【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于配电网装备，具体涉及柔性合环装置功率模块拓扑结构。
技术介绍
1、随着多元化源荷的大规模接入配电系统，配电网线网功率承载不均、电压问题凸显、故障影响严重。其中，光伏等新能源大规模接入，在不同馈线间存在源荷时空特性差异，配电网网架线路以辐射状为主，馈线分段少，配网负荷分割不合理。日益频发的各种自然灾害和人为袭击正威胁着电力系统的安全可靠运行，因此提高恢复能力已经成为电力系统发展的必然要求。恢复力是电力系统应对各种灾害和破坏的能力，即系统在遭受各种冲击事件时，在事前可以预防，事中能及时抵御，事后能够迅速恢复。具有恢复力的电网被称为弹性电网，其面对极端事件时，能够预测、抵御、适应、响应极端事件，并从极端事件中快速恢复，能够有效地减少系统的失负荷。传统配电网通过联络开关等实现网架调整与区域划分，受限于传统联络开关的状态单一的特点，其难以应对分布式电源和波动负荷的快速不确定性引起的功率配送制约问题，并且传统联络开关的通断需要接受上级调度指令导致其缺乏精确的故障检测能力，在面对供电中断故障时，会影响局部区域的供电品质，同时合环冲击等问题也难以避免。基于配电网柔性互联设备，全电力电子的主动重构设备可安装于配电网关键节点代替传统联络开关，可实现不同馈线电源的柔性互联以及在此基础上的系统重构与调控。通过电力电子柔性合环装置进行互联和状态切换可以方便地实现配电网主动重构，便于实现面向故障的抵御、隔离和快速恢复。柔性合环装置目前主流的实现方式基于模块化级联技术，通过功率模块在两端的高压侧串联，中间使用隔离变压器进行隔离，实现互联两端之间
2、中国专利技术专利（申请号cn201710012054.3）提出了两级式的功率模块拓扑结构，通过全桥电路实现高压交流电网的接入，在全桥电路的后级，利用dcdc实现两个交流端口之间的隔离，在第三级再通过全桥电路实现高压交流电网的接入。该拓扑结构由两级组成，但是该拓扑整体变换基于两电平技术，为满足高压10kv接入的需求，需要大量的功率模块，进而影响着整机设备的成本、体积、重量等指标。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供柔性合环装置功率模块拓扑结构，通过在单个功率模块两端高压端口接入以及隔离dcdc的两级式拓扑结构，有效提升柔性合环装置功率模块的电压等级，减少功率模块数量。
2、本专利技术所采用的技术方案是，柔性合环装置功率模块拓扑结构，包括依次连接的原边高压接口电路、隔离dcdc电路与副边高压接口电路；原边高压接口电路与副边高压接口电路均采用基于有源中性钳位拓扑的三电平拓扑，隔离dcdc电路采用基于载波移相的拓扑结构；隔离dcdc电路包括依次相连的原边侧桥臂、高频回路以及副边侧桥臂；
3、原边侧桥臂采用串联半桥的拓扑形式，包含原边侧上半桥臂和原边侧下半桥臂，高频回路包含隔直电容c3与c4、高频变压器tr2以及谐振电感l1与l2，谐振电感l1一端连接上半桥臂，谐振电感l1另一端连接高频变压器tr2，高频变压器tr2另一端连接隔直电容c3，隔直电容c3另一端连接下半桥臂；
4、副边侧桥臂采用串联半桥的拓扑形式，包含副边侧上半桥臂和副边侧下半桥臂，谐振电感l2一端连接副边侧上半桥臂，谐振电感l2另一端连接高频变压器tr2，高频变压器tr2另一端连接隔直电容c4，隔直电容c4另一端连接副边侧下半桥臂。
5、本专利技术的特点还在于，
6、原边侧上半桥臂包含电容c1以及s13与s14两个串联全控器件，谐振电感l1连接s13与s14两个串联全控器件的连接点，原边侧下半桥臂包含电容c2以及s15与s16两个串联全控器件，隔直电容c3另一端连接s15与s16两个串联全控器件的连接点，原边侧上半桥臂和原边侧下半桥臂串联连接，在直流母线侧电容c1与电容c2串联形成直流母线，原边侧上半桥臂的输出和原边侧下半桥臂的输出构成高压侧桥臂的整体输出。
