一种适用于光伏电站应用的新型MMC拓扑结构

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种适用于光伏电站应用的新型mmc拓扑结构.

背景技术：

1、光伏（pv）技术成本的降低，加上最近一项研究表明，太阳能最有可能满足未来的负荷需求，正激励各国在其能源组合中增加光伏发电厂。这些光伏电站是清洁能源，也可以通过提供电压和功率因数调节、故障穿越、实际功率控制（电厂缩减）和频率控制来实现并网。最近的研究表明，随着储能控制的新进展的提出，可以克服发电的间歇性。随着气象数据收集方法越来越精确，可以改进光伏发电厂的设计，以降低财务风险，光伏发电非常具有市场前景。

2、理想的并网接口逆变器应该产生正弦输出电压。然而，这些逆变器使用脉冲方电压合成所需的正弦波，导致存在不必要的谐波。使用多个级联的方形电压来近似正弦电压，谐波含量可以大大降低，这样的逆变器称为多电平逆变器。根据电平数的不同，多电平逆变器可以将总谐波失真（thd）提高到不需要输出滤波器或只需要一个小的输出滤波器的程度。模块化多电平转换器基于同样的原理，即增加输出中的电平数以减少thd。

3、传统的电网接口方法是使用三相两电平逆变器与滤波器和线频电源变压器相结合。这种方法的优点是使用了经过测试和理解的技术。然而，它的一个限制是线频变压器。这些变压器可能很重，很贵，如果需要液冷的话还需要维护。由于其更高的功率密度，高频变压器（hft）更小，更轻，可能更便宜，使其比线频变压器更有吸引力。电力电子转换器的使用意味着高频已经存在于系统中，使用上高频变压器几乎没有任何缺点。

4、随着光伏技术的发展迅猛，传统的电网接口已不能满足要求。mmc拓扑比非模块化拓扑提供了许多优势:系统更灵活、更可靠，并且通过拥有备用模块可以大大减少修复时间。这些优点促使许多研究者在过去几年对mmc进行研究。新型mmc应使其成为大型光伏发电厂的理想转换器。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种适用于光伏电站应用的新型mmc拓扑结构，此电路很容易进行扩展，与使用线性频率变压器相比，减小了系统的尺寸和重量，通过大量电平变换降低了thd，消除对电容电压平衡的需求，仅用较低的直流电压输入就能产生中高交流电压输出。本发明的实施例采用如下技术方案，具体如下：

2、本发明提供了一种适用于光伏电站应用的新型mmc拓扑结构，其特征在于包括第一阶段（p）和第二阶段（q）；所述的第一阶段（p）由低直流电压输入vs、h桥主逆变器、线路等效电阻req和等效电感leq、子模块高频变压器、二极管桥和电容c、电容等效电感eslc、电容等效电阻esrc组成；所述的第二阶段（q）为全桥mmc单元子模块。

3、根据所述的一种适用于光伏电站应用的新型mmc拓扑结构，其特征在于所述的h桥主逆变器由4个igbt和四个电容组成；第1个igbt（s1）的发射极与第4个igbt（s4）的集电极连接构成第1个桥臂；第3个igbt（s3）的发射极与第2个igbt（s2）的集电极连接构成第2个桥臂；所述的第1个电容并联在第1个igbt（s1）的续流二极管两端；所述的第2个电容并联在第2个igbt（s2）的续流二极管两端；所述的第3个电容并联在第3个igbt（s3）的续流二极管两端；所述的第4个电容并联在第4个igbt（s4）的续流二极管两端。

4、根据所述的一种适用于光伏电站应用的新型mmc拓扑结构，其特征在于所述的低直流电压输入vs的一端与第1个igbt（s1）的集电极和第3个igbt（s3）集电极相连；低直流电压输入vs的另一端与第4个igbt（s4）的发射极和第2个igbt（s2）的发射极相连。

5、根据所述的一种适用于光伏电站应用的新型mmc拓扑结构，其特征在于所述的二极管桥由4个二极管组成；第1个二极管（dr1）的阳极与第4个二极管（dr4）的阴极相连构成第1个桥臂；第3个二极管（dr3）的阳极与第2个二极管（dr2）的阴极相连构成第2个桥臂。

6、根据所述的一种适用于光伏电站应用的新型mmc拓扑结构，其特征在于所述的电容c的一端串联电容等效电感eslc和电容等效电阻esrc后与第1个二极管（dr1）的阴极和第3个二极管（dr3）的阴极相连；电容c的另一端与第4个二极管（dr4）的阳极和第2个二极管（dr2）的阳极相连。

7、根据所述的一种适用于光伏电站应用的新型mmc拓扑结构，其特征在于所述的子模块高频变压器的一次侧的同名端与线路等效电阻req和等效电感leq串联后连接在 第3个igbt（s3）的发射极和第2个igbt（s2）的集电极；子模块高频变压器的一次侧的另一端与第1个igbt（s1）的发射极与第4个igbt（s4）的集电极相连；子模块高频变压器的二次侧的同名端与第1个二极管（dr1）的阳极和第4个二极管（dr4）的阴极相连，子模块高频变压器的二次侧的另一端与第3个二极管（dr3）的阳极和第2个二极管（dr2）的阴极相连。

8、根据所述的一种适用于光伏电站应用的新型mmc拓扑结构，其特征在于所述的第二阶段（q）全桥mmc单元子模块包括4个igbt；第5个igbt（s5）的发射极与第8个igbt（s8）的集电极连接构成第1个桥臂；第7个igbt（s7）的发射极与第6个igbt（s6）的集电极连接构成第2个桥臂；电容c的一端串联电容等效电感eslc和电容等效电阻esrc后与第5个igbt（s5）的集电极和第7个igbt（s7）的集电极相连；第8个igbt（s8）的发射极和第6个igbt（s6）的发射极相连后与电容c的另一端相连；vo为第5个igbt（s5）的发射极和第8个igbt（s8）的集电极相连处与第7个igbt（s7）的发射极和第6个igbt（s6）的集电极相连处之间的电压。

9、优选的，根据所述的一种适用于光伏电站应用的新型mmc拓扑结构，其特征在于每个高频链接子模块都有自己的高频变压器，很容易进行扩展。与使用线性频率变压器相比，减小了系统的尺寸和重量，通过大量电平变换降低了thd，消除了对电容电压平衡的需求，较低的直流电压输入能产生中高交流电压输出。

10、优选的，根据所述的一种适用于光伏电站应用的新型mmc拓扑结构，其特征在于占空比为50%时主逆变器可以在零电流和零电压条件下运行。

11、优选的，根据所述的一种适用于光伏电站应用的新型mmc拓扑结构，其特征在于该拓扑结构可以独立完成主级和次级的部分分析。次态的开关状态分析不依赖于主态的瞬态。

12、优选的，根据所述的一种适用于光伏电站应用的新型mmc拓扑结构，其特征在于该拓扑结构一种模块化解决方案，可以轻松扩展，因为每个额外的子模块都需要连接到总线，而不是封装到主变压器中。在正常运行过程中，电容器通过变压器和二极管桥式整流器不断充电，消除平衡电容器电压的需要，且消除了许多复杂的算法和通常与mmc平衡相关的电压传感器。

13、本发明有以下有益效果：本发明所提出的高频链路隔离的mmc提供了一种可扩展的低压直流-中压交流电网接口连接。它具有mmc的优点（例如，低thd、模块化和可伸缩性），而不需要实现复杂的电压平衡方法。它还提供了单向功率流和电隔离，使其成为光伏应用的理想选择。