[发明专利]基于MMC的配电网电力电子变压器及其控制方法

说明书

本发明提出一种基于MMC的配电网电力电子变压器及其控制方法，输入级采用MMC变换器，隔离级采用ISOP型DAB变换器，输出级采用三相逆变器，其中MMC变换器为三相结构，每相均具有上下对称的两个桥臂，三相上桥臂并联至公共直流母线电压的正极，三相下桥臂并联至公共直流母线电压的负极，针对输入级采用电压电流双闭环控制和最近电平逼近调制，隔离级采用开环控制，输出级采用双闭环控制。本发明采用模块化多电平拓扑结构，提高了直流输出电压的电压质量，减少了高频变压器以及电力电子开关器件的数量，此外由于MMC型结构每相之间相互独立，提高了控制策略的灵活性。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种基于MMC的配电网电力电子变压器及其控制方法。

背景技术

电力变压器是电力系统的输电以及配电环节最基本的设备之一，主要承担电压等级转换及电气隔离、能量传递的功能，但传统电力变压器有设备体积大、易产生谐波问题、电能质量无法保证等缺陷。近年来，智能电网及能源互联网的兴起，也大力推动了电力电子技术在电力系统中的应用发展。依托电力电子技术手段，在传统变压器基础上，专家学者提出新型变压器--电力电子变压器。电力电子变压器不仅兼具传统变压器隔离、变换电压、传递能量等功能，还可实现对潮流的控制以及电能质量的治理，其应用领域将十分广阔。

目前已有的电力电子变压器拓扑结构主要包括AC-DC-AC变换器和AC-AC变换器两种。但是相比于AC-AC变换器，AC-DC-AC变换器由于直流环节的存在，增加了电力电子变换器控制的灵活度，也能实现更多AC-AC拓扑无法实现的功能，主要包括功率系数灵活控制、双向潮流控制、电能质量控制等，具有更高的高压大功率场合适用性。现有AC-DC-AC变换器输入侧主要采用级联H桥结构，该结构缺少一个中压直流输出端口，并且需要使用的功率开关器件以及高压变压器数量多，大大增加了建造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于MMC的配电网电力电子变压器及其控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于MMC的配电网电力电子变压器，输入级采用MMC变换器，与电网相连，将三相交流电压整流为高压直流电；隔离级采用ISOP型DAB变换器，与MMC变换器输出端相连，将高压直流电变换为低压直流电；输出级采用三相逆变器，与ISOP型DAB变换器输出端和三相平衡负载连接，将低压直流电逆变为三相交流电，所述MMC变换器为三相结构，每相均具有上下对称的两个桥臂，三相上桥臂并联至公共直流母线电压的正极，三相下桥臂并联至公共直流母线电压的负极。

一种基于MMC的配电网电力电子变压器的控制方法，包括高压交流侧MMC控制策略和输出级控制策略，其中高压交流侧MMC采用电压电流双闭环控制策略和最近电平逼近调制策略，输出级采用电压外环电流内环双闭环控制策略。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：1)本发明采用基于MMC的电力电子变压器拓扑结构，增加了电力电子变换器控制的灵活度，适用于高压大功率场合；2)本发明采用电压电流双环控制，电压外环可以改善输出电压波形，提高输出精度，电流内环采用PI控制器，能够使系统获得较好的动态响应性能。

附图说明

图1是本发明的基于MMC的配电网电力电子变压器的拓扑结构图。

图2是本发明的MMC变换器的拓扑结构图。

图3是本发明的输入级控制框图。

图4是本发明的最近电平逼近的原理图。

图5是本发明的输出级控制框图。