CN111404409A - 基于mmc的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法 - Google Patents
基于mmc的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111404409A CN111404409A CN201910003922.0A CN201910003922A CN111404409A CN 111404409 A CN111404409 A CN 111404409A CN 201910003922 A CN201910003922 A CN 201910003922A CN 111404409 A CN111404409 A CN 111404409A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage
- current
- frequency
- bridge
- mmc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
- H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
- H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法，可用于中高压交流到中高压直流与低压直流的电能变换。该拓扑在MMC变流器的基础上，通过增加全桥子模块与由电感电容构成的高频交流支路，配合相应的控制策略，可同时输出中高压直流与低压直流，具有开关器件、无源器件数量少，结构紧凑，效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法，属于电力电子的技术领域。
背景技术
随着可再生能源发电的迅速发展、直流类负荷的增多，传统的工频变压器由于缺少智能控制环节以及直流变换端口，已经不足以应对现代电力系统的要求与挑战。并且工频变压器体积庞大，重量较大，要求了较大的占地面积。而随着半导体器件的迅速发展，提出了一种基于大功率电力电子变流技术的新型智能变压器，不仅可以减小变压器的重量体积，并且可以提供多种交直流端口，具有灵活多变的可控性，方便了各种分布式能源、储能和负荷的灵活接入，为高效地解决当今电网面临的诸多难题提供了可能。
目前已有很多学者提出了多种电力电子变压器拓扑结构，但一般都是利用模块化多电平变流器或者级联全桥的拓扑结构，将高压交流电整流变换成高压直流电，再使用多个DC-DC变换器串并联的结构对高压直流电降压为低压直流电。这些电力电子变压器拓扑电能转换级数较多，使用了较多的功率器件，导致损耗较大，并且多个直流变换器串并联存在环流问题需要抑制，直流转换级的控制复杂。成本较高，控制复杂，可靠性不高，功率密度不高，很难实现大规模的使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法，解决电力电子变压器拓扑电能转换级数较多，使用了较多的功率器件，导致损耗较大，并且多个直流变换器串并联存在环流问题需要抑制的问题。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑，包括高压交流级与低压直流级两部分，其中：
所述高压交流级为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路中每相均包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均为一个限流电抗器、M个串联连接的MMC半桥子模块、高频交流支路三者串联；所述高频交流支路包括N个MMC全桥子模块、谐振电容、谐振电感与高频变压器，其中N个MMC全桥子模块串联，再与谐振电容、谐振电感和高频变压器原边组成的串联支路并联连接；所述上桥臂和所述下桥臂的一端与高压交流电网相接，另一端分别作为所述多端口电力电子变压器拓扑的高压直流输出端口的正负极。
所述低压直流级包括六个全桥电路，高压交流级六个桥臂中高频变压器的副边分别连接上述全桥电路的中间点，低压直流级六个全桥电路的正负极分别并联构成所述多端口电力电子变压器拓扑的低压直流输出端口。
本发明相应提出了上述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑的控制方法，所述高频交流支路中全桥子模块的调制波为高频交流电压，通过调节高频交流电压的幅值对低压直流级的输出电压或电流进行控制；每相上下桥臂中的高频交流支路所调制的高频交流电压幅值相同，但相位相差180度，从而使得高压直流端口中没有高频交流成分串入。
进一步地，所述高频交流支路中所采用的高频调制波既为高频方波或者高频交流波形，且调制波频率与谐振电感、谐振电容的谐振频率一致。
进一步地，所述半桥子模块结构采用传统半桥子模块型MMC变流器控制策略，对高压交流侧与高压直流侧输出进行调节；
所述传统半桥子模块型MMC变流器控制策略包括交流侧控制、子模块均压控制、环流抑制等控制策略；其中，交流侧控制策略采用dq坐标系下的电压电流双闭环控制、电压矢量控制等策略；子模块均压控制策略采用载波移相控制、最近电平逼近策略；环流抑制策略采用二倍频负序环流抑制、准比例谐振环流控制策略。
进一步地，对于低压直流级控制，当能量流入低压直流端口时，其全桥电路采用不控整流或同步整流方式，而当能量由低压直流端口流向高压交流级时，全桥电路输出电压则需要与高频交流支路的调制波完全同相。通过参数设计使得高频交流支路谐振频率与低压直流级全桥电路开关频率一致，以实现低压直流级全桥电路开关管的零电流开关。
本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：
1、本发明的电力电子变压器在MMC变流器的基础上，通过增加全桥子模块与由电感电容构成的高频交流支路，配合相应的控制策略，可同时输出中高压直流与低压直流，具有开关器件、无源器件数量少，结构紧凑，效率高的优点。
2、本发明提供的一种基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法，减少了原有电力电子变压器中的高压直流到低压直流的电能转换，从高压交流到低压直流仅有两级结构，节省了大量器件，有助于提高变压器整体效率与可靠性，降低成本；并且该电力电子变压器还具有高压直流端口，可以提供高压直流电压。此外，低压直流级H桥可以实现零电流关断，减小了低压直流级开关器件的电流应力，提高了传输效率。
附图说明
图1为本发明提出的基于MMC的多端口电力电子变压器的电路拓扑图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。
如图1所示，本发明提出一种基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑，包括高压交流级与低压直流级两部分，其中：
所述高压交流级为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路中每相均包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均为一个限流电抗器、M个串联连接的MMC半桥子模块、高频交流支路三者串联；所述高频交流支路包括N个MMC全桥子模块、谐振电容、谐振电感与高频变压器，其中N个MMC全桥子模块串联，再与谐振电容、谐振电感和高频变压器原边组成的串联支路并联连接；所述上桥臂和所述下桥臂的一端与高压交流电网相接，另一端分别作为所述多端口电力电子变压器拓扑的高压直流输出端口的正负极。
