CN207010553U - 一种基于mmc的多端口混合型电力电子变压器 - Google Patents
一种基于mmc的多端口混合型电力电子变压器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，电力电子变压器包括多绕组变压器、混合型MMC变换器、LC滤波器、直流输出端口等。多绕组变压器为三相变压器，包含初级绕组和次级绕组a、b。混合型MMC变换器为背靠背结构，包含混合型MMC结构AC/DC变换器和混合型MMC结构DC/AC变换器。AC/DC变换器和DC/AC变换器通过直流侧相连，将直流侧引出可作为直流输入/输出端口。本实用新型含传统电力变压器和电力电子变压器，兼具两者的优点，实现了设备效果与成本的平衡。装置中包含有直流端口，便于新能源、储能单元等的接入。此外，装置可以同时实现无功功率补偿和动态电压恢复，进一步提高电网电能质量。在控制策略方面采用分相控制，提高了控制策略的灵活性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，属于电力电子应用的技术领域。
背景技术
随着经济的快速发展、社会生产规模的逐步扩大，各种形式的电力需求不断增长，对电力电子设备的要求也越来越高，电力电子技术随之飞速发展，其中多电平变换器因具有输出电压高、谐波含量低、电压变化率小、功率开关器件电压应力小、开关频率低等优点正逐渐成为高压大功率电力应用领域的研究热点。
传统电力变压器作为电力***的基本设备，具有结构简单、可靠性高等特点。但是传统电力变压器也存在着设备体积大、易产生谐波、无法控制电能质量等问题。近年来，由于电力电子技术尤其是电力电子器件技术的高速发展，电力电子变压器（PowerElectronic Transformer，PET）作为一种新型的电力变压器受到越来越多国内外学者的关注和重视。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，还可实现电能质量的治理以及新能源的接入，其应用领域将十分广阔。但相对于传统电力变压器，目前电力电子变压器的设备成本较高。因此，将传统电力变压器与电力电子变压器进行结合，可以同时利用两者的优点，实现设备效果与成本之间的平衡，因而成为目前的研究热点。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，在传统工频电力变压器的基础上，与电力电子器件相结合组成混合型电力电子变压器，实现有功控制、无功控制、电压控制等调节算法。
本实用新型提出的一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，包括多绕组变压器、混合型MMC变换器、LC滤波器和直流输出端口，所述的多绕组变压器包括初级绕组、次级绕组a和次级绕组b；初级绕组与电网相连，次级绕组a每一相中的绕组直接与负载相连，次级绕组b与混合型MMC变换器相连，并经LC滤波器后接入绕组a。
所述的多绕组变压器为三相变压器。
所述的混合型MMC变换器为三相背靠背结构，混合型MMC变换器包括AC/DC变换器和DC/AC变换器。
所述的AC/DC变换器和DC/AC变换器为混合型MMC结构， AC/DC变换器和DC/AC变换器中MMC结构的上下每个桥臂至少包括1个模块a、2个模块b和1个电感串联构成，上下两个桥臂构成1组。
所述的模块a由两个带有反并联二极管的IGBT组成的半桥结构和直流电容组成。
所述的模块b由四个带有反并联二极管的IGBT组成的全桥结构和直流电容组成。
所述的AC/DC变换器和DC/AC变换器通过直流侧相连，将直流侧引出可作为直流输入/输出端口；AC/DC变换器通过LC滤波器与绕组b连接，DC/AC变换器则通过LC滤波器与绕组a相连。
有益效果：与现有技术对比，本实用新型的基于MMC的多端口混合型电力电子变压器及其控制策略，除了具备传统电力变压器的功能和优点外，相对于目前国内外所提出的设计方案，还具有如下的功能和特点：
混合型电力电子变压器设备包含传统电力变压器和电力电子变压器，兼具两者的优点，实现了设备效果与成本的平衡。
变换器基于MMC结构，借助其模块化特性使得电力电子变压器能够更适应用于高电压等级场合。
混合型MMC变换器中子模块采用半桥和全桥混合结构，通过引入负电压，增加了MMC交流侧的电压幅值，提高了装置的电压补偿容量。
变压器除了交流端口之外还具有直流端口，可实现直流输入/输出功能，方便新能源、储能单元等接入。
相较于传统电力变压器，装置还可以实施电能质量治理，如无功功率补偿和动态电压恢复。而将上述两种治理措施同时运用可以进一步提高电网的电能质量，在控制策略方面采用分相控制，提高了控制策略的灵活性。
附图说明
图1表示基于MMC的多端口混合型电力电子变压器整体结构框图；
图2表示混合型电力电子变压器中的混合型MMC结构框图。
具体实施方式
本基于MMC的多端口混合型电力电子变压器由传统电力变压器和混合型的MMC构成，其中混合型MMC中的模块由半桥子模块和全桥子模块构成。
