一種基于多繞組變壓器耦合的mmc型直流變壓器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于多繞組變壓器耦合的MMC型直流變壓器，包括輸入端模塊化多電平變換器、多繞組變壓器和n個(gè)輸出端模塊化多電平變換器；輸入端模塊化多電平變換器通過多繞組變壓器和各輸出端模塊化多電平變換器連接；n大于等于2，多繞組變壓器的繞組數(shù)等于n+1；輸入端和各輸出端模塊化多電平變換器橋臂數(shù)由多繞組變壓器相數(shù)決定，且每一橋臂均由若干多電平變換器子模塊串聯(lián)組成，該子模塊為任一模塊化的多電平換流器件或單元；所述輸入端和各輸出端模塊化多電平變換器的多電平變換器子模塊數(shù)量相同或不相同。本實(shí)用新型可以在高壓大功率場合同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)直流電壓等級(jí)的變換。
【專利說明】—種基于多繞組變壓器耦合的MMC型直流變壓器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電力設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于多繞組變壓器耦合的模塊化多電平換流器(MMC)型直流變壓器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和電網(wǎng)的建設(shè)，必然要求電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)多電源供電以及多落點(diǎn)受電，因此在傳統(tǒng)兩端直流輸電系統(tǒng)上發(fā)展而來的多端直流輸電系統(tǒng)受到了越來越多的關(guān)注。由于目前直流電網(wǎng)尚無統(tǒng)一的電壓標(biāo)準(zhǔn)，因此各種電壓等級(jí)的直流線路很多，如果將這些不同電壓等級(jí)的直流電路連接起來形成網(wǎng)絡(luò)，并充分提高直流電網(wǎng)的運(yùn)行靈活性，直流變壓器是必不可少的設(shè)備。而隨著直流電網(wǎng)的發(fā)展，多端直流輸電的益處會(huì)日漸明顯，多級(jí)直流輸電和配電亦會(huì)得到廣泛的推廣和應(yīng)用。多級(jí)直流輸電能夠大大提高直流電網(wǎng)的靈活性，通過具有多級(jí)直流變換功能的直流變壓器，能夠?qū)⒉煌绷麟妷旱燃?jí)的線路連接起來形成大網(wǎng)，從而提高供電的可靠性，并能綜合利用直流輸電線路提高輸電效率。另一方面，在配電系統(tǒng)中，通過具有多級(jí)直流變換的直流變壓器，能夠?qū)⒛骋恢绷麟妷鹤儞Q成不同的直流電壓等級(jí)供下級(jí)用戶使用，提高直流電網(wǎng)的靈活性。因此，對(duì)于今后直流電網(wǎng)的不斷發(fā)展，多級(jí)直流輸電和配電具有廣泛的應(yīng)用前景。在直流電網(wǎng)中，變換器通常應(yīng)用在電壓等級(jí)較高的場合下。因此，需要一種可應(yīng)用于高壓大功率場合的直流變壓器。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型提供一種基于多繞組變壓器耦合的模塊化多電平換流器型直流變壓器，目的是在高壓大功率場合同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)直流電壓等級(jí)的變換。
[0004]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]本實(shí)用新型提供的一種基于多繞組變壓器耦合的模塊化多電平換流器型直流變壓器，其特征在于，該直流變壓器包括輸入端模塊化多電平變換器、多繞組變壓器和η個(gè)輸出端模塊化多電平變換器；所述輸入端模塊化多電平變換器通過多繞組變壓器和各輸出端模塊化多電平變換器連接；η大于等于2，多繞組變壓器的繞組數(shù)等于η+1。
[0006]所述輸入端模塊化多電平變換器和各輸出端模塊化多電平變換器橋臂數(shù)由多繞組變壓器相數(shù)決定，且每一橋臂均由若干多電平變換器子模塊串聯(lián)組成；所述輸入端模塊化多電平變換器和各輸出端模塊化多電平變換器的多電平變換器子模塊數(shù)量相同或不相同。
[0007]所述輸入端和輸出端模塊化多電平變換器的子模塊數(shù)量可不相同，根據(jù)電壓等級(jí)來合理安排其數(shù)量。