所述低压直流级包括六个全桥电路，高压交流级六个桥臂中高频变压器的副边分别连接上述全桥电路的中间点，低压直流级六个全桥电路的正负极分别并联构成所述多端口电力电子变压器拓扑的低压直流输出端口。
上述实施例中的基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑的控制方法为，所述高频交流支路中全桥子模块的调制波为高频交流电压，通过调节高频交流电压的幅值对低压直流级的输出电压或电流进行控制；每相上下桥臂中的高频交流支路所调制的高频交流电压幅值相同，但相位相差180度，从而使得高压直流端口中没有高频交流成分串入。
其中，所述高频交流支路中所采用的高频调制波既为高频方波或者高频交流波形，且调制波频率与谐振电感、谐振电容的谐振频率一致。
其中，所述半桥子模块结构采用传统半桥子模块型MMC变流器控制策略，对高压交流侧与高压直流侧输出进行调节；
所述传统半桥子模块型MMC变流器控制策略包括交流侧控制、子模块均压控制、环流抑制等控制策略；其中，交流侧控制策略采用dq坐标系下的电压电流双闭环控制、电压矢量控制等策略；子模块均压控制策略采用载波移相控制、最近电平逼近策略；环流抑制策略采用二倍频负序环流抑制、准比例谐振环流控制策略。
其中，对于低压直流级控制，当能量流入低压直流端口时，其全桥电路采用不控整流或同步整流方式，而当能量由低压直流端口流向高压交流级时，全桥电路输出电压则需要与高频交流支路的调制波完全同相。通过合理设计高频交流支路谐振参数可实现低压直流级全桥电路开关管的零电流开关。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (6)
1.基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑，其特征在于：所述多端口电力电子变压器拓扑包括高压交流级与低压直流级两部分，其中：
所述高压交流级为三相六桥臂电路，所述三相六桥臂电路中每相均包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均为一个限流电抗器、M个串联连接的MMC半桥子模块、高频交流支路三者串联；所述高频交流支路包括N个MMC全桥子模块、谐振电容、谐振电感与高频变压器，其中N个MMC全桥子模块串联，再与谐振电容、谐振电感和高频变压器原边组成的串联支路并联连接；所述上桥臂和所述下桥臂的一端与高压交流电网相接，另一端分别作为所述多端口电力电子变压器拓扑的高压直流输出端口的正负极；
所述低压直流级包括六个全桥电路，高压交流级六个桥臂中高频变压器的副边分别连接上述全桥电路的中间点，低压直流级六个全桥电路的正负极分别并联构成所述多端口电力电子变压器拓扑的低压直流输出端口。
2.如权利要求1所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑的控制方法，其特征在于：所述高频交流支路中全桥子模块的调制波为高频交流电压，通过调节高频交流电压的幅值对低压直流级的输出电压或电流进行控制；每相上下桥臂中的高频交流支路所调制的高频交流电压幅值相同，但相位相差180度，从而使得高压直流端口中没有高频交流成分串入。
3.如权利要求2所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑的控制方法，其特征在于：所述高频交流支路中所采用的高频调制波既为高频方波或者高频交流波形，且调制波频率与谐振电感、谐振电容的谐振频率一致。
4.如权利要求2所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑的控制方法，其特征在于：所述半桥子模块结构采用传统半桥子模块型MMC变流器控制策略，对高压交流侧与高压直流侧输出进行调节；
所述传统半桥子模块型MMC变流器控制策略包括交流侧控制、子模块均压控制、环流抑制等控制策略；其中，交流侧控制策略采用dq坐标系下的电压电流双闭环控制、电压矢量控制等策略；子模块均压控制策略采用载波移相控制、最近电平逼近策略；环流抑制策略采用二倍频负序环流抑制、准比例谐振环流控制策略。
5.如权利要求2所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑的控制方法，其特征在于：对于低压直流级控制，当能量流入低压直流端口时，其全桥电路采用不控整流或同步整流方式，而当能量由低压直流端口流向高压交流级时，全桥电路输出电压则需要与高频交流支路的调制波完全同相。
6.如权利要求5所述基于MMC的多端口电力电子变压器拓扑的控制方法，其特征在于：通过参数设计使得高频交流支路谐振频率与低压直流级全桥电路开关频率一致，以实现低压直流级全桥电路开关管的零电流开关。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910003922.0A CN111404409A (zh) | 2019-01-03 | 2019-01-03 | 基于mmc的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910003922.0A CN111404409A (zh) | 2019-01-03 | 2019-01-03 | 基于mmc的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111404409A true CN111404409A (zh) | 2020-07-10 |
Family
ID=71435836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910003922.0A Pending CN111404409A (zh) | 2019-01-03 | 2019-01-03 | 基于mmc的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111404409A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111817599A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-10-23 | 哈尔滨工业大学 | 多端口电能路由器及其控制方法 |
| CN113054861A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-06-29 | 东南大学 | 一种少模块数的串联mmc变流器拓扑结构 |
| CN114825976A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-07-29 | 华北电力大学 | 一种模块复用型电能路由器拓扑及其控制策略 |
| CN118631068A (zh) * | 2024-08-12 | 2024-09-10 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种二分裂直流变压器二倍频电压波动抑制方法及系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2568589A1 (en) * | 2011-09-08 | 2013-03-13 | ABB Technology AG | Multilevel converter comprising an active AC-DC converter and a resonant DC-DC converter and a control method for operating a multilevel converter |
