CN207021899U - 基于mmc的电力电子配电变压器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于MMC的电力电子配电变压器，包括依次连接的MMC整流器模块、DC‑DC隔离器和DC‑AC逆变器，MMC整流器模块的输入端与高压交流电网连接，DC‑AC逆变器的输出端与低压交流电网连接；DC‑DC隔离器包括多个DC‑DC隔离子单元，多个DC‑DC隔离子单元的电压输入端依次串联连接在MMC整流器模块的直流输出端之间，多个DC‑DC隔离子单元的低压侧并联连接在DC‑AC逆变器的直流输入端之间；DC‑DC隔离子单元包括依次连接的子逆变器、子中频变压器和子整流器，子逆变器包括由上桥臂电容、上桥臂IGBT、下桥臂电容和下桥臂IGBT组成的单相全桥逆变电路，单相全桥逆变电路的输入端并联接有分压电容。本实用新型使用的IGBT数量少，成本低，易于控制，可靠性高。
Description
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MMC的电力电子配电变压器。
背景技术
由于节能降耗推动着能源结构的调整，使得风能、太阳能等可再生能源在电力能源中扮演的角色越来越重，因此，对于未来电网的智能化、灵活性、互动性等的要求也是越来越高。我国电网提出了智能电网的发展的目标，而这一目标的实现与否将主要取决于电网中使用的智能设备的性能和智能化水平。在目前电网使用的众多电气设备中，配电变压器是配电网中使用最为广泛、地位最为重要的电气设备之一，其主要功能是实现将6KV-35KV电压转变至380V电压供给用户使用。而且我国变压器年生产总容量的l/3是配电变压器。所以，配电变压器的性能指标以及智能化水平将会严重影响未来我国智能电网智能化水平和供电质量。
模块组合多电平变换器(Modular Multilevel Convert)，简称MMC，是一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平整流器的优点，MMC采用模块化结构设计，便于系统扩容和冗余工作，具有故障穿越和恢复能力，系统可靠性高。然而，基于MMC的配电变压器的控制元件多，系统控制复杂，价格昂贵，在一定程度上限制了其应用。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种基于MMC的电力电子配电变压器，该电力电子配电变压器使用的IGBT数量少，成本低，易于控制，可靠性高。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：包括依次连接的MMC整流器模块、DC-DC隔离器和DC-AC逆变器，所述MMC整流器模块的输入端与高压交流电网连接，所述DC-AC逆变器的输出端与低压交流电网连接；所述DC-DC隔离器包括多个DC-DC隔离子单元，多个所述DC-DC隔离子单元的电压输入端依次串联连接在MMC整流器模块的直流输出端之间，多个所述DC-DC隔离子单元的输出端并联连接在DC-AC逆变器的直流输入端之间；所述DC-DC隔离子单元包括依次连接的子逆变器、子中频变压器和子整流器，所述子逆变器包括由上桥臂电容、上桥臂IGBT、下桥臂电容和下桥臂IGBT组成的单相全桥逆变电路，所述单相全桥逆变电路的输入端并联接有分压电容，所述子整流器为二极管不控桥式整流器。
上述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述DC-AC逆变器为三相全桥逆变器，所述三相全桥逆变器与所述低压交流电网之间连接有滤波电感。
上述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述二极管不控桥式整流器包括二极管桥式电路以及与所述二极管桥式电路的输出端并联的滤波电容。
上述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述MMC整流器模块为三相六桥臂电路，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包括一个限流电抗器和M个串联连接的MMC子模块，所述M个串联连接的子模块的一端与限流电抗器的一端相接，所述限流电抗器的另一端与所述高压交流电网相接，所述串联连接的子模块的另一端与所述子逆变器相接，所述子模块包括半桥电路和子模块电容，所述子模块电容与所述半桥电路信号输出端并联。
上述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述半桥电路由MMC上半桥IGBT和MMC下半桥IGBT组成。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型通过设置DC-DC隔离器减少了IGBT使用的数量，简化了电力电子配电变压器的结构，降低了电力电子配电变压器的成本和控制的难度，提高了电力电子配电变压器的可靠性；
2、本实用新型所设置的均压电容和桥臂电容对MMC整流器模块输出的高压直流电压进行逐级降压，结构简单，设计合理，扩展容量方便。
3、本实用新型所设置的子逆变器与全桥逆变电路结构相比，有效地减少了IGBT使用的数量，降低了电力电子配电变压器的成本。
4、本实用新型的多个DC-DC变压器子单元采用串联输入并联输出的结构方式有效地简化DC-DC隔离器的控制难度，提高了电力电子配电变压器可靠性。
