应用于交直流混合配电网的固态变压器拓扑族及设计方法与流程

文档序号:19216037发布日期:2019-11-26 01:41阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种应用于直交流混合配电网的固态变压器拓扑,其特征在于:包括模块化多电平换流器(mmc)、多个隔离型双有源桥变换器(dab)以及三相全桥逆变器,其中,

所述模块化多电平换流器(mmc)的子模块直流端和所述隔离型双有源桥变换器(dab)的输入端互联形成模块化结构,多个所述隔离型双有源桥变换器(dab)的输出端并联形成低压直流母线,所述低压直流母线上接入所述三相全桥逆变器,低压直流侧功率经由所述模块化电平换流器(mmc)子模块直流端流入所述隔离型双有源桥变换器(dab);其中:

所述模块化多电平换流器(mmc)提供中压直流端口和中压交流端口,所述中压交流端口用于连接中压交流配电网,所述中压直流端口用于连接中压直流负载及实现中压直流配电网间柔性互联;

所述隔离型双有源桥变换器(dab)输出端并联,形成低压直流端口,所述低压直流端口用于连接所述三相全桥逆变器与低压直流电网;

所述低压直流母线通过所述三相全桥逆变器构成低压交流端口,所述低压交流端口用于与低压交流配电网相连;

通过上述四种端口能适用于多电压等级多形态交直流混合配电网互联。

2.根据权利要求1所述的一种应用于直交流混合配电网的固态变压器拓扑,其特征在于:所述模块化多电平换流器(mmc)包括一个或多个模块化电平换流器(mmc)子模块,当为多个模块化电平换流器(mmc)子模块时,所述多个模块化多电平换流器(mmc)子模块输入端串联构成模块化多电平换流器桥臂,每个子模块直流端口与对应隔离型双有源桥变换器子单元相连;

所述隔离型双有源桥变换器(dab)包括一个或多个隔离型双有源桥变换器(dab)子单元,当采用多个隔离型双有源桥变换器(dab)子单元时,每个所述隔离型双有源桥变换器(dab)子单元的输入端与对应模块化多电平换流器(mmc)直流端相连,输出端并联形成所述低压直流母线。

3.根据权利要求2所述的一种应用于直交流混合配电网的固态变压器拓扑族,其特征在于:所述模块化电平换流器(mmc)子模块拓扑采用两电平拓扑或多电平拓扑,其中,所述两电平拓扑包括全桥型拓扑以及半桥型拓扑,所述多电平拓扑采用单极型多电平拓扑或双极型多电平拓扑。

4.根据权利要求3所述的一种应用于直交流混合配电网的固态变压器拓扑族,其特征在于:所述单极型多电平拓扑通过在交流侧串联隔直电容转换为所述双极型多电平拓扑。

5.根据权利要求2所述的一种应用于直交流混合配电网的固态变压器拓扑族,其特征在于:所述隔离型双有源桥变换器(dab)子单元由输入端变换器、高频隔离变压器、输出端换流器组成,所述高频隔离变压器连接在所述输入端变换器、所述输出端换流器之间。

6.根据权利要求5所述的一种应用于直交流混合配电网的固态变压器拓扑族,其特征在于:所述模块化多电平换流器(mmc)子模块和所述隔离型双有源桥变换器(dab)子单元的输入端变换器拓扑在直流侧互联,两者拓扑电平数相匹配;其中:通过所述模块化电平换流器(mmc)子模块的电容实现所述模块化多电平换流器(mmc)的子模块和所述隔离型双有源桥变换器(dab)的互联。

7.根据权利要求6所述的一种应用于直交流混合配电网的固态变压器拓扑族,其特征在于:所述输入端变换器拓扑采用两电平全桥拓扑或多电平拓扑,其中,所述多电平拓扑包括隔直电容型多电平拓扑或双极型多电平拓扑。

8.根据权利要求5所述的一种应用于直交流混合配电网的固态变压器拓扑族,其特征在于:所述高频隔离变压器采用单相高频隔离变压器或三相高频隔离变压器。

9.根据权利要求5所述的一种应用于直交流混合配电网的固态变压器拓扑族,其特征在于:所述隔离型双有源桥变换器(dab)模块拓扑的所述输出端换流器并联形成低压直流母线,所述输出端换流器拓扑采用两电平全桥拓扑或多电平拓扑,其中,所述多电平拓扑包括隔直电容型多电平拓扑或双极型多电平拓扑;所述低压直流母线根据端口采用真双极或伪双极接线方式。

10.一种权利要求1-9任一项所述的应用于直交流混合配电网的固态变压器拓扑族的设计方法,其特征在于:包括:

s1,根据模块化电平换流器(mmc)子模块电平数量的不同,将子模块分为两电平子模块和多电平子模块;其中,

所述两电平子模块分为半桥模块和全桥模块;

所述多电平子模块分为单极型多电平拓扑、双极型多电平拓扑以及隔直电容型多电平拓扑三类;

对于所述模块化电平换流器(mmc)子模块而言,采用两电平拓扑或单极型多电平拓扑;

对于所述隔离型双有源桥变换器(dab)子模块而言,输入端和输出端采用全桥型拓扑、隔直电容型多电平拓扑或双极型多电平拓扑;

根据以上分类及固态变压器设计需求确定所述模块化电平换流器(mmc)子模块和所述隔离型双有源桥变换器(dab)输入输出端具体拓扑,其中,所述模块化电平换流器(mmc)子模块和隔离型双有源桥变换器(dab)单元输入端在直流侧实现互联,为保证开关管耐压等级一致,两者的拓扑电平数需要匹配,所述隔离型双有源桥变换器(dab)的输出端并联形成低压直流母线;

s2,根据所述隔离型双有源桥变换器(dab)中高频隔离变压器相数,将所述高频隔离变压器分(dab)分为单相高频隔离变压器和三相高频隔离变压器,其中,所述三相高频隔离变压器所连三个输入端分别连接a、b、c三相模块化电平换流器(mmc)桥臂子模块;

根据以上分类及固态变压器设计需求确定所述隔离型双有源桥变换器(dab)中高频隔离变压器种类;

s3,根据确定的所述模块化电平换流器(mmc)子模块拓扑、所述隔离型双有源桥变换器(dab)输入输出端拓扑及高频隔离变压器种类,组合得到完整的固态变压器拓扑,并根据固态变压器设计需求完成相关电气参数的设计,确定端口接线方式,完成开关器件选型;

从而完成应用于直交流混合配电网的固态变压器拓扑族设计。


技术总结
本发明提供一种应用于直交流混合配电网的固态变压器拓扑族,其中:模块化多电平换流器的子模块直流端和隔离型双有源桥变换器的输入端互联形成模块化结构,多个隔离型双有源桥变换器的输出端并联形成低压直流母线,低压直流母线上接入三相全桥逆变器,提供中压直流,中压交流,低压直流,低压交流四类端口,以适用于多电压等级多形态交直流混合配电网互联。本发明还提供一种上述固态变压器拓扑族的设计方法,从而在得到契合于特定场景需求的固态变压器装置前提下,减少固态变压器装置内子模块数量和高频变压器数量,减少体积与成本。

技术研发人员:张建文;章一新;施刚;周剑桥;蔡旭
受保护的技术使用者:上海交通大学
技术研发日:2019.07.04
技术公布日:2019.11.22
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