一種無(wú)變壓器的分布式功率路由器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力變換技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)變壓器的分布式功率路由器。
【背景技術(shù)】
[0002]模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)在提出后，以其高度模塊化的結(jié)構(gòu)、具有公共直流母線、便于工程實(shí)現(xiàn)、具有不平衡運(yùn)行能力和故障穿越及恢復(fù)能力等特點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外研宄學(xué)者的青睞，被國(guó)內(nèi)外研宄學(xué)者廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電(High-Voltage Direct Current，HVDC)、電能質(zhì)量等領(lǐng)域，是AC/DC換流器的主要器件，必將在未來(lái)電網(wǎng)的建設(shè)中發(fā)揮重要作用。
[0003]傳統(tǒng)采用模塊化多電平換流器實(shí)現(xiàn)AC/DC雙向轉(zhuǎn)換的例子中，在電壓跨度較大的電力變換過(guò)程中由于DC/DC變換受到占空比的限制，需要變壓器作為媒介來(lái)加入交流環(huán)節(jié)。變壓器的加入，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度且影響功率轉(zhuǎn)換效率；并且，模塊化多電平換流器僅向直流側(cè)提供一路直流輸出，直流母線為各個(gè)直流側(cè)負(fù)荷共用，當(dāng)該直流母線出現(xiàn)故障時(shí)將影響該直流母線所帶的所有直流負(fù)荷，且故障影響母線電壓，便難以有效控制故障波及范圍，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，這樣就對(duì)直流負(fù)荷提出了較高的性能要求。而直流母線電壓與負(fù)荷及分布式能源所需電壓很難完全吻合，因此通常仍需要經(jīng)過(guò)一級(jí)電力變換處理，而這級(jí)變換的變流器故障仍會(huì)對(duì)負(fù)荷供電或可再生能源接入帶來(lái)致命影響。同時(shí)，作為DC/AC換流器時(shí)，無(wú)法滿足不同分布式能源不同直流電壓的接入要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)傳統(tǒng)雙向換流器無(wú)法提供多路直流母線輸入/輸出，需要變壓器的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了提供多路直流輸入/輸出的一種無(wú)變壓器的分布式功率路由器。
[0005]一種無(wú)變壓器的分布式功率路由器，包括:模塊化多電平換流器和模塊化分壓電路；其中，模塊化多電平換流器包括三個(gè)相單元，每個(gè)相單元由上橋臂和下橋臂串聯(lián)構(gòu)成，上橋臂的正極與模塊化分壓電路的正極相連，上橋臂的負(fù)極與下橋臂的正極以及電網(wǎng)中的某一相相連，下橋臂的負(fù)極與模塊化分壓電路的負(fù)極相連；
[0006]每一相的上橋臂或下橋臂分別由η個(gè)相同的子模塊的正負(fù)極相串聯(lián)以及和一個(gè)電抗器串聯(lián)構(gòu)成，η為正整數(shù)；構(gòu)成上橋臂中的η個(gè)串聯(lián)子模塊中的首端的子模塊的正極構(gòu)成了上橋臂的正極，構(gòu)成上橋臂中的η個(gè)串聯(lián)子模塊中的末端的子模塊的負(fù)極構(gòu)成了上橋臂的負(fù)極；構(gòu)成下橋臂中的η個(gè)串聯(lián)子模塊中的首端的子模塊的正極構(gòu)成了下橋臂的正極；構(gòu)成下橋臂中的η個(gè)串聯(lián)子模塊中的末端的子模塊的負(fù)極構(gòu)成了下橋臂的負(fù)極；
[0007]模塊化分壓電路由k個(gè)相同的子模塊的正負(fù)極相串聯(lián)以及和一個(gè)電抗器串聯(lián)構(gòu)成，k為正整數(shù)，構(gòu)成模塊化分壓電路中的k個(gè)串聯(lián)子模塊中的首端的子模塊的正極構(gòu)成了模塊化分壓電路的正極，構(gòu)成模塊化分壓電路中的k個(gè)串聯(lián)子模塊中的末端的子模塊的負(fù)極構(gòu)成了模塊化分壓電路的負(fù)極。
[0008]所述子模塊由兩個(gè)分別接有反并聯(lián)二極管的IGBT串聯(lián)后再與電容并聯(lián)而成，其中上IGBT的發(fā)射極與下IGBT的集電極相連的點(diǎn)作為子模塊的正極，下IGBT的發(fā)射極作為子模塊的負(fù)極。
