基于双电容模块的mmc型多端口电力电子变压器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于电力电子应用的技术领域，尤其涉及基于双电容模块的MMC型多端口 电力电子变压器。
【背景技术】
[0002] 电子电力变压器是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的电能变换技 术相结合，实现将一种电力特征的电能转变为另一种电力特征的电能的新型智能变压器。 它在完成常规变压器变压、隔离、能量传递等功能的同时，也可以完成波形控制、潮流控制 或电能质量调节功能，因此它具备解决电力系统中面临的许多新问题的潜力。但现有结构 的电力电子变压器也存在一些缺点，特别是多电源场合下的应用。
[0003] 传统的多电平拓扑结构，如基于H桥级联的电力电子变压器，因为H桥级联结构本 身都没有高压直流侧，所以该种电力电子变压器也没有高压直流端口。但是随着电力和能 源需求的不断扩大，更高效、更节能的输电和用电技术也成为当今电力技术革新的重要方 向，使得高压直流输电、直流配电网以及微网等领域逐渐进入大家研究的视野，从而出现了 如MMC等相关技术，MMC的出现使得高压直流相关应用变得更可实现和应用，也更符合直流 相关技术的发展。基于MMC型的电力电子变压器具有了高压直流端口，使得其与高压直流电 网的直接接入成为可能。但是最常见的基于半桥模块的MMC型电力电子变压器并不具有直 流故障穿越能力，同时也不具有高压直流侧低电压时的正常运行能力，因此对其模块的改 进是十分有必要的，否则可靠性很低，难以适应工程的实际应用。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是:现有的电子电力变压器结构复杂、成本高、谐波含量 高、使用效果差、且无法满足多电源场合下的应用需求。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:基于双电容模块的MMC型多端口 电力电子变压器，包括基于双电容模块的模块化多电平变换器MMC、DC/DC变换器和逆变器； DC/DC变换器包括前级部分、高频变压部分和后级部分;每个DC/DC变换器的前级直流侧的 正、负极与模块化多电平变换器MMC中每个模块中两个串联电容的正、负极相连接，所有DC/ DC变换器的后级直流侧正、负极分别并联后与逆变器的直流侧正、负极相连接;逆变器为三 相四桥臂逆变器;模块化多电平变换器MMC的P，N端为高压直流端口，其中P端为高压直流端 口的正极，N端为高压直流端口的负极，模块化多电平变换器MMC的交流侧a，b和c端口分别 作为为高压交流端口的a相、b相和c相，每个模块后所接的DC/DC变换器的后级I，J端分别并 联在一起作为电力电子变压器的低压直流端口，其中I端为低压直流端口的正极，J端为低 压直流端口的负极;并联后的I，J端口分别与逆变器直流侧的正负极连接，逆变器的交流侧 作为低压交流端口。
[0006] 具体的，模块化多电平换流器中每个桥臂包括N个模块，其中共含有2N个直流电 容，X个第一子模块和Y个第二子模块;不考虑第二子模块工作在负电压或冗余情况时，X+Y =N，（2X+2Y)Vc = Vdc，vm= (2X+2Y)Vc，其中Vdc为高压直流侧电压，Vc为每个直流电容电 压，vm为高压交流侧相电压幅值，考虑冗余情况时，X+Y2N;当模块化多电平变换器具有直 流故障穿越能力且不考虑第二子模块工作在负电压和冗余的情况，+ 当 ^ ; 第二子模块在负电压投入运行状态下，第二子模块可以投入负电压的模块数量Z满足以下 关系：Z < N/6，Z < Y，当高压直流侧电压为0的情况下，Z < Y < (Z+N)/2 = (Z+X+Y)/2;还包括 六个电感;所述电感包括Lap、Lan、Lbp、L bn、Lcp和Lcn; X个第一子模块、Y个第二子模块和电感Lap 依次串联构成模块化多电平变换器MMC的A相上桥臂，电感Lan、Y个第二子模块和X个第一子 模块依次串联构成模块化多电平变换器MMC的A相下桥臂，A相上桥臂和下桥臂连接的中点a 作为电力电子变压器的高压交流接口的A相;X个第一子模块、Y个第二子模块和电感Lbp依次 串联构成模块化多电平变换器MMC的B相上桥臂，电感L bn、Y个第二子模块和X个第一子模块 依次串联构成模块化多电平变换器MMC的B相下桥臂，B相上桥臂和下桥臂连接的中点b作为 