魏西平 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
ZHANG, Yueping (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
张跃平 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
HU, Tao (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
胡涛 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
ZHANG, Kun (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
张坤 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
荣信电力电子股份有限公司 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
WEI, Xiping (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
魏西平 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
ZHANG, Yueping (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
张跃平 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
HU, Tao (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
胡涛 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
ZHANG, Kun (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
| 1、 一种基于 MMC的无变压器电感储能拓扑结构， 其特征在于， 该拓扑结构包 括三相，每相由多个半桥型功率模块与电感储能模块构成的子单元串联在一起， 经缓 冲电感接入电网。 2、 根据权利要求 1所述的基于 MMC的无变压器电感储能拓扑结构， 其特征在 于， 所述的半桥型功率模块由偶数 n个功率单元串联而成， 分为上下两组， 每组的功 率单元个数为 n/2个， 输出相电压电平阶梯数为 n/2+l， 线电压电平数为 n+1 ; 每相 的输出端为两组单元的中点处， 且输出端与每组单元之间以耦合或非耦合电感连接。 3、 根据权利要求 2所述的基于 MMC的无变压器电感储能拓扑结构， 其特征在 于， 所述的功率单元为半桥结构， 开关器件 IGBT1和 IGBT2相串联， 再并联直流电 容 C， 并且开关器件 IGBT1和 IGBT2分别反并联二极管 Dl、 D2; IGBT1与 IGBT2 的公共端， 电容 C与 IGBT2的公共端作为每个单元的输出端， 与其他单元相连。 4、 根据权利要求 1至 3中任一项所述的基于 MMC的无变压器电感储能拓扑结 构，其特征在于，所述的电感储能模块由超导线圈、开关器件 IGBT3、开关器件 IGBT4、 二极管 D3、 D4组成， 超导线圈与二极管 D3、 开关器件 IGBT3构成存储能量回路， 超导线圈还与二极管 D4、 开关器件 IGBT4构成存储能量回路， 该电感储能模块与电 容相并联。 |
本发明涉及一种基于 MMC (Modular Multilevel Converter)模块化多电平逆变器 的无变压器电感储能拓扑可用于高压电力系统 领域，使电网供给负载可靠， 高质量的 电压。 背景技术
目前， 电网至少存在以下九种问题： 断电、 雷击尖峰、 浪涌、 频率震荡、 电压突 变、 电压波动、 频率漂移、 电压跌落、 脉冲干扰等。 可再生能源例如光伏或风能所产 生的电能也极其的不稳定， 新能源并网应用的规模越大， 电网就越不安全， 根据国内 外风光电站并网的实践，借助储能技术可以实 现新能源发电功率的平衡输出，使大规 模风电及太阳能电力方便可靠地并入常规电网 。
目前电力储能设备都是通过变压器与电网相并 联的， 采用变压器， 使设备投资 大、 占地多， 成本高， 生产周期长。 发明内容
本发明的目的是提供一种基于 MMC的无变压器电感储能拓扑结构，该拓扑并联 在电网上， 输入端无变压器， 体积小、重量轻、成本低； 可抑制电网的那些电力污染， 可补偿光伏或风能发电的不稳定性， 给电网上的负载提供不间断、 干净、 稳定、 无频 率突变、 高质量的正弦波电压； 且转换效率高、 响应速度快。
为实现上述目的， 本发明通过以下技术方案实现：
一种基于 MMC的无变压器电感储能拓扑结构， 该拓扑结构包括三相， 每相由多 个半桥型功率模块与电感储能模块构成的子单 元串联在一起， 经缓冲电感接入电网。