综上所述，本实用新型使用的IGBT数量少，成本低，易于控制，可靠性高。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理图。
图2为本实用新型DC-DC变压器的电路原理图。
图3为本实用新型半桥电路的电路原理图。
附图标记说明:
1—MMC整流器模块； 2—DC-DC隔离器； 3—DC-AC逆变器；
1-1—半桥电路； 1-2—MMC子模块电容； 2-1—子逆变器；
2-2—子中频变压器； 2-3—子整流器, 4—高压交流电网；
5—低压交流电网。
具体实施方式
如图1和图2所示，基于MMC的电力电子配电变压器包括依次连接的MMC整流器模块1、DC-DC隔离器2和DC-AC逆变器3，所述MMC整流器模块1的输入端与高压交流电网4连接，所述DC-AC逆变器3的输出端与低压交流电网5连接；所述DC-DC隔离器2包括多个DC-DC隔离子单元，多个所述DC-DC隔离子单元的电压输入端依次串联连接在MMC整流器模块1的直流输出端之间，多个所述DC-DC隔离子单元的输出端并联连接在DC-AC逆变器3的直流输入端之间；所述DC-DC隔离子单元包括依次连接的子逆变器2-1、子中频变压器2-2和子整流器2-3，所述子逆变器2-1包括由上桥臂电容、上桥臂IGBT、下桥臂电容和下桥臂IGBT组成的单相全桥逆变电路，所述单相全桥逆变电路的输入端并联接有分压电容，所述子整流器2-3为二极管不控桥式整流器。
需要说明的是，所述MMC整流器模块1的设置是为了将高压交流电网(4)的交流高压转换为直流高压，所述MMC整流器模块1具有输出电压质量高、效率高的优点；所述DC-DC隔离器2的设置是为了将所述直流高压转换为直流低压，DC-DC隔离器2有效地减少了IGBT的使用数量，降低了电力电子配电变压器的成本，并且由于需要控制的IGBT数量少，进而降低了DC-DC隔离器2的控制的难度，提高了DC-DC隔离器2的可靠性；多个DC-DC隔离子单元采用串联输入并联输出的结构方式有效地简化DC-DC隔离器2的控制难度，提高了电力电子配电变压器可靠性；DC-AC逆变器3的设置是为了将所述直流低压逆变为交流低压，DC-AC逆变器3控制简单，效率高；所述分压电容和桥臂电容的设置为了对所述直流高压进行逐级分压，实现容易，结构简单；所述子逆变器2-1、子中频变压器2-2和子整流器2-3均一一对应；所述子逆变器2-1的设置是为了将MMC整流器模块1输出的直流高压逆变为方波电压，子逆变器2-1是由两组桥臂电容和IGBT组成的全桥电路结构，与由四个IGBT组成的全桥电路结构相比，子逆变器2-1使用的IGBT数量少，成本低，其中，C1、C2……CN为容值相等的分压电容，C21、C31、C22、C32……C2N、C3N为容值相等的桥臂电容；所述子整流器2-3为二极管不控桥式整流器，结构简单，成本低，降低了电力电子配电变压器控制的难度。本实施例中，所述高压交流电网(4)的输出电压为10KV，频率为50Hz，低压交流电网(5)输出电压为380V，频率为50Hz，DC-DC隔离子单元的数量为10个，子中频变压器2-2的频率为5KHz，子中频变压器2-2的原边绕组与副边绕组的变比为1500:1000，子中频变压器2-2具有体积小、金属材料使用量少的优点。
所述DC-AC逆变器3为三相全桥逆变器，所述三相全桥逆变器与所述低压交流电网5之间连接有滤波电感。
如图1所示，本实施例中，三相全桥逆变器是由S3、S4、S5、S6、S7和S8六个IGBT组成，所述三相全桥逆变器与所述低压交流电网5之间连接有滤波电感L7、L8和L9，所述滤波电感的设置提高了DC-AC逆变器3输出电压的品质。
所述二极管不控桥式整流器包括二极管桥式电路以及与所述二极管桥式电路的输出端并联的滤波电容。
如图2所示，本实施例中，子整流器2-3包括由四个二极管两两相接组成的桥式电路，所述桥式电路的两端与所述滤波电容并联连接，所述二极管不控桥式整流器能够将交流电压整流为直流电压，无需进行单独的控制，易于实现。
所述MMC整流器模块1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包括一个限流电抗器和M个串联连接的MMC子模块，所述M个串联连接的子模块的一端与限流电抗器的一端相接，所述限流电抗器的另一端与所述高压交流电网相接，所述串联连接的子模块的另一端与所述子逆变器2-1相接，所述子模块包括半桥电路1-1和子模块电容1-2，所述子模块电容1-2与所述半桥电路1-1信号输出端并联。
如图1所示，本实施例中，A相桥臂包括A相上桥臂和A相下桥臂，A相上桥臂由子模块SMp1a、子模块SMp2a……子模块SMpMa串联连接而成，A相下桥臂由子模块SMn1a、子模块SMn2a……子模块SMnMa串联连接而成；B相桥臂包括B相上桥臂和B相下桥臂，B相上桥臂由子模块SMp1b、子模块SMp2b……子模块SMpMb串联连接而成，B相下桥臂由子模块SMn1b、子模块SMn2b……子模块SMnMb串联连接而成；C相桥臂包括C相上桥臂和C相下桥臂，C相上桥臂由子模块SMp1c、子模块SMp2c……子模块SMpMc串联连接而成，C相下桥臂由子模块SMn1c、子模块SMn2c……子模块SMnMc串联连接而成；所述子模块SMp1a、子模块SMp1b和子模块SMp1c的连接端与所述子模块SMnMa、子模块SMnMb和子模块SMnMc的连接端之间的电压为MMC整流器模块1输出的高压直流电压；所述A相上桥臂与所述高压交流电网4之间连接有限流电抗器L1，B相上桥臂与所述高压交流电网4之间连接有限流电抗器L2，所述C相上桥臂与所述高压交流电网4之间连接有限流电抗器L3；所述A相下桥臂与所述高压交流电网4之间连接有限流电抗器L4，所述B相下桥臂与所述高压交流电网4之间连接有限流电抗器L5，所述C相下桥臂与所述高压交流电网4之间连接有限流电抗器L6；所述限流电抗器的设置是为了降低故障情况下MMC整流器模块1的直流输出端对子模块的冲击，提高了电力电子配电变压器的可靠性；如图3所示，所述子模块包括半桥电路1-1和子模块电容1-2，所述半桥电路1-1与所述子模块电容并联1-2。