CN201774458U - 基于mmc无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构 - Google Patents
基于mmc无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN201774458U CN201774458U CN201020267932XU CN201020267932U CN201774458U CN 201774458 U CN201774458 U CN 201774458U CN 201020267932X U CN201020267932X U CN 201020267932XU CN 201020267932 U CN201020267932 U CN 201020267932U CN 201774458 U CN201774458 U CN 201774458U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- quadrant
- module
- transformerless
- rectification module
- topological
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 30
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 14
- 230000001808 coupling Effects 0.000 claims description 12
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 12
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 12
- 102000002067 Protein Subunits Human genes 0.000 claims description 6
- 108010001267 Protein Subunits Proteins 0.000 claims description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 7
- 230000002459 sustained Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 description 1
- 238000004642 transportation engineering Methods 0.000 description 1
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
- 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
Abstract
本实用新型涉及一种基于MMC无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构，整流模块与逆变模块均采用模块化多电平结构，由多个子单元串联而成，该拓扑整流模块输入侧通过充电电路直接与网侧高压相连；整流模块将高压交流电压转换为直流输入逆变模块，逆变模块将直流转换为交流；实现对电网各种状态的模拟，同时该拓扑结构为四象限型，可以实现能量的回馈。其优点在于去掉了电源输入端的高压变压器，降低了成本，减小了高压变频电源的体积及重量；降低了元器件损耗，提高工作效率，同时单元结构简单，接线方便，易于拆卸和安装。
Description
基于MMC无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种高压变频电源拓扑，特别是一种基于MMC的无变压器的四象 限高压变频电源拓扑。
背景技术
[0002] 高压变频电源是将高压交流电经过AC — DC — AC变换，输出为纯净的正弦波，输 出频率和电压一定范围内可调。高压变频电源可以根据实际需求模拟电网的各种状况、提 供纯净可靠的、低谐波失真、高稳定的频率和稳压率的正弦波电力输出，用于产品检测、寿 命、过高压模拟等。
[0003] 现有技术中的高压变频电源主要采用低压单元串联，通过隔离移相变压器给各个 单元供电的技术。该种高压变频电源存在能耗高，效率低，体积大，笨重；功率因数低，谐波 污染大；启动冲击大；隔离效果差等缺点
[0004] 随着高压变频电源的应用领域越来越广，对其性能的要求也越来越高，特别是在 风力发电及光伏发电的并网测试上。高压变频电源不仅要输出稳定的电压，模拟电网的工 况及故障，还需要高压变频电源具有能量回馈的性能。
[0005] 目前，采用MMC(Modular Multilevel Converter)模块化多电平逆变器结构的无 变压器的四象限高压变频电源拓扑还未见报道。
实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的是提供一种基于MMC无变压器的四象限高压变频电源拓扑结 构，MMC是Modular Multilevel Converter模块化多电平逆变器的简称；该拓扑采用模块 化多电平结构，是一种高_高型直接变频电源，其优点在于去掉了电源输入端的高压变压 器，降低了成本，减小了高压变频电源的体积及重量；降低了元器件损耗，提高工作效率，同 时单元结构简单，接线方便，易于拆卸和安装。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：
