基于MMC子模块桥臂复用的SST拓扑及故障穿越方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MMC子模块桥臂复用的SST拓扑及故障穿越方法，所述拓扑包括：中压交流端、中压直流端、低压交流端、低压直流端和三相电路拓扑，其中：所述三相电路拓扑，包括三条相同的单相线路，所述单相线路包括多个子模块；所述子模块包括前级电路、后级电路和变压器；所述控制方法包括；在固态变压器拓扑处于直流短路故障状态中：在子模块第一桥臂和第二桥臂的调制信号中，直流分量和高频分量相同，基频分量相反。采用上述技术方案，减少开关管的使用数量，提升功率密度，在直流短路故障的情况下实现固态变压器的不间断运行，显著提升系统的稳定性。系统的稳定性。系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于MMC子模块桥臂复用的SST拓扑及故障穿越方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种基于MMC子模块桥臂复用的SST拓扑及故障穿越方法。

技术介绍

[0002]交直流混合配电网具备多电压等级、多电压形态的端口，电能可在交直流、高低压端口之间进行传输与变换，适用于新能源与直流负荷的接入，是未来配电网发展的重要方向之一。固态变压器(solid state transformer,SST)因同时具备灵活的可控性以及多端口接入能力，成为了交直流混合配电网中的核心设备。
[0003]MMC
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SST(modular
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multilevel
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converter，MMC)具备MVDC(中压直流端)端口，可应用于中高压输配电场合，可以实现分布式能源的并网和就地消纳，因此MMC
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SST在交直流混合配电网中具有广阔的应用前景。其中双有源桥DAB(DualActive Bridge，DAB)型MMC
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SST拓扑具有控制灵活，易于实现冗余容错等优点。然而，由于在每个子模块的直流侧都需要连接DAB，在中压配电网使用时，需要大量的开关器件，导致SST的功率密度较低，严重制约了DAB型MMC
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SST的应用，且在发生直流短路故障的情况下，固态变压器需要停止运行。因此对其模块的改进是十分有必要的。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术提供一种基于MMC子模块桥臂复用的SST拓扑及故障穿越方法，通过在子模块前级电路结构中增加少量的隔离电容，减少开关管的使用数量，提升功率密度，在直流短路故障状态中，可以控制子模块输出电压中仅包含基频交流分量，计算得到子模块前级电路和后级电路的开关管开关信号，可以在直流短路故障的情况下实现固态变压器的不间断运行，显著提升系统的稳定性。
[0005]技术方案：本专利技术提供一种基于MMC子模块桥臂复用的固态变压器拓扑，包括：中压交流端、中压直流端、低压交流端、低压直流端和三相电路拓扑，其中：所述三相电路拓扑，包括三条相同的单相线路，所述单相线路包括多个子模块；所述子模块包括前级电路、后级电路和变压器，所述前级电路包括并联的第一桥臂、第二桥臂和电容桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂上分别包括串联的两个开关管，所述电容桥臂上包括串联的两个电容，所述后级电路包括并联的第三桥臂和第四桥臂，所述第三桥臂和第四桥臂上分别包括串联的两个开关管；第一桥臂和电容桥臂上的中点分别与变压器一次侧连接，所述第三桥臂和第四桥臂上的中点分别与变压器二次侧连接；所述第一桥臂和第二桥臂上的中点分别作为子模块之间相互连接的接口，所述第四桥臂上的两个端点作为子模块之间相互连接的接口；所述端点，指两个桥臂之间的并联点；所述中点，指两开关管或两电容之间的连接点；所述中压交流端，由三条单相线路上子模块第一桥臂之间的连接线路上分别引出的三个端口形成；所述中压直流端，包括两个端口，按照子模块在单相线路的位置顺序，三条单相线路上最先一个子模块的第一桥臂中点连接后引出形成一个端口，三条单相线路上最后一个子模
块的第一桥臂中点连接后引出形成另一个端口；所述低压交流端，包括四个并联的低压桥臂，每个低压桥臂分别包括串联的两个开关管，低压桥臂的两个端点连接于一条单相线路的子模块第四桥臂的端点连接线路，四个低压桥臂的中点分别引出四个端口；所述低压直流端，包括两个端口，三条单相线路的子模块第四桥臂的端点连接线路连接后引出形成一个端口，三条单相线路的子模块第四桥臂的另一端点连接线路连接后引出形成另一个端口。
[0006]具体的，在单相线路上子模块之间的连接线路是，子模块第一桥臂上的中点和相邻位置的子模块第二桥臂上的中点连接。
[0007]具体的，在单相线路上子模块之间的连接线路是，第四桥臂一侧端点之间连接形成一端点连接线路，第四桥臂的另一侧端点之间连接形成另一端点连接线路。
