一种正负双极型模块化多电平交-交变频器制造技术

本发明专利技术公开一种正负双极型模块化多电平交

【技术实现步骤摘要】
一种正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器


[0001]本专利技术属于多电平电力电子变换器领域，具体涉及一种正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器。

技术介绍

[0002]分频(低频)输电相较于传统工频交流输电，具有线路传输能力强、无功补偿容量低、线路损耗低等优点，在海上风电并网、远距离交流输电等领域备受关注。其中，交
‑
交变频器起到连接低频交流系统和工频交流系统的作用，是分频输电的关键设备。
[0003]目前，应用于交
‑
交变频的主流变频器主要有三种：背靠背MMC型、M3C型、Hexverter型。其中，背靠背MMC型交
‑
交变频器技术相对成熟，它采用两个直流侧相连接的MMC实现变频，控制算法比较简单易懂，但背靠背MMC结构使用了12个桥臂，子模块数量较多，建设时占用体积较大、花费成本较高。
[0004]相比而言，M3C型交
‑
交变频器使用了9个桥臂，减少了桥臂数量，降低了变频器的制造成本，但M3C内部电路十分复杂，耦合性强，环流通路多，这无疑增加了其制造和控制难度。
[0005]Hexverter型交
‑
交变频器仅使用了6个桥臂，大大减少了桥臂数量，降低了变频器的制造成本，但其拓扑结构难以进一步进行扩展，且Hexverter变频器必须严格满足无功条件才能够正常运行，结构和控制灵活度较差，难以应用于情况多变的工业实际中。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题：针对现有交
‑
交变频器存在的不足，本专利技术旨在提供一种正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器。通过引入一个由正极变压器和负极变压器构成的三相三绕组双极型变压器，以简化系统拓扑、降低变频站的建设空间和成本，同时能够实现能量的双向流动、容量的灵活调整。
[0007]与现有方法相比，正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器桥臂数量少，系统复杂度低，且具有较好的可扩展性，灵活高效，在系统搭建、算法控制上更容易实现。
[0008]为解决以上技术问题，本专利技术通过采用以下技术方案实现：
[0009]一种正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器，包含模块化多电平变频器和三相三绕组双极型变压器；
[0010]所述的模块化多电平变频器为ABC三相结构，工频侧连接至工频电网，低频侧经三相三绕组双极型变压器连接至低频电网；
[0011]所述的三相三绕组双极型变压器包括两个副边星形变压器T1、T2，其中T1为正极变压器，T2为负极变压器，副边星形变压器T1三相端口分别连接至模块化多电平变频器三相上桥臂上端；副边星形变压器T2三相端口分别连接至模块化多电平变频器三相下桥臂下端。
[0012]进一步地，所述的模块化多电平变频器，每相均包含相同的上桥臂和下桥臂，上、
下桥臂均分别包含串联的n个全桥子模块和一个桥臂电感。
[0013]进一步地，所述的全桥子模块包括第一至第四IGBT和第一电解电容，其中，第一IGBT的发射极连接第二IGBT的集电极，并以该连接点作为该全桥子模块的正端；第三IGBT的发射极连接第四IGBT的集电极，并以该连接点作为该全桥子模块的负端；第一IGBT的集电极、第三IGBT的集电极和第一电解电容的正极相连接；第二IGBT的发射极、第四IGBT的发射极和第一电解电容的负极相连接；第一至第四IGBT均连接有反并联二极管。
[0014]进一步地，所述的三相三绕组双极型变压器，T1中性点o和T2中性点o
’
相互连接。
[0015]进一步地，所述的三相三绕组双极型变压器，T1和T2变压器端口电压关系为：X和x端口电压相位相差180
°
，Y和y端口电压相位相差180
°
，Z和z端口电压相位相差180
°
。
[0016]进一步地，一种正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器的扩展，包含两个模块化多电平变频器和一个三相三绕组双极型变压器，两个模块化多电平变频器三相的上桥臂上端分别连接至三相三绕组双极型变压器T1的三相端口，两个模块化多电平变频器三相的下桥臂下端分别连接至三相三绕组双极型变压器T2的三相端口。
[0017]进一步地，所述的正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器在工频侧进行扩展，扩展后的正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器包含多个模块化多电平变频器。
