[发明专利]一种基于MMC的固态变压器以及控制方法

说明书

本发明提供一种基于MMC的固态变压器以及控制方法，固态变压器包括高压级AC/DC变换器、隔离级DC/DC变换器和低压级DC/AC变换器；高压级AC/DC变换器通过高压直流母线连接隔离级DC/DC变换器，隔离级DC/DC变换器通过低压级直流母线并联模块连接低压级DC/AC变换器。本发明始中低压级直流侧通过采用直流母线交错并联这种拓扑结构，从而在结构上解决了固态变压器高、低压侧系统不平衡的相互影响，自动提高了供电可靠性‘；基于MMC结构的互平衡固态变压器可以通过控制高压级公共直流母线电压的恒定，实现抑制三相不平衡负荷对电网的影响，以及电网出现三相不对称对交流负荷的影响。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于MMC的固态变压器以及控制方法。

背景技术

固态变压器又称为电力电子变压器或柔性变压器，它是以电力电子变流技术和电磁感应技术为基础的新型变压器，它彻底的改变了传统变压器的系统结构，在实现常规电力变压器电压等级变换、电气隔离和能量传递等基本功能的基础上，还可以实现双向潮流控制、电能质量控制等许多额外功能，是下一代智能电网建设的关键装备。受电力电子元器件发展水平的限制，适应于电网需求的高压、大功率、大电流的满足四象限运行的固态变压器必须采用全控型电力电子器件串、并联或多电平的方式。目前常用的适合于高压大功率场合的固态变压器主电路拓扑主要是基于H桥级联型(如图1)、中点箝位型多电平换流器的固态变压器，这些拓扑结构具有诸多优点，但是也存在着不易模块化构建、控制复杂、所需器件过多等缺点，此类拓扑结构的固态变压器不具备自动抑制电网与负荷间的相互电能质量干扰功能。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于MMC的固态变压器以及控制方法，基于MMC结构的互平衡固态变压器可以通过控制高压级公共直流母线电压的恒定，实现抑制三相不平衡负荷对电网的影响，以及电网出现三相不对称对交流负荷的影响。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种基于MMC的固态变压器，所述固态变压器包括高压级AC/DC变换器、隔离级DC/DC变换器和低压级DC/AC变换器；所述高压级AC/DC变换器通过高压直流母线连接隔离级DC/DC变换器，所述隔离级DC/DC变换器通过低压级直流母线并联模块连接低压级DC/AC变换器。

所述高压级AC/DC变换器采用MMC，以提高固态变压器输入级的电压等级；

所述高压级AC/DC换流器每个相单元投入的子模块数为2M，上桥臂和下桥臂串联子模块数均为M，且每个子模块均与隔离级高压侧DC/AC变换模块的单相全桥DC/AC变换器通过共用直流电容的方式连接，完成高压直流电压到高频交流方波的变换。

所述隔离级DC/DC变换器包括隔离级高压侧DC/AC变换模块、隔离级高频变压器和隔离级低压侧AC/DC变换模块；

所述隔离级高频变压器的原边绕组与副边绕组之间变比为2M：3，隔离级低压输出侧AC/DC变换模块的单相全桥AC/DC模块连接低压级直流母线并联模块，完成高频交流方波到低压直流电压的变换。

所述低压级DC/AC变换器由低压级直流母线并联模块和三个独立控制的单相全桥逆变器以及对应LC滤波器组成，输出所需要的交流电能，实现固态变压器的电压变换、电能传输和电能质量控制。

本发明还提供一种基于MMC的固态变压器的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1：高压级AC/DC变换器进行电压和电流的双闭环控制、环流抑制控制和子模块电容电压均衡控制；

步骤2：隔离级DC/DC变换器进行高压级AC/DC变换器与低压级DC/AC变换器之间的电气隔离以及电压等级变换控制；

步骤3：低压级DC/AC变换器进行相电压有效值恒定控制并实现波形正弦化。