CN204131408U - 一种基于多绕组变压器耦合的mmc型直流变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于多绕组变压器耦合的MMC型直流变压器，包括输入端模块化多电平变换器、多绕组变压器和n个输出端模块化多电平变换器；输入端模块化多电平变换器通过多绕组变压器和各输出端模块化多电平变换器连接；n大于等于2，多绕组变压器的绕组数等于n+1；输入端和各输出端模块化多电平变换器桥臂数由多绕组变压器相数决定，且每一桥臂均由若干多电平变换器子模块串联组成，该子模块为任一模块化的多电平换流器件或单元；所述输入端和各输出端模块化多电平变换器的多电平变换器子模块数量相同或不相同。本实用新型可以在高压大功率场合同时实现多个直流电压等级的变换。

Description

一种基于多绕组变压器耦合的MMC型直流变压器

技术领域

本实用新型属于电力设备技术领域，具体涉及一种基于多绕组变压器耦合的模块化多电平换流器(MMC)型直流变压器。

背景技术

随着经济发展和电网的建设，必然要求电网能够实现多电源供电以及多落点受电，因此在传统两端直流输电系统上发展而来的多端直流输电系统受到了越来越多的关注。由于目前直流电网尚无统一的电压标准，因此各种电压等级的直流线路很多，如果将这些不同电压等级的直流电路连接起来形成网络，并充分提高直流电网的运行灵活性，直流变压器是必不可少的设备。而随着直流电网的发展，多端直流输电的益处会日渐明显，多级直流输电和配电亦会得到广泛的推广和应用。多级直流输电能够大大提高直流电网的灵活性，通过具有多级直流变换功能的直流变压器，能够将不同直流电压等级的线路连接起来形成大网，从而提高供电的可靠性，并能综合利用直流输电线路提高输电效率。另一方面，在配电系统中，通过具有多级直流变换的直流变压器，能够将某一直流电压变换成不同的直流电压等级供下级用户使用，提高直流电网的灵活性。因此，对于今后直流电网的不断发展，多级直流输电和配电具有广泛的应用前景。在直流电网中，变换器通常应用在电压等级较高的场合下。因此，需要一种可应用于高压大功率场合的直流变压器。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于多绕组变压器耦合的模块化多电平换流器型直流变压器，目的是在高压大功率场合同时实现多个直流电压等级的变换。

本实用新型采用如下技术方案实现：

本实用新型提供的一种基于多绕组变压器耦合的模块化多电平换流器型直流变压器，其特征在于，该直流变压器包括输入端模块化多电平变换器、多绕组变压器和n个输出端模块化多电平变换器；所述输入端模块化多电平变换器通过多绕组变压器和各输出端模块化多电平变换器连接；n大于等于2，多绕组变压器的绕组数等于n+1。

所述输入端模块化多电平变换器和各输出端模块化多电平变换器桥臂数由多绕组变压器相数决定，且每一桥臂均由若干多电平变换器子模块串联组成；所述输入端模块化多电平变换器和各输出端模块化多电平变换器的多电平变换器子模块数量相同或不相同。

所述输入端和输出端模块化多电平变换器的子模块数量可不相同，根据电压等级来合理安排其数量。

所述输入端模块化多电平变换器的交流侧输出频率和输出端模块化多电平变换器的交流侧输入频率可以是工频、中频或高频。

所述多绕组变压器变压器的工作频率可以是工频、中频或高频，与所述输入端和输出端模块化多电平变换器的交流侧频率一致；所述多绕组变压器的相数可为单相、三相以及多相。多绕组变压器优选三绕组变压器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型提供的直流变压器两侧采用模块化多电平变流器结构，能根据实际应用场合，通过改变本实用新型所提出直流变压器的输入端模块化多电平变流器和输出端模块化多电平变流器子模块的数量，便能够方便的扩展直流变压器的电压等级，提高直流变压器的适应性和可扩展性强。

2、本实用新型提供的直流变压器输入端和输出端模块化多电平变流器通过多绕组变压器连接，能有效对变换器的输入输出侧进行电气隔离。

3、本实用新型提供的直流变压器能够同时进行多个直流电压等级的变换，提高了直流变压器的变压灵活性，能够适应更多的变压条件，连接直流电网中多个直流电压等级的输配电线路。