本实施例中，MMC整流器模块1各桥臂串联连接的子模块个数为12个，多个所述子模块电容的容值均为0.018F，多个所述子模块电容的额定值均为2500V，多个所述分压电容的容值均为0.012F，多个所述桥臂电容的容值均为0.006F，多个所述限流电抗器的感值均为0.005mH。
所述半桥电路1-1由MMC上半桥IGBT和MMC下半桥IGBT组成。如图3所示，半桥电路1-1由两组IGBT和续流二极管组成，其中，T1为MMC上半桥IGBT，T2为MMC下半桥IGBT。
本实用新型使用时，高压交流电网4向MMC整流器模块1输入高压交流电压，所述高压交流电压经MMC整流器模块1整流为高压直流电压，分压电容C1、C2…CN将所述高压直流电压进行均分得到均分电压，所述均分电压被子逆变器2-1逆变为方波交流电压，所述方波交流电压经子中频变压器2-2变压后再由子整流器2-3整流得到低压直流电压，所述低压直流电压经DC-AC逆变器3逆变为低压交流电压并输入至低压交流电网5中。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：包括依次连接的MMC整流器模块(1)、DC-DC隔离器(2)和DC-AC逆变器(3)，所述MMC整流器模块(1)的输入端与高压交流电网(4)连接，所述DC-AC逆变器(3)的输出端与低压交流电网(5)连接；所述DC-DC隔离器(2)包括多个DC-DC隔离子单元，多个所述DC-DC隔离子单元的电压输入端依次串联连接在MMC整流器模块(1)的直流输出端之间，多个所述DC-DC隔离子单元的输出端并联连接在DC-AC逆变器(3)的直流输入端之间；所述DC-DC隔离子单元包括依次连接的子逆变器(2-1)、子中频变压器(2-2)和子整流器(2-3)，所述子逆变器(2-1)包括由上桥臂电容、上桥臂IGBT、下桥臂电容和下桥臂IGBT组成的单相全桥逆变电路，所述单相全桥逆变电路的输入端并联接有分压电容，所述子整流器(2-3)为二极管不控桥式整流器。
2.按照权利要求1所述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述DC-AC逆变器(3)为三相全桥逆变器，所述三相全桥逆变器与所述低压交流电网(5)之间连接有滤波电感。
3.按照权利要求1所述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述二极管不控桥式整流器包括二极管桥式电路以及与所述二极管桥式电路的输出端并联的滤波电容。
4.按照权利要求1所述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述MMC整流器模块(1)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包括一个限流电抗器和M个串联连接的MMC子模块，所述M个串联连接的子模块的一端与限流电抗器的一端相接，所述限流电抗器的另一端与所述高压交流电网相接，所述串联连接的MMC子模块的另一端与所述子逆变器(2-1)相接，所述MMC子模块包括半桥电路(1-1)和子模块电容(1-2)，所述子模块电容(1-2)与所述半桥电路(1-1)信号输出端并联。
5.按照权利要求4所述的基于MMC的电力电子配电变压器，其特征在于：所述半桥电路(1-1)由MMC上半桥IGBT和MMC下半桥IGBT组成。
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| CN201720784213.7U CN207021899U (zh) | 2017-06-30 | 2017-06-30 | 基于mmc的电力电子配电变压器 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113595397A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-11-02 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种具有高频均压汇集母线的多端口能量路由器 |
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| CN113595397A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-11-02 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种具有高频均压汇集母线的多端口能量路由器 |
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