[0008] 基于MMC无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构，整流模块与逆变模块均采用 模块化多电平结构，由多个子单元串联而成，该拓扑整流模块输入侧通过充电电路直接与 网侧高压相连；整流模块将高压交流电压转换为直流输入逆变模块，逆变模块将直流转换 为交流；实现对电网各种状态的模拟，该拓扑结构为四象限型，可实现能量回馈。
[0009] 所述的整流模块、逆变模块为三相，每相由偶数η个子单元串联而成，分为上下两 组，每组的子单元个数为η/2个；逆变模块的输出端为两组子单元的中点处，且输出端与每 组子单元之间以耦合或非耦合缓冲电感连接；整流模块的输入端为两组子单元的中点处， 且输入端与每组子单元之间以耦合或非耦合缓冲电感连接。
[0010] 所述每个子单元的结构为半桥结构，两个开关器件IGBT相串联，再并联直流电容 C0
[0011] 所述的整流模块、逆变模块为三相，每相由η个子单元串联而成，三相串联子单元的整流模块的输入端与充电电路相连接，三相串联子单元的逆变模块的输出端通过电感输出。[0012] 所述的每个子单元结构为H桥结构，由四个IGBT开关器件组成，每个IGBT开关器 件反并联一个二极管，每两个IGBT开关器件相串联后，再与直流电容C并联。
[0013] 所述的整流模块、逆变模块的子单元结构相同，可互换使用。
[0014] 所述的充电电路由充电电阻与开关串联后，与高压断路器并联而成。
[0015] 所述的基于MMC的无变压器风力发电并网拓扑结构可应用于风机LVRT测试、光伏 并网测试、以及变压器、不断电系统、机场地面设施、船舶、航天、军事研究所、实验室、研发 等的测试电源领域。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0017] 该无变压器的四象限高压变频电源的拓扑，去掉了电源输入端的高压变压器，高 压变频器的体积及重量减小了 1/2、材料成本降低了 1/2、制造周期减小1/2、运输成本减小 1/2、占地面积减小1/2，同时降低了元器件损耗，提高工作效率；有利于改善和增加新的控 制功能，改善动态特性，可明显地降低工作噪声；在结构上实现了集成化和模块化，有效提 高设备的可用性。
附图说明
[0018] 图1是基于MMC无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构框图；
[0019] 图2是基于MMC无变压器的四象限高压变频电源半桥型拓扑结构图；
[0020] 图3是半桥型单元拓扑结构图；
[0021] 图4是基于MMC无变压器的四象限高压变频电源H桥型拓扑结构图；
[0022] 图5是H桥型单元拓扑结构图；
[0023] 图6是半桥型单元内部电流流向图；
[0024] 图7是H桥型单元内部电流流向图。
具体实施方式
[0025] 见图1，基于MMC无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构，包括整流模块、逆变 模块，整流模块与逆变模块均采用模块化多电平结构，该结构可以实现高压电源直接输入， 无需变压器，整流模块直接将高压交流电压转换为直流，逆变模块将直流转换为交流；实现 对电网各种状态的模拟，同时整流模块为四象限型可以实现能量的回馈。下面通过具体实 施例叙述模块化多电平结构的子单元为半桥结构、H桥结构的两种情况。
[0026] 实施例1
[0027] 见图2、图3，基于MMC无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构，整流模块与逆变 模块采用相同的子单元结构，由多个子单元串联而成，该拓扑输入侧无变压器，通过充电电 路直接与网侧高压相连。充电电路连接整流模块，整流模块将高压交流电压转换为直流，逆 变模块将直流转换为交流，实现对电网各种状态的模拟。
[0028] 整流模块、逆变模块均为三相，每相由偶数η个子单元串联而成，分为上下两组， 每组的子单元个数为n/2个；逆变模块的输出端为两组子单元的中点处，且输出端与每组 子单元之间以耦合或非耦合缓冲电感L连接；整流模块的输入端为两组子单元的中点处，且输入端与每组子单元之间以耦合或非耦合缓冲电感L连接。充电电路由充电电阻R与开 关K2串联后，与高压断路器Kl并联而成。整流模块、逆变模块的子单元均由半桥型单元构 成四象限三电平结构；整流模块、逆变模块的子单元结构相同，可互换使用。单元个数η(偶 数）根据输入输出电压等级而设定。
[0029] 见图3，整流模块、逆变模块每个子单元的结构为半桥结构，开关器件IGBTl和 IGBT2相串联，再并联直流电容C，并且开关器件IGBTl和IGBT2分别反并联二极管D1、D2 ； IGBTl与IGBT2的公共端，电容C与IGBT2的公共端作为每个单元的输出端，与其他单元相 连。当IGBTl导通时，输出电平为高；当IGBT2导通时，输出电平为0。
[0030] 本拓扑结构可实现能量回馈，当输出侧有能量反向注入到四象限高 压变频电源 时，可通过整流模块、逆变模块将能量注入回电网输入侧。 [0031] 本实用新型半桥型单元拓扑，通过控制IGBT的栅极电压使其导通或者关断，可以 使单元具有不同的电路状态。
[0032] 见图6-1，电流经IGBT2从A流向B，采用半桥式逆变电路的功率单元输出电平 “0”。
[0033] 见图6-2，电流经续流二极管D2从B流向A，采用半桥式逆变电路的功率单元输出 电平“0”。