[0008]具体的，在第一桥臂中点与变压器一次侧之间的连接线路上设置有隔离电容。
[0009]具体的，所述子模块的后级电路中，第三桥臂和第四桥臂的一侧并联电容。
[0010]具体的，在子模块第一桥臂之间的连接线路上引出中压交流端的端口的位置两侧，设置有电感。
[0011]本专利技术还提供一种基于MMC子模块桥臂复用的固态变压器拓扑故障穿越控制方法，对于本专利技术提供的任一项基于MMC子模块桥臂复用的固态变压器拓扑，包括：在固态变压器拓扑处于正常运行状态中：第一桥臂的两个开关管的开关信号由基频调制波与载波做差得到，在第二桥臂的两个开关管中，一个处于关断状态，另一个处于导通状态；在固态变压器拓扑处于直流短路故障状态中：在子模块第一桥臂和第二桥臂的调制信号中，直流分量和高频分量相同，基频分量相反。
[0012]具体的，所述在固态变压器拓扑处于正常运行状态中：在单相线路的子模块中设置与高频子模块对应的高频消除子模块；所述高频消除子模块的调制信号，直流分量和基频分量与高频子模块相同，高频分量与高频子模块相反；所述在固态变压器拓扑处于直流短路故障状态中：获取子模块前级电路中下桥臂的基频调制信号，基频调制信号与高频调制信号相加，再进行脉冲宽度调制，得到子模块前级电路开关管的开关信号；子模块前级电路的高频调制信号经过时间延迟后，再进行脉冲宽度调制，得到子模块后级电路开关管的开关信号；所述时间延迟，由低压直流端的电压参考值和实际值做差后经过比例积分控制得到。
[0013]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：减少开关管的使用数量，提升功率密度，在直流短路故障的情况下实现固态变压器的不间断运行，显著提升系统的稳定性。
附图说明
[0014]图1为本专利技术提供的固态变压器拓扑的结构示意图；
[0015]图2为本专利技术提供的子模块结构以及子模块结构在高频产生和高频消除信号调制下的示意图；
[0016]图3为本专利技术提供的直流短路故障状态时子模块的工作状态示意图；
[0017]图4为本专利技术提供的具备故障穿越能力的子模块桥臂复用的固态变压器拓扑的整体控制框图；
[0018]图5(a)为本专利技术提供的固态变压器拓扑正常运行状态下输入级MMC的a相上桥臂输出电压波形示意图；图5(b)为本专利技术提供的固态变压器拓扑正常运行状态下高频变压器两端的输入电压波形示意图；
[0019]图6(a)至(f)分别为本专利技术提供的固态变压器拓扑直流短路故障状态下的子模块输出电压、MVAC端口三相电流、LVDC端口电压、半个调制波周期移相比、MVDC端口电压和故障前后直流电流的仿真波形图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0021]参阅图1，其为本专利技术提供的固态变压器拓扑的结构示意图；参阅图2，其为本专利技术提供的子模块结构示意图。
[0022]本专利技术提供一种基于MMC子模块桥臂复用的固态变压器拓扑，包括：中压交流端、中压直流端、低压交流端、低压直流端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MMC子模块桥臂复用的固态变压器拓扑，其特征在于，包括：中压交流端、中压直流端、低压交流端、低压直流端和三相电路拓扑，其中：所述三相电路拓扑，包括三条相同的单相线路，所述单相线路包括多个子模块；所述子模块包括前级电路、后级电路和变压器，所述前级电路包括并联的第一桥臂、第二桥臂和电容桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂上分别包括串联的两个开关管，所述电容桥臂上包括串联的两个电容，所述后级电路包括并联的第三桥臂和第四桥臂，所述第三桥臂和第四桥臂上分别包括串联的两个开关管；第一桥臂和电容桥臂上的中点分别与变压器一次侧连接，所述第三桥臂和第四桥臂上的中点分别与变压器二次侧连接；所述第一桥臂和第二桥臂上的中点分别作为子模块之间相互连接的接口，所述第四桥臂上的两个端点作为子模块之间相互连接的接口；所述端点，指两个桥臂之间的并联点；所述中点，指两开关管或两电容之间的连接点；所述中压交流端，由三条单相线路上子模块第一桥臂之间的连接线路上分别引出的三个端口形成；所述中压直流端，包括两个端口，按照子模块在单相线路的位置顺序，三条单相线路上最先一个子模块的第一桥臂中点连接后引出形成一个端口，三条单相线路上最后一个子模块的第一桥臂中点连接后引出形成另一个端口；所述低压交流端，包括四个并联的低压桥臂，每个低压桥臂分别包括串联的两个开关管，低压桥臂的两个端点连接于一条单相线路的子模块第四桥臂的端点连接线路，四个低压桥臂的中点分别引出四个端口；所述低压直流端，包括两个端口，三条单相线路的子模块第四桥臂的端点连接线路连接后引出形成一个端口，三条单相线路的子模块第四桥臂的另一端点连接线路连接后引出形成另一个端口。2.根据权利要求1所述的基于MMC子模块桥臂复用的固态变压器拓扑，其特征在于，在单相线路上子模块之间的连接线路是，子模块第一桥臂上的中点和相邻位置的子模块第二桥臂上的中点连接。3.根据权利要求2所述的基于MMC子模块桥臂复用的固态变压器拓扑，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙毅超，鄢寅宇，郭宛鑫，黄堃，侯凯，王琦，赵景涛，孙厚涛，俞拙非，吾喻明，
申请(专利权)人：南瑞集团有限公司，
类型：发明
国别省市：