| CN106533189A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-03-22 | 中国科学院电工研究所 | 电力电子变压器及其控制方法 |
| CN106787861A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-31 | 华北电力大学 | 模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑 |
| CN107134930A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-09-05 | 西安科技大学 | 基于mmc的电力电子配电变压器及其控制方法 |
| CN107623456A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-01-23 | 东南大学 | 基于mmc的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法 |
-
2019
- 2019-01-03 CN CN201910003922.0A patent/CN111404409A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2568589A1 (en) * | 2011-09-08 | 2013-03-13 | ABB Technology AG | Multilevel converter comprising an active AC-DC converter and a resonant DC-DC converter and a control method for operating a multilevel converter |
| CN106533189A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-03-22 | 中国科学院电工研究所 | 电力电子变压器及其控制方法 |
| CN106787861A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-31 | 华北电力大学 | 模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑 |
| CN107134930A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-09-05 | 西安科技大学 | 基于mmc的电力电子配电变压器及其控制方法 |
| CN107623456A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-01-23 | 东南大学 | 基于mmc的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111817599A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-10-23 | 哈尔滨工业大学 | 多端口电能路由器及其控制方法 |
| CN113054861A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-06-29 | 东南大学 | 一种少模块数的串联mmc变流器拓扑结构 |
| CN113054861B (zh) * | 2021-03-08 | 2022-03-29 | 东南大学 | 一种少模块数的串联mmc变流器拓扑结构 |
| CN114825976A (zh) * | 2022-03-03 | 2022-07-29 | 华北电力大学 | 一种模块复用型电能路由器拓扑及其控制策略 |
| CN118631068A (zh) * | 2024-08-12 | 2024-09-10 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种二分裂直流变压器二倍频电压波动抑制方法及系统 |
| CN118631068B (zh) * | 2024-08-12 | 2024-12-03 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种二分裂直流变压器二倍频电压波动抑制方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103208929B (zh) | 基于mmc的电子电力变压器 | |
| CN107612407B (zh) | 高功率密度电力电子变压器拓扑结构及其控制方法 | |
| US9543842B2 (en) | Converter for transferring power between DC systems | |
| CN103973121B (zh) | 单相电力电子变压器 | |
| CN107623456A (zh) | 基于mmc的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法 | |
| CN203398807U (zh) | 电力混合变换系统 | |
| CN106533189A (zh) | 电力电子变压器及其控制方法 | |
| CN101795072A (zh) | 一种高压直流-直流电力电子变压器 | |
| CN203827197U (zh) | 一种模块化h桥级联型多电平互平衡电力电子变压器 | |
| CN112271746B (zh) | 一种高频链互联的无电解电容mmc拓扑结构及控制策略 | |
| CN111682787A (zh) | 基于隔离变换器模块的单级式三相交直流变换器及方法 | |
| WO2015101142A1 (zh) | 一种适用于高电压和大功率双向传输变换器 | |
| CN103280984B (zh) | 基于单级功率变换模块的级联式变流器 | |
| CN113346764A (zh) | 一种基于高频磁耦合模块的中压变流器拓扑结构 | |
| CN111404409A (zh) | 基于mmc的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法 | |
| CN109980948A (zh) | 一种三相间耦合五端口电力电子变压器 | |
| CN106026737B (zh) | 一种三电平变流器并联复合环流抑制方法 | |
| CN112953253A (zh) | 一种单向交流电力电子变压器拓扑及其功率均衡控制方法 | |
| Hausmann et al. | Three-phase DC–AC converter using four-state switching cell | |
| CN110707699A (zh) | 一种模块化多电平混合式配电变压器 | |
| CN116827131A (zh) | 一种单级式隔离双向交直流变换器 | |
| CN111404381B (zh) | 基于dab的电力电子变压器子模块拓扑及其控制方法 | |
| CN204392098U (zh) | 一种单相电力电子变压器及其应用系统 | |
| Mirzahosseini et al. | A phase-shift three-phase bidirectional series resonant DC/DC converter | |
| CN116015070A (zh) | 双向功率模块化多电平谐振变换器及其功率调控方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200710 |