[0034] 见图6-3，电流经续流二极管D1，再通过直流侧电容C，从A流向B，采用半桥式逆 变电路的功率单元输出电平“ 1 ”。
[0035] 见图6-4，电流经IGBTl，再通过直流侧电容C，从B流向A，采用半桥式逆变电路的 功率单元输出电平“1”。
[0036] 实施例2
[0037] 见图4、图5，基于MMC无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构，整流模块与逆变 模块均采用模块化多电平结构，由多个子单元串联而成，该拓扑输入侧无变压器，通过充电 电路直接与网侧高压相连。该结构可以实现高压电源直接输入，无需变压器，整流模块直接 将高压交流电压转换为直流，逆变模块将直流转换为交流；实现对电网各种状态的模拟，该 拓扑结构为四象限型，可实现能量回馈。
[0038] 见图4，整流模块、逆变模块均为三相，每相由η个子单元串联而成，三相串联子单 元的整流模块的输入端与充电电路相连接，三相串联子单元的逆变模块的输出端通过电感 L输出。充电电路由充电电阻R与开关Κ2串联后，与高压断路器Kl并联而成。
[0039] 见图5，每个子单元结构为H桥结构，由四个开关器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4 和直流侧电容C组成，开关器件IGBTl和IGBT2相串联，开关器件IGBT3和IGBT4相串联， 再和直流电容C并联。并且四个开关器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4分别并联一个反接 二极管D11、D22、D33、D44。IGBTl与IGBT2的公共端、IGBT3与IGBT4的公共端为该功率单 元与其它功率单元相连接的输入、输出端。
[0040] 该拓扑结构中整流模块，逆变模块均由H桥型单元构成四象限三电平结构；单元 个数η根据输入输出电压等级而设定。
[0041] 本实用新型H桥型单元拓扑，通过控制IGBT的栅极电压使其导通或者关断，可以 使单元具有不同的电路状态。
[0042] 见图7-1，电流经IGBT2、直流侧电容C、IGBT3,从B流向Α，或电流经续流二极管D3、直流侧电容C、续流二极管D2，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率单元输出电 平 “1”。
[0043] 见图7-2，电流经续流二极管Dl、IGBT3，从B流向A，或电流经续流二极管D3、 IGBT1，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率单元输出电平“0”。
[0044] 见图7-3，电流经IGBT2、续流二极管D4，从B流向A，或电流经IGBT4、续流二极管 D2，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率单元输出电平“0”。
[0045] 见图7-4，电流经续流二极管D1、直流侧电容C、续流二极管D4，从B流向A，或电流 经IGBT4、直流侧电容C、IGBT1，从A流向B，此时采用H桥式逆变电路的功率单元输出电平 “-1”。 [0046] 本实用新型无变压器的四象限高压变频电源可应用于风机LVRT测试、光伏并网 测试、以及变压器、不断电系统、机场地面设施、船舶、航天、军事研究所、实验室、研发等的 测试电源领域。
Claims (5)
- 基于MMC无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构，其特征在于，整流模块与逆变模块均采用模块化多电平结构，由多个子单元串联而成，该拓扑整流模块输入侧通过充电电路直接与网侧高压相连；整流模块将高压交流电压转换为直流输入逆变模块，逆变模块将直流转换为交流；该拓扑结构为可实现能量回馈的四象限型。
- 2.根据权利要求1所述的基于MMC无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构，其特征 在于，所述的整流模块、逆变模块为三相，每相由偶数η个子单元串联而成，分为上下两组， 每组的子单元个数为η/2个；逆变模块的输出端为两组子单元的中点处，且输出端与每组 子单元之间以耦合或非耦合缓冲电感连接；整流模块的输入端为两组子单元的中点处，且 输入端与每组子单元之间以耦合或非耦合缓冲电感连接；所述每个子单元的结构为半桥结 构，两个开关器件IGBT相串联，再并联直流电容C。
- 3.根据权利要求1所述的基于MMC无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构，其特 征在于，所述的整流模块、逆变模块为三相，每相由η个子单元串联而成，三相串联子单元 的整流模块的输入端与充电电路相连接，三相串联子单元的逆变模块的输出端通过电感输 出；所述的每个子单元结构为H桥结构，由四个IGBT开关器件组成，每个IGBT开关器件反 并联一个二极管，每两个IGBT开关器件相串联后，再与直流电容C并联。
- 4.根据权利要求2或3所述的基于MMC无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构，其 特征在于，所述的整流模块、逆变模块的子单元结构相同，可互换使用。
