[发明专利]适用于模块化多电平直流变压器的回流功率优化方法

说明书

本发明公开一种适用于模块化多电平直流变压器的回流功率优化方法，将MMC桥臂与H桥组成MMC‑H桥型直流变压器，设置MMC侧为最近电平调制策略，H桥采用增加一个内移相的拓展移相调制，分析该直流变压器运行特性；根据MMC‑H桥型直流变压器拓扑与运行特性，推导出直流变压器基于最近电平逼近调制策略和拓展移相控制的传输功率表达式；对于推导出的功率表达式，分析功率随参数变化的分布情况，总结影响回流功率的因素，讨论电压调节比的优化配置，凝练零回流功率的边界条件与回流功率优化工作区间，零回流功率区域；直流变压器通过调整内外移相实现直流变压器工作在回流功率优化工作区间，减小回流功率与电流应力。此种方法可减小回流功率与电流应力。

技术领域

本发明属于模块化多电平变流器和直流变换领域，特别涉及一种模块化多电平MMC的直流变压器。

背景技术

光伏、风电等可再生能源发电的大量应用已经成为世界各地实现可持续发展与应对气候变化的重要措施。2017年，我国风电新增装机容量达到1503万千瓦，全国风电累计装机1.64亿千瓦。2017年，我国光伏发电累计装机容1.3亿千瓦，全年发电量约3057亿千瓦时。新能源发电在总发电量中所占比例持续增加。

可再生能源发电具备随机波动性的特点，大量接入交流电网时会严重影响其供电可靠性与稳定性，包括频率波动、无功补偿等问题。而直流配电网不存在上述问题，同时随着电力电子技术的发展，直流配电网在新能源发电接入、电能质量、传输损耗等方面的优势日益凸显。

不同于交流电网，直流电网必须依靠电力电子设备实现不同电网之间的电压匹配和能量交互。针对直流配网用直流变压器变压器，目前国内外学者已开展了诸多研究。

双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)DC-DC变换器拓扑结构因与传统的单向DC-DC转换器相比，它减小了体积，减少了器件数量并提高了转换器的效率，并且初级侧和次级侧的极性不变就可以实现双向能量流动。然而，回流功率的存在将会在两侧的电压幅度不匹配的情况下大大降低转换器的效率。因此，除了传统的单相移，还提出了扩展相移，双重相移，三移相和混合移相以抑制回流功率。其中拓展移相因其控制简单、回流功率较小等优点受到学者们深入研究。

通过多个DC-DC变换器串并联形成组合变换器结构，实现不同电网间的电气隔离及电压匹配。其中中压侧采用串联结构解决了开关半导体器件耐压低跟电网电压高之间的矛盾。每个DC-DC变换器采用移相桥式结构或谐振桥式结构实现高效率的能量转换与正确的能量传递。但该组合式变换器采用多个高频变压器，每个变压器传输功率低，而隔离电压要求高(通常远高于中压侧电网电压)，导致磁芯利用率低，绝缘设计困难。

而模块化多电平结构(MMC)拓扑克服了半导体器件中低电压应力的问题，并已在柔性高压直流输电领域得到广泛应用。考虑到这一点，一些学者提出了结合DAB和MMC的MMC-DAB型DC-DC变压器拓扑结构。DAB中的H桥都被MMC桥臂替换，原副边依旧靠变压器的连接，形成MMC-DAB拓扑。而当DAB中只替换一个H桥，即初级采用MMC桥臂，次级侧依然采用H桥拓扑，形成MMC-H桥拓扑。MMC桥臂的使用能够提升电压等级，增大传输功率。而该类MMC型DAB同样可以通过移相控制或直接变压控制实现输出电压的稳定。但该拓扑现有控制策略是采用多个或全部子模块的同时开通，工作频率较高，这样易产生较大的dv/dt，影响电路稳定性。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种适用于模块化多电平直流变压器的回流功率优化方法，其可减小回流功率与电流应力。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种适用于模块化多电平直流变压器的回流功率优化方法，包括如下步骤：

步骤1，将MMC桥臂与H桥组成MMC-H桥型直流变压器，设置MMC侧为最近电平调制策略，H桥采用增加一个内移相的拓展移相调制，分析该直流变压器运行特性；