[发明专利]一种基于MMC结构的配电网用多端变比可调直流变压器拓扑及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于MMC结构的配电网用多端变比可调直流变压器拓扑及其控制方法。本发明可以在实现多个不同电压等级直流电网的互联的情况下，直流变压器内部只使用一个1:1的交流变压器。相比于现有的直流变压器方案，本发明只使用一个交流变压器，能显著减少设备的体积重量，简化结构；本发明仅需通过调整控制策略即可适配不同电压等级的直流电网，提高了多端直流变压器的灵活性，降低了运行维护成本。

技术领域

本发明属于大功率直流变压器技术领域，特别涉及一种基于MMC结构的配电网用多端变比可调直流变压器拓扑及其控制方法。

背景技术

近年来，能源需求不断增长，电网中分布式能源的比例也越来越高，直流电网被视为建设大容量输电系统的关键。在传统的高压直流输电系统中，2端直流输电仅能实现点对点的直流电能传送，随着经济发展和电网的建设，必然要求未来的直流电网能够实现多电源供电以及多点受电，实现不同电压等级直流电网之间的连接。因此，直流变压器成为直流电网中的关键环节。

目前，学界提出了许多大容量直流变压器拓扑结构，大多是由高频变压器连接两个DC/AC变换器。应用这种结构的直流变压器可以实现两个不同电压等级的直流线路互联。然而为应对未来直流配电网的需求，多个不同电压等级的直流母线需要相互连接，因此需要大容量的多端直流变压器。相比于两端直流变压器，多端直流变压器可以连接多个不同电压等级的直流母线，适用于直流配电网。

因此，需要在两端直流变压器的基础上，研究多端直流变压器拓扑。而在传统的直流变压器中，电压变比通过交流变压器实现，则多端直流变压器内部需要多个交流变压器，导致交流变压器的数量增多，也增加了设备的体积重量。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于MMC(ModularMultilevel Converter)结构的配电网用多端变比可调直流变压器拓扑及其控制方法，相比基于多个交流变压器的多端直流变压器，该基于MMC结构的多端直流变压器内部只需要一个1:1的交流变压器，因此简化结构，节省了交流变压器数量，减少装置体积，并且由于其变比调节能力，当直流电网电压等级发生改变时，只需调整相应的控制策略而无需更换交流变压器，灵活性高，可降低运行及维护成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种基于MMC结构的配电网用多端变比可调直流变压器拓扑，包括k个低压侧MMC和一个高压侧MMC；k个低压侧MMC的直流侧分别连接各直流电网，交流侧并联后连接至交流变压器，经高压侧MMC整流后连接高压侧直流电网，其中，k≥2；每个低压侧MMC与交流变压器之间分别连接有一等效电感L_eq。

低压侧MMC和高压侧MMC的每个桥臂上的子模块为半桥模块。

所述低压侧MMC和高压侧MMC均采用四桥臂MMC，四个桥臂组成对称的全H桥结构，且全H桥结构的上下桥臂交叉形成两组回路，其中同一个MMC中每个桥臂均由若干个相同数量的半桥MMC子模块级联而成。

所述交流变压器的变比为1:1。

本发明还公开了一种基于MMC结构的配电网用多端变比可调直流变压器拓扑的控制方法，MMC有交叉的四个桥臂，每个桥臂上有n个子模块，控制方法具体包括以下步骤：

步骤1)设定低压侧MMC的交流侧电压值U_ac，根据各低压侧MMC直流侧电压U_dc，计算其交流侧电压U_ac与直流侧电压U_dc的比值，其中，第一桥臂和第四桥臂为第一对交叉桥臂，第二桥臂和第四桥臂为第二对交叉桥臂，通过下式确定当前MMC第一对交叉桥臂导通的模数s和第二对交叉桥臂导通的模块数m：