连；正极性桥臂的输出端由开关管S1的发射极与S1c的集电极之间引出。


5.如权利要求3所述的双极性直接式AC-AC变换器BT-AC，其特征在于：所述构成负极性桥臂的全控型功率开关管由上到下依次为S2p、S1p、S1cp、S2cp；S2p的发射极与单相交流电源的正极连接，集电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘闯，蔡国伟，朱炳达，张瀚文，郭东波，王艺博，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22