如图1-2所示，一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，包括多绕组变压器、混合型MMC变换器、LC滤波器和直流输出端口，多绕组变压器包括初级绕组、次级绕组a和次级绕组b；初级绕组与电网相连，次级绕组a每一相中的绕组直接与负载相连，次级绕组b与混合型MMC变换器相连，并经LC滤波器后接入绕组a。
如图1所示，该图为基于MMC的多端口混合型电力电子变压器拓扑结构图，其主要包括多绕组变压器、混合型MMC变换器、LC滤波器、直流输出端口等。所述多绕组变压器为三相变压器，包含初级绕组和次级绕组a、b。初级绕组与电网相连，次级绕组每一相中的绕组a直接与负载相连，绕组b与混合型MMC变换器相连，经LC滤波器接入绕组a。
图2所示为混合型电力电子变压器中的混合型MMC结构框图。混合型MMC变换器为三相背靠背结构，包含混合型MMC结构AC/DC变换器和混合型MMC结构DC/AC变换器。每个变换器均基于三相MMC结构，每个桥臂由1个模块a和1个模块b以及电感串联构成，每上下两个桥臂构成1组。其中，模块a由两个带有反并联二极管的IGBT组成的半桥结构和直流电容组成。模块b则由四个带有反并联二极管的IGBT组成的全桥结构和直流电容组成。AC/DC变换器和DC/AC变换器通过直流侧相连，将直流侧两端P、N引出可作为直流输入/输出端口。AC/DC变换器与绕组b连接，可以提供补偿电流实现无功功率的补偿，DC/AC变换器则通过LC滤波器与绕组a相连，提供电压补偿。
最后经过反变换得到三相参考控制信号，经过PWM调制得到开关器件的控制脉冲信号，实现动态电压补偿的功能。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，包括多绕组变压器、混合型MMC变换器、LC滤波器和直流输出端口，其特征在于：所述的多绕组变压器包括初级绕组、次级绕组a和次级绕组b；初级绕组与电网电源连接，次级绕组a每一相中的绕组直接与负载连接，次级绕组b与混合型MMC变换器交流输入端相连，混合型MMC变换器交流输出端与LC滤波器输入端相连，LC滤波器输出端接入绕组a。
2.根据权利要求1所述的一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，其特征在于：所述的多绕组变压器为三相变压器。
3.根据权利要求1所述的一种基于MMC的多端口混合型电力电子变压器，其特征在于：所述的混合型MMC变换器为三相背靠背结构，混合型MMC变换器包括AC/DC变换器和DC/AC变换器，所述的AC/DC变换器和DC/AC变换器通过直流侧相连，将直流侧引出作为直流输入/输出端口；AC/DC变换器通过LC滤波器与绕组b连接，DC/AC变换器则通过LC滤波器与绕组a相连。
Priority Applications (1)
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| CN201720226918.7U CN207010553U (zh) | 2017-03-09 | 2017-03-09 | 一种基于mmc的多端口混合型电力电子变压器 |
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Publications (1)
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Country Status (1)
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN106655805A (zh) * | 2017-03-10 | 2017-05-10 | 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种基于mmc的多端口混合型电力电子变压器及其控制方法 |
| CN112491289A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-03-12 | 深圳市永联科技股份有限公司 | 一种新型的多绕组变压器均衡***拓扑 |
| CN112928929A (zh) * | 2021-01-28 | 2021-06-08 | 西安交通大学 | 一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法 |
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2017
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| CN112928929B (zh) * | 2021-01-28 | 2022-05-20 | 西安交通大学 | 一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法 |
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