[0018]进一步地，所述的正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器，功率从工频侧向低频侧流动或从低频侧向工频侧流动。
[0019]进一步地，所述的正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器，其j(j＝a,b,c)相上桥臂调制波y
ju
和下桥臂调制波y
jl
的表达式分别为：
[0020][0021]其中，y
j_l
为低频调制波分量，y
j_g
为工频调制波分量。
[0022]进一步地，j相低频调制波y
j_l
和工频调制波y
j_g
的表达式分别为：
[0023][0024]其中，m
g
为工频调制度，m
l
为低频调制度，ω
g
为工频角频率，ω
l
为低频角频率，θ
jg
为j相工频移相角，θ
jl
为j相低频移相角。
[0025]进一步地，j相上桥臂电压u
au
和下桥臂电压u
al
表达式分别为：
[0026][0027]其中，n为子模块个数，u
c
为子模块电容电压平均值。
[0028]采用以上技术方案，与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果如下：
[0029]1、本专利技术提出的一种正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器，通过引入一个由正极变压器和负极变压器构成的三相三绕组变压器，同时保留了模块化的特点，大大简化了系统结构，且具有很高的可扩展性，高效可靠，便于进行系统搭建、改造和设计控制策略。
[0030]2、本专利技术提出的一种正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器，仅使用了6个桥臂，
相比现有的几种主流变频器方案，提出的正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器大大减少了桥臂的数量，降低了变频站的建设空间和成本，降低了设计控制算法的难度，具有较高的工业价值。
[0031]3、本专利技术提出的一种正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器，能够实现能量的双向流动，能够进行容量的灵活调整，是一种柔性的交
‑
交变频器，多电平的输出特性使得变频器的输出电能质量较高，适用于包括分频输电、海上风本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器，其特征在于：包含模块化多电平变频器和三相三绕组双极型变压器；所述的模块化多电平变频器为ABC三相结构，工频侧连接至工频电网，低频侧经三相三绕组双极型变压器连接至低频电网；所述的三相三绕组双极型变压器包括两个副边星形变压器T1、T2，其中T1为正极变压器，T2为负极变压器，副边星形变压器T1三相端口分别连接至模块化多电平变频器三相上桥臂上端；副边星形变压器T2三相端口分别连接至模块化多电平变频器三相下桥臂下端。2.根据权利要求1所述的正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器，其特征在于：所述的模块化多电平变频器，每相均包含相同的上桥臂和下桥臂，上、下桥臂均分别包含串联的n个全桥子模块和一个桥臂电感。3.根据权利要求2所述的正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器，其特征在于：所述的全桥子模块包括第一至第四IGBT和第一电解电容，其中，第一IGBT的发射极连接第二IGBT的集电极，并以该连接点作为该全桥子模块的正端；第三IGBT的发射极连接第四IGBT的集电极，并以该连接点作为该全桥子模块的负端；第一IGBT的集电极、第三IGBT的集电极和第一电解电容的正极相连接；第二IGBT的发射极、第四IGBT的发射极和第一电解电容的负极相连接；第一至第四IGBT均连接有反并联二极管。4.根据权利要求1所述的正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器，其特征在于：所述的三相三绕组双极型变压器，T1中性点o和T2中性点o
’
相互连接。5.根据权利要求1或4所述的正负双极型模块化多电平交
‑
交变频器，其特征在于：所述的三相三绕组双极型变压器，T1和T2变压器端口电压关系为：X和x端口电压相位相差180
°
，Y和y端口电压相位相差180
°
，Z和z端口电压相位相差180
°
。6.根据权利要求1所述的正负双极型模块化多电平交
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：邓富金，伊浩然，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：