电力电子变压器的高压交流接口的B相;X个第一子模块、Y个第二子模块和电感1^依次串联 构成模块化多电平变换器MMC的C相上桥臂，电感L cn、Y个第二子模块和X个第一子模块依次 串联构成模块化多电平变换器MMC的C相下桥臂，C相上桥臂和下桥臂连接的中点c作为电力 电子变压器的高压交流接口的C相;三相上桥臂正极和下桥臂负极分别是高压直流端口的 P，N端;每个第一子模块的C，D端和第二子模块的G，H端分别和DC/DC变换器的前级C(G)，D (H)端相连;三个上桥臂的正极端连接在一起作为电力电子变压器的高压直流端口的正极 P，三个下桥臂的负极端连接在一起作为电力电子变压器的高压直流端口的负极N。
[0007] 具体的，所述子模块包括两个串联的半桥，即包含两个直流电容Cl和C2、四个带有 反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3和T4;所述11323334的集电极分别与各 自的续流二极管的阴极相连接，!1^233^4的发射极分别与各自的续流二极管的阳极相 连接;所述Tl的发射极和Τ2的集电极相连接并作为子模块的正极端Α，Τ1的集电极与Cl的正 极相连接，T2的发射极与Cl的负极相连接，所述T4的发射极和T3的集电极相连接并作为子 模块的负极端B，T4的集电极与C2的正极和T2的发射极相连接，T3的发射极与C2的负极相连 接，所述Cl的正极连接DC/DC变换器的正极，C2的负极连接DC/DC变换器的负极。
[0008] 具体的，所述子模块包括一个T型全桥，即包含两个直流电容C3和C4、四个带有反 并联二极管的绝缘栅双极型晶体管T5、T6、T7和T8、两个反向阻断绝缘栅双极型晶体管T9 (TlO)和Τ11(Τ12)，其中T9和TlO为一组，Tll和Τ12为一组;所述Τ5、Τ6、Τ7和Τ8的集电极分别 与各自的续流二极管的阴极相连接，所述Τ5、Τ6、Τ7和Τ8的发射极分别与各自的续流二极管 的阳极相连接;所述Τ5的发射极、Τ6的集电极、T9的集电极和T10的发射极相连接作为子模 块的正极端Ε，Τ5的集电极、C3的正极和Τ7的集电极相连接，并且作为与DC/DC变换器连接的 正极端G，T6的发射极、C4的负极和Τ8的集电极相连接，并且作为与DC/DC变换器相连接的负 极端H，T7的发射极、T8的集电极、T11的集电极和T12的发射极相连接作为第二子模块的负 极端F，C3的负极、C4的正极，T9的发射极、T10的集电极、T11的发射极和T12的集电极相连 接。
[0009] 具体的，DC/DC变换器的高频变压部分是一个高频变压器T，后级部分由一个H桥电 路和一个直流电容组成;DC/DC变换器前级部分的交流侧与高频变压器T的原方相连接，高 频变压器T的副方与DC/DC变换器后级部分的交流侧相连接。
[0010] 具体的，：DC/DC变换器(2)的前级部分采用全桥结构，由四个带有反并联二极管的 绝缘栅双极型晶体管组成，其中每两个反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管串联后再并 联。
[0011] 具体的，DC/DC变换器的前级部分采用二极管钳位结构，包含四个带有反并联二极 管的绝缘栅双极型晶体管1'13、1'14、1'15、1'16和两个二极管01、02，1'13的集电极和(：1或03的 正极相连接，T13的发射极与D1的阴极和T14的集电极相连接，D1的阳极与Cl或C3的负极、C2 或C4的正极、D2的阴极、高频变压器T的一端相连接，T14的发射极与T15的集电极和高频变 压器T的另一端相连接，T15的发射极与D2的阳极、T16的集电极相连接，T16的发射极与C2或 C4的负极相连接，所述T13、Tl 4、T15和Tl 6的集电极分别与各自的续流二极管的阴极相连 接，所述T13、T14、T15和T16的发射极分别与各自的续流二极管的阳极相连接。
[0012] 具体的，DC/DC变换器(2)的前级部分采用T型三电平结构，包含两个带有反并联二 极管的绝缘栅双极型晶体管Τ17、Τ18和一个由Τ19和Τ20组成的反向阻断绝缘栅双极型晶体 管，Τ17的集电极和Cl或C3的正极相连接，Τ17的发射极与Τ18的集电极、Τ19的集电极、Τ20的 发射极、高频变压器T的一端相连接，T19的发射极与T20的集电极、Cl或C3的负极、C2或C4的 正极、高频变压器T的另一端相连接，T18的发射极与C2或C4的