所述的半桥型功率模块由偶数 n个功率单元串联而成， 分为上下两组，每组的功 率单元个数为 n/2个， 输出相电压电平阶梯数为 n/2+l， 线电压电平数为 n+1 ; 每相 的输出端为两组单元的中点处， 且输出端与每组单元之间以耦合或非耦合电感 连接。
所述的功率单元为半桥结构， 开关器件 IGBT1和 IGBT2相串联， 再并联直流电 容 C， 并且开关器件 IGBT1和 IGBT2分别反并联二极管 Dl、 D2; IGBT1与 IGBT2 的公共端， 电容 C与 IGBT2的公共端作为每个单元的输出端， 与其他单元相连。
所述的电感储能模块由超导线圈、开关器件 IGBT3、开关器件 IGBT4、与 IGBT3 和 IGBT4反并联的二极管 D5、 D6、 以及二极管 D3、 D4组成， 超导线圈与二极管 D3、开关器件 IGBT3构成存储能量回路， 超导线圈还与二极管 D4、开关器件 IGBT4 构成存储能量回路， 该电感储能模块与电容相并联。
与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 1 ) 输入端无变压器， 进而使该种电感储能拓扑装置与同电压、 功率等级下的有 变压器的相比较， 生产周期减小一半， 体积减小一半， 成本降低一半， 占地面积减小 一半， 运输方便， 结构简单；
2) 采用超导储能具有转换效率高、 响应速度快的优点；
3 ) 调制方法采用载波移相的方法， 可以产生多阶梯正弦波， 以较小的开关频率 获得很好的输出电压波形；
4) 减小或提高容量等级比较简单， 只需减少或增多串联的单元数目即可。 附图说明
图 1是基于 MMC的无变压器电感储能拓扑结构图；
图 2是基于 MMC的无变压器电感储能拓扑基本单元结构图。 具体实施方式
见图 1， 一种基于 MMC的无变压器电感储能拓扑结构， 该拓扑结构包括三相， 每相由多个半桥型功率模块与电感储能模块构 成的子单元串联在一起，经缓冲电感 L 接入电网； 电感 L还连接缓冲电阻 R， 缓冲电阻 R与开关 K2并联后， 与断路器 K1 连接。
半桥型功率模块由偶数 n个功率单元串联而成， 分为上下两组，每组的功率单元 个数为 n/2个， 输出相电压电平阶梯数为 n/2+l， 线电压电平数为 n+1 ; 每相的输出 端为两组单元的中点处， 且输出端与每组单元之间以耦合或非耦合电感 L A 、 L B 、 L c 连接。
见图 2， 功率单元为半桥结构， 开关器件 IGBT1和 IGBT2相串联， 再并联直流 电容 C，并且开关器件 IGBT1和 IGBT2分别反并联二极管 Dl、 D2; IGBT1与 IGBT2 的公共端， 电容 C与 IGBT2的公共端作为每个单元的输出端， 与其他单元相连。
电感储能模块由超导线圈 Lc、 开关器件 IGBT3、 开关器件 IGBT4、 二极管 D3、 D4、 D5、 D6组成， 见图 2， 超导线圈与二极管 D3、 开关器件 IGBT3构成存储能量 回路， 超导线圈还与二极管 D4、 开关器件 IGBT4构成存储能量回路， 该电感储能模 块与电容相并联。
见图 1， 一种基于 MMC多电平单元串联的电感储能拓扑结构， 结合一定的调制 方法， 可产生电网需要的多电平可变正弦波电压。该 电感储能拓扑结构主要由三相组 成， 每相由 n (n为偶数） 个功率单元串联而成。 串联单元个数称为单元级数， 每相 的输出端 、 B、 C端处于上、 下两组单元的中点处， 并且输出端与每组单元之间以 耦合电感或非耦合电感连接， 使输出波形更加稳定平滑。该基于 MMC的电感储能拓 扑装置直接从 A、 B、 C侧输出给电网的高质量的交流电压。
见图 2， 当电网电压产生尖峰时， 电压通过二极管 Dl、 IGBT3、 IGBT4 向直流 侧供电， 开通每个单元的 IGBT3、 IGBT4, 此时， 该基于 MMC的电感储能拓扑直流 侧电容 C和超导线圈 Lc吸收电网尖峰， 进而抑制了电网尖峰对电网上设备的影响。 当电网电压突然跌落或中断时， 通过控制每个单元的 IGBT1、 IGBT2, 关断 IGBT3、 IGBT4, 此时， 直流侧电容 C和超导线圈 Lc中的能量回馈电网， 使电网输出正常电 压。 当电网电压正常时， 关断 IGBT1、 IGBT2, 开通 IGBT3或 IGBT4, 此时， 超导 线圈中的电流通过 D3和 IGBT3形成回路，或通过 D4和 IGBT4形成回路，能量储存 在超导线圈中。
本发明基于 MMC的无变压器电感储能拓扑可为 1〜500KV的电网做储备电源， 且输入端无变压器， 电感储能采用超导储能， 相对于蓄电池储能， 飞轮储能等储能方 式而言， 超导储能具有转换效率高、 响应速度快的优点， 且既可以进行有功功率的调 节， 又可进行无功功率的调节， 还可以同时进行无功有功的独立控制， 具有很高的灵 活性。这使得超导储能装置可以起到提高电力 系统稳定性的作用。当需要提高电压等 级时， 只需要提高串联的单元数目即可。