[0009]所述功率路由器分為整流和逆變兩個(gè)工作狀態(tài):
[0010]當(dāng)模塊化多電平換流器工作在整流狀態(tài)，通過(guò)控制其上下橋臂子模塊的開(kāi)通數(shù)目，上下橋臂的開(kāi)通數(shù)目之和始終為n，使得模塊化多電平換流器直流側(cè)輸出一定電壓值的直流電壓，通過(guò)控制模塊化分壓電路各子模塊IGBT的工作狀態(tài)，使得該輸出直流電壓在模塊化分壓電路的k個(gè)子模塊中實(shí)現(xiàn)分壓，從而實(shí)現(xiàn)多路輸出；
[0011]當(dāng)模塊化多電平換流器工作在逆變狀態(tài)，通過(guò)模塊化分壓電路各子模塊實(shí)現(xiàn)多路輸入，其子模塊各端輸入電壓支撐起模塊化多電平換流器直流側(cè)電壓，通過(guò)控制模塊化多電平換流器上下橋臂子模塊的開(kāi)通數(shù)目，上下橋臂的開(kāi)通數(shù)目之和始終為n，使得模塊化多電平換流器交流側(cè)輸出一定電壓值的交流電壓。
[0012]所述功率路由器分為儲(chǔ)能和取能兩個(gè)工作過(guò)程:
[0013]儲(chǔ)能過(guò)程:通過(guò)模塊化多電平換流器的交流側(cè)輸入三相交流電，通過(guò)控制子模塊中IGBT的工作狀態(tài)，使其直流側(cè)輸出一定值的直流電壓，經(jīng)過(guò)電抗器和串聯(lián)的子模塊，得到多路的直流輸出，以滿足不同分布式儲(chǔ)能裝置對(duì)電壓的要求，從而將電能儲(chǔ)存在儲(chǔ)能裝置中；
[0014]取能過(guò)程:通過(guò)模塊化分壓電路的多端直流輸入接入分布式儲(chǔ)能裝置，多端的輸入則能實(shí)現(xiàn)多種分布式的儲(chǔ)能裝置的同時(shí)接入，通過(guò)模塊化多電平換流器，控制其子模塊的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)直流向交流的轉(zhuǎn)換。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:當(dāng)系統(tǒng)工作在整流狀態(tài)下，分壓電路將較高的公共直流側(cè)電壓直接降壓，可有效提高功率變換效率，且可以提供多路直流輸出；當(dāng)系統(tǒng)工作在逆變狀態(tài)下，模塊化分壓電路提供多路直流輸入，多端的輸入有利于多種分布式的儲(chǔ)能裝置同時(shí)接入，改善了系統(tǒng)可靠性同時(shí)提高了效率，與傳統(tǒng)雙向換流器相比表現(xiàn)出了優(yōu)越性；徹底解決了傳統(tǒng)雙向換流器無(wú)法提供多路直流母線輸入/輸出而需要變壓器的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的一種無(wú)變壓器的分布式功率路由器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]一種無(wú)變壓器的分布式功率路由器，如圖1所示，包括:模塊化多電平換流器和模塊化分壓電路；其中，模塊化多電平換流器包括三個(gè)相單元，每個(gè)相單元由上橋臂和下橋臂串聯(lián)構(gòu)成，上橋臂的正極與模塊化分壓電路的正極相連，上橋臂的負(fù)極與下橋臂的正極以及電網(wǎng)中的某一相相連，下橋臂的負(fù)極與模塊化分壓電路的負(fù)極相連；
[0019]每一相的上橋臂或下橋臂分別由η個(gè)相同的子模塊的正負(fù)極相串聯(lián)以及和一個(gè)電抗器串聯(lián)構(gòu)成，η為正整數(shù)；構(gòu)成上橋臂中的η個(gè)串聯(lián)子模塊中的首端的子模塊的正極構(gòu)成了上橋臂的正極，構(gòu)成上橋臂中的η個(gè)串聯(lián)子模塊中的末端的子模塊的負(fù)極構(gòu)成了上橋臂的負(fù)極；構(gòu)成下橋臂中的η個(gè)串聯(lián)子模塊中的首端的子模塊的正極構(gòu)成了下橋臂的正極；構(gòu)成下橋臂中的η個(gè)串聯(lián)子模塊中的末端的子模塊的負(fù)極構(gòu)成了下橋臂的負(fù)極；
[0020]模塊化分壓電路由k個(gè)相同的子模塊的正負(fù)極相串聯(lián)以及和一個(gè)電抗器串聯(lián)構(gòu)成，k為正整數(shù)，構(gòu)成模塊化分壓電路中的k個(gè)串聯(lián)子模塊中的首端的子模塊的正極構(gòu)成了模塊化分壓電路的正極，構(gòu)成模塊化分壓電路中的k個(gè)串聯(lián)子模塊中的末端的子模塊的負(fù)極構(gòu)成了模塊化分壓電路的負(fù)極。
[0021]所述子模塊由兩個(gè)分別接有反并聯(lián)二極管的IGBT串聯(lián)后再與電容并聯(lián)而成，其中上IGBT的發(fā)射極與下IGBT的集電