[0008]所述輸入端模塊化多電平變換器的交流側(cè)輸出頻率和輸出端模塊化多電平變換器的交流側(cè)輸入頻率可以是工頻、中頻或高頻。
[0009]所述多繞組變壓器變壓器的工作頻率可以是工頻、中頻或高頻，與所述輸入端和輸出端模塊化多電平變換器的交流側(cè)頻率一致；所述多繞組變壓器的相數(shù)可為單相、三相以及多相。多繞組變壓器優(yōu)選三繞組變壓器。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0011]1、本實(shí)用新型提供的直流變壓器兩側(cè)采用模塊化多電平變流器結(jié)構(gòu)，能根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場合，通過改變本實(shí)用新型所提出直流變壓器的輸入端模塊化多電平變流器和輸出端模塊化多電平變流器子模塊的數(shù)量，便能夠方便的擴(kuò)展直流變壓器的電壓等級(jí)，提高直流變壓器的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性強(qiáng)。
[0012]2、本實(shí)用新型提供的直流變壓器輸入端和輸出端模塊化多電平變流器通過多繞組變壓器連接，能有效對(duì)變換器的輸入輸出側(cè)進(jìn)行電氣隔離。
[0013]3、本實(shí)用新型提供的直流變壓器能夠同時(shí)進(jìn)行多個(gè)直流電壓等級(jí)的變換，提高了直流變壓器的變壓靈活性，能夠適應(yīng)更多的變壓條件，連接直流電網(wǎng)中多個(gè)直流電壓等級(jí)的輸配電線路。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型提供的基于多繞組變壓器耦合的模塊化多電平換流器型直流變壓器拓?fù)鋱D，其中以三繞組變壓器為例進(jìn)行說明，所述三繞組變壓器以三相結(jié)構(gòu)為例。

【具體實(shí)施方式】
[0015]目前，模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,簡稱MMC)已經(jīng)在高壓直流輸電系統(tǒng)中得到了較好的應(yīng)用。模塊化多電平換流器相較傳統(tǒng)兩電平、三電平VSC具有更多優(yōu)點(diǎn)，其橋臂避免了開關(guān)器件的直接串聯(lián)，不存在器件均壓等問題，采用一般市售的開關(guān)器件即可；通過改變子模塊個(gè)數(shù)即可適應(yīng)不同電壓和功率等級(jí)的要求；其交流輸出為多電平階梯波，大大減小了諧波含量，可以不用或使用較小的濾波器；模塊化結(jié)構(gòu)便于冗余設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性。所以，將模塊化多電平換流器應(yīng)用到直流變壓器中具有明顯的優(yōu)勢。
[0016]本實(shí)用新型將模塊化多電平換流器的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用到直流變壓器中，提出一種基于多繞組變壓器耦合的模塊化多電平換流器型直流變壓器。在保留模塊化多電平換流器自身優(yōu)點(diǎn)的前提下，通過使用多繞組變壓器進(jìn)行耦合，實(shí)現(xiàn)直流變壓器多個(gè)直流電壓等級(jí)變換的功能，提高直流電網(wǎng)的靈活性。
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本實(shí)用新型，但并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限定。此夕卜，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0018]如圖1所示，提供了一種基于三繞組變壓器耦合的模塊化多電平換流器型直流變壓器，所述直流變壓器包括輸入端模塊化多電平換流器MMC1、三繞組變壓器、輸出端兩個(gè)模塊化多電平換流器MMC2、MMC3 ;所述輸入端模塊化多電平換流器MMC1和輸出端兩個(gè)模塊化多電平換流器MMC2、MMC3均為三橋臂結(jié)構(gòu)，并通過三繞組變壓器連接，從而實(shí)現(xiàn)多端輸出和多個(gè)直流電壓等級(jí)變換。所述三繞組變壓器還可為單相和多相結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用單相結(jié)構(gòu)的三繞組變壓器時(shí)，所述輸入端模塊化多電平換流器MMC1和輸出端兩個(gè)模塊化多電平換流器MMC2, MMC3為兩橋臂結(jié)構(gòu)；當(dāng)采用多相結(jié)構(gòu)的三繞組變壓器時(shí)，所述輸入端模塊化多電平換流器MMC1和輸出端兩個(gè)模塊化多電平換流器MMC2、MMC3為多橋臂結(jié)構(gòu)，橋臂數(shù)由三繞組變壓器的相數(shù)決定。所述三繞組變壓器亦可使用更多繞組數(shù)的多繞組變壓器代替，從而實(shí)現(xiàn)更多直流電壓等級(jí)的變換。