附图说明

图1是本实用新型提供的基于多绕组变压器耦合的模块化多电平换流器型直流变压器拓扑图，其中以三绕组变压器为例进行说明，所述三绕组变压器以三相结构为例。

具体实施方式

目前，模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，简称MMC)已经在高压直流输电系统中得到了较好的应用。模块化多电平换流器相较传统两电平、三电平VSC具有更多优点，其桥臂避免了开关器件的直接串联，不存在器件均压等问题，采用一般市售的开关器件即可；通过改变子模块个数即可适应不同电压和功率等级的要求；其交流输出为多电平阶梯波，大大减小了谐波含量，可以不用或使用较小的滤波器；模块化结构便于冗余设计，提高了系统的可靠性。所以，将模块化多电平换流器应用到直流变压器中具有明显的优势。

本实用新型将模块化多电平换流器的优点应用到直流变压器中，提出一种基于多绕组变压器耦合的模块化多电平换流器型直流变压器。在保留模块化多电平换流器自身优点的前提下，通过使用多绕组变压器进行耦合，实现直流变压器多个直流电压等级变换的功能，提高直流电网的灵活性。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，提供了一种基于三绕组变压器耦合的模块化多电平换流器型直流变压器，所述直流变压器包括输入端模块化多电平换流器MMC₁、三绕组变压器、输出端两个模块化多电平换流器MMC₂、MMC₃；所述输入端模块化多电平换流器MMC₁和输出端两个模块化多电平换流器MMC₂、MMC₃均为三桥臂结构，并通过三绕组变压器连接，从而实现多端输出和多个直流电压等级变换。所述三绕组变压器还可为单相和多相结构，当采用单相结构的三绕组变压器时，所述输入端模块化多电平换流器MMC₁和输出端两个模块化多电平换流器MMC₂、MMC₃为两桥臂结构；当采用多相结构的三绕组变压器时，所述输入端模块化多电平换流器MMC₁和输出端两个模块化多电平换流器MMC₂、MMC₃为多桥臂结构，桥臂数由三绕组变压器的相数决定。所述三绕组变压器亦可使用更多绕组数的多绕组变压器代替，从而实现更多直流电压等级的变换。

模块化多电平换流器MMC₁、MMC₂、MMC₃的每一桥臂均由若干多电平换流器子模块串联组成。所述输入端和输出端模块化多电平变换器的子模块数量可不相同，根据电压等级来合理安排其数量。所述子模块可使用半桥结构或者全桥结构。模块化多电平换流器MMC₁包含多电平换流器子模块SM₁、SM₂、……、SM_n，模块化多电平换流器MMC₂包含多电平换流器子模块SM₁、SM₂、……、SM_m，模块化多电平换流器MMC₃包含多电平换流器子模块SM₁、SM₂、……、SM_k。n、m、k均为正整数，根据输入和输出端的电压等级来确定它们的值。

本实用新型中，多电平换流器子模块可以是各种模块化的多电平换流器件或单元。

所述输入端模块化多电平换流器的交流侧输出频率、输出端两个模块化多电平换流器的交流侧输入频率可以是工频、中频或高频。

所述三绕组变压器的工作频率可以是工频、中频或高频，与所述输入端模块化多电平换流器的交流侧输出频率相匹配。

以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，但本实用新型不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。

Claims (6)

1.一种模块化多电平换流器型直流变压器，其特征在于，该直流变压器包括输入端模块化多电平变换器、多绕组变压器和n个输出端模块化多电平变换器；所述输入端模块化多电平变换器通过多绕组变压器和各输出端模块化多电平变换器连接；n大于等于2，多绕组变压器的绕组数等于n+1；

所述输入端模块化多电平变换器和各输出端模块化多电平变换器桥臂数由多绕组变压器相数决定，且每一桥臂均由若干多电平变换器子模块串联组成；所述输入端模块化多电平变换器和各输出端模块化多电平变换器的多电平变换器子模块数量相同或不相同。

2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器型直流变压器，其特征在于，所述输入端模块化多电平换流器的交流侧输出频率和输出端侧模块化多电平换流器的交流侧输入频率是工频、中频或高频。

3.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器型直流变压器，其特征在于，所述多绕组变压器的工作频率是工频、中频或高频，与所述输入端模块化多电平换流器的交流侧输出频率一致。

4.根据权利要求1、2或3所述的模块化多电平换流器型直流变压器，其特征在于，所述多绕组变压器的相数为单相、三相或多相。

5.根据权利要求1、2或3所述的模块化多电平换流器型直流变压器，其特征在于，n等于2，多绕组变压器为三绕组变压器。

6.根据权利要求1、2或3所述的模块化多电平换流器型直流变压器，其特征在于，所述多电平变换器子模块为任一模块化的多电平换流器件或单元。