- 5.根据权利要求1所述的基于MMC无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构，其特征 在于，所述的充电电路由充电电阻与开关串联后，与高压断路器并联而成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201020267932XU CN201774458U (zh) | 2010-07-22 | 2010-07-22 | 基于mmc无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201020267932XU CN201774458U (zh) | 2010-07-22 | 2010-07-22 | 基于mmc无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN201774458U true CN201774458U (zh) | 2011-03-23 |
Family
ID=43754296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201020267932XU Expired - Fee Related CN201774458U (zh) | 2010-07-22 | 2010-07-22 | 基于mmc无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN201774458U (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103036451A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-04-10 | 广东电网公司电力科学研究院 | 电子电力变压器 |
| CN103051267A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-17 | 湖北省电力公司 | 基于模块化多电平变流器的自并励励磁系统 |
| CN103208821A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-07-17 | 广东电网公司电力科学研究院 | 电力混合变换系统 |
| CN103684009A (zh) * | 2012-09-21 | 2014-03-26 | 成都市思博睿科技有限公司 | 独立三电平输出桥式变频器 |
| CN103715930A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-04-09 | 国家电网公司 | 一种提升柔性直流输电系统容量的方法及其装置 |
| CN103731019A (zh) * | 2013-12-03 | 2014-04-16 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种模块化多电平换流站的过调制方法 |
| CN104022629A (zh) * | 2014-05-09 | 2014-09-03 | 浙江省电力设计院 | 一种适用于多模块串并联系统的模块电路 |
| CN104426386A (zh) * | 2013-09-05 | 2015-03-18 | 通用电气能源能量变换技术有限公司 | 用于操作电路的方法以及电路 |
| US9515568B2 (en) | 2014-03-28 | 2016-12-06 | General Electric Company | Power converter with a first string having diodes and a second string having switching units |
| CN107800299A (zh) * | 2017-04-24 | 2018-03-13 | 湖南大学 | 基于mmc高频变换的模块化直流变换系统及其控制方法 |
| CN107800298A (zh) * | 2017-03-10 | 2018-03-13 | 湖南大学 | 基于分布式高频变换的模块化固态变压器及其控制方法 |
-
2010
- 2010-07-22 CN CN201020267932XU patent/CN201774458U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103684009A (zh) * | 2012-09-21 | 2014-03-26 | 成都市思博睿科技有限公司 | 独立三电平输出桥式变频器 |
| CN103051267A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-17 | 湖北省电力公司 | 基于模块化多电平变流器的自并励励磁系统 |
| CN103036451A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-04-10 | 广东电网公司电力科学研究院 | 电子电力变压器 |
| CN103208821A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-07-17 | 广东电网公司电力科学研究院 | 电力混合变换系统 |
| CN104426386A (zh) * | 2013-09-05 | 2015-03-18 | 通用电气能源能量变换技术有限公司 | 用于操作电路的方法以及电路 |