[0019]模塊化多電平換流器MMCp MMC2, MMC3的每一橋臂均由若干多電平換流器子模塊串聯(lián)組成。所述輸入端和輸出端模塊化多電平變換器的子模塊數(shù)量可不相同，根據(jù)電壓等級(jí)來合理安排其數(shù)量。所述子模塊可使用半橋結(jié)構(gòu)或者全橋結(jié)構(gòu)。模塊化多電平換流器MMC1包含多電平換流器子模塊SMp SM2、……、SMn，模塊化多電平換流器MMC2包含多電平換流器子模塊SMp SM2,……、SMni,模塊化多電平換流器MMC3包含多電平換流器子模塊SM1'SM2,……、SMk。n、m、k均為正整數(shù)，根據(jù)輸入和輸出端的電壓等級(jí)來確定它們的值。
[0020]本實(shí)用新型中，多電平換流器子模塊可以是各種模塊化的多電平換流器件或單
J Li ο
[0021]所述輸入端模塊化多電平換流器的交流側(cè)輸出頻率、輸出端兩個(gè)模塊化多電平換流器的交流側(cè)輸入頻率可以是工頻、中頻或高頻。
[0022]所述三繞組變壓器的工作頻率可以是工頻、中頻或高頻，與所述輸入端模塊化多電平換流器的交流側(cè)輸出頻率相匹配。
[0023]以上所述為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，但本實(shí)用新型不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本實(shí)用新型所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種模塊化多電平換流器型直流變壓器，其特征在于，該直流變壓器包括輸入端模塊化多電平變換器、多繞組變壓器和η個(gè)輸出端模塊化多電平變換器；所述輸入端模塊化多電平變換器通過多繞組變壓器和各輸出端模塊化多電平變換器連接；η大于等于2，多繞組變壓器的繞組數(shù)等于η+1 ； 所述輸入端模塊化多電平變換器和各輸出端模塊化多電平變換器橋臂數(shù)由多繞組變壓器相數(shù)決定，且每一橋臂均由若干多電平變換器子模塊串聯(lián)組成；所述輸入端模塊化多電平變換器和各輸出端模塊化多電平變換器的多電平變換器子模塊數(shù)量相同或不相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化多電平換流器型直流變壓器，其特征在于，所述輸入端模塊化多電平換流器的交流側(cè)輸出頻率和輸出端側(cè)模塊化多電平換流器的交流側(cè)輸入頻率是工頻、中頻或高頻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化多電平換流器型直流變壓器，其特征在于，所述多繞組變壓器的工作頻率是工頻、中頻或高頻，與所述輸入端模塊化多電平換流器的交流側(cè)輸出頻率一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的模塊化多電平換流器型直流變壓器，其特征在于，所述多繞組變壓器的相數(shù)為單相、三相或多相。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的模塊化多電平換流器型直流變壓器，其特征在于，η等于2，多繞組變壓器為三繞組變壓器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的模塊化多電平換流器型直流變壓器，其特征在于，所述多電平變換器子模塊為任一模塊化的多電平換流器件或單元。
【文檔編號(hào)】H02M5/44GK204131408SQ201420555099
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】王丹, 毛承雄, 陸繼明, 梁翔, 田杰, 黃輝 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)