| CN103715930A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-04-09 | 国家电网公司 | 一种提升柔性直流输电系统容量的方法及其装置 |
| CN103715930B (zh) * | 2013-11-25 | 2016-09-21 | 国家电网公司 | 一种提升柔性直流输电系统容量的方法 |
| CN103731019A (zh) * | 2013-12-03 | 2014-04-16 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种模块化多电平换流站的过调制方法 |
| CN103731019B (zh) * | 2013-12-03 | 2015-12-30 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种模块化多电平换流站的过调制方法 |
| US9515568B2 (en) | 2014-03-28 | 2016-12-06 | General Electric Company | Power converter with a first string having diodes and a second string having switching units |
| CN104022629A (zh) * | 2014-05-09 | 2014-09-03 | 浙江省电力设计院 | 一种适用于多模块串并联系统的模块电路 |
| CN107800298A (zh) * | 2017-03-10 | 2018-03-13 | 湖南大学 | 基于分布式高频变换的模块化固态变压器及其控制方法 |
| CN107800298B (zh) * | 2017-03-10 | 2021-02-02 | 湖南大学 | 基于分布式高频变换的模块化固态变压器及其控制方法 |
| CN107800299A (zh) * | 2017-04-24 | 2018-03-13 | 湖南大学 | 基于mmc高频变换的模块化直流变换系统及其控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN201774458U (zh) | 基于mmc无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构 | |
| CN102055347A (zh) | 基于mmc无变压器的四象限高压变频电源拓扑结构 | |
| Zhang et al. | H6 transformerless full-bridge PV grid-tied inverters | |
| CN102013691A (zh) | 一种基于mmc模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构 | |
| CN102013694A (zh) | 基于mmc的无变压器风力发电并网拓扑结构 | |
| CN103001526A (zh) | 一种非隔离型逆变器及其控制方法 | |
| He et al. | Design and implementation of an energy feedback digital device used in elevator | |
| CN102130611A (zh) | 电力电子整流变压器 | |
| CN103715930B (zh) | 一种提升柔性直流输电系统容量的方法 | |
| CN102263414A (zh) | 电能变换装置与系统 | |
| Yang et al. | A novel single-phase transformerless photovoltaic inveter connected to grid | |
| CN102013695A (zh) | 基于h桥的无变压器风力发电并网拓扑结构 | |
| CN102013690A (zh) | 一种基于mmc模块化多电平的无变压器电感储能拓扑结构 | |
| CN102013813A (zh) | 一种无变压器的四象限高压变频器拓扑结构 | |
| CN107834602A (zh) | 一种微源半桥变流器串联型微电网系统 | |
| CN103023362A (zh) | 一种无桥逆变电路与太阳能无桥逆变器 | |
| CN102025165A (zh) | 一种无变压器电池储能拓扑结构 | |
| CN201774263U (zh) | 一种基于mmc模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构 | |
| CN102025166A (zh) | 一种无变压器水轮发电机发电并网拓扑结构 | |
| CN202014100U (zh) | 一种光伏电站并网逆变器动态无功补偿装置 | |
| CN201774475U (zh) | 一种基于mmc的无变压器太阳能逆变器拓扑结构 | |
| CN109474008A (zh) | 基于混合mmc及矩阵变换器的风机并网系统 | |
| CN202817788U (zh) | 光伏并网发电系统 | |
| CN103236693B (zh) | 一种统一电能质量控制器 | |
| WO2012010066A1 (zh) | 一种无变压器的高压直流输电拓扑结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110323 Termination date: 20130722 |