7、原边高压接口电路包括s1-s4、s5-s8、s9-s10与s11-s12十二个全控半导体器件，s1-s4与s5-s8八个全控半导体器件串联连接直流母线， s9与s10两个全控半导体器件串联且分别连接s1和s2两个全控半导体的连接点以及s3和s4两个全控半导体的连接点，s11与s12全控半导体器件串联且分别连接s5和s6全控半导体的连接点以及s7和s8全控半导体的连接点，s9与s10全控半导体器件以及s11与s12全控半导体器件的连接点连接至直流母线电容c1与c2的中点。
8、副边侧桥臂采用串联半桥的拓扑形式，包含副边侧上半桥臂和副边侧下半桥臂，副边侧上半桥臂包含电容c5以及s17与s118两个串联全控器件，谐振电感l2一端连接s17与s18两个串联全控器件的连接点，副边侧下半桥臂包含电容c6以及s19与s20两个串联全控器件，隔直电容c4另一端连接s19与s20两个串联全控器件的连接点，副边侧上半桥臂和副边侧下半桥臂串联连接，在直流母线侧电容c5与c6串联形成直流母线，副边侧上半桥臂的输出和副边侧下半桥臂的输出构成高压侧桥臂的整体输出。
9、副边高压接口电路包括s21-s24、s25-s28、s29-s30与s31-s32十二个全控半导体器件，s21-s24与s25-s28八个全控半导体器件串联连接直流母线，s29与s30两个全控半导体器件串联且分别连接s21和s22两个全控半导体的连接点以及s23和s24两个全控半导体的连接点，s31与s32全控半导体器件串联且分别连接s25和s26全控半导体的连接点以及s27和s28全控半导体的连接点，s29与s30全控半导体器件以及s31与s32全控半导体器件的连接点连接至直流母线电容c5与c6的中点。
10、隔直电容采用薄膜电容或陶瓷电容。
11、本专利技术的有益效果是：
12、（1）本专利技术的柔性合环装置功率模块拓扑结构，单个模块两端高压端口接入以及隔离dcdc的两级式拓扑结构，高压端口接入采用anpc的拓扑结构，进而采用较低耐压的功率器件实现高母线电压的接入，隔离dcdc电路采用基于载波移向的拓扑结构，在高压侧通过anpc三电平拓扑级联的形式实现高电压的接入。能够有效支撑能量的双向流动。可有效提升柔性合环装置功率模块的电压等级，减少功率模块数量，支撑柔性合环装置潮流双向流动，同时可支撑装备低成本、高频化以及轻量化，进而推动柔性合环装置在配电网系统中更为广泛的应用。
13、（2）本专利技术的柔性合环装置功率模块拓扑结构，在现有商用化功率器件的基础上，实现了模块内部电压等级的提升，进而降低了功率模块数量；方案能够有效促进隔离dcdc的高频化，对于装备的成本降低、重量降低提供了有力支撑；同时方案兼容柔性合环装置潮流双向运行，对于不同场景下的应用提供了广阔的前景。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.柔性合环装置功率模块拓扑结构，其特征在于，包括依次连接的原边高压接口电路、隔离DCDC电路与副边高压接口电路；所述原边高压接口电路与副边高压接口电路均采用基于有源中性钳位拓扑的三电平拓扑，所述隔离DCDC电路采用基于载波移相的拓扑结构；所述隔离DCDC电路包括依次相连的原边侧桥臂、高频回路以及副边侧桥臂；
2.根据权利要求1所述的柔性合环装置功率模块拓扑结构，其特征在于，所述原边侧上半桥臂包含电容C1以及S13与S14两个串联全控器件，所述谐振电感L1连接S13与S14两个串联全控器件的连接点，所述原边侧下半桥臂包含电容C2以及S15与S16两个串联全控器件，所述隔直电容C3另一端连接S15与S16两个串联全控器件的连接点，所述原边侧上半桥臂和原边侧下半桥臂串联连接，在直流母线侧电容C1与电容C2串联形成直流母线，所述原边侧上半桥臂的输出和原边侧下半桥臂的输出构成高压侧桥臂的整体输出。
3.根据权利要求2所述的柔性合环装置功率模块拓扑结构，其特征在于，所述原边高压接口电路包括S1-S4、S5-S8、S9-S10与S11-S12十二个全控半导体器件，所述
4.根据权利要求1所述的柔性合环装置功率模块拓扑结构，其特征在于，所述副边侧桥臂采用串联半桥的拓扑形式，包含副边侧上半桥臂和副边侧下半桥臂，所述副边侧上半桥臂包含电容C5以及S17与S118两个串联全控器件，所述谐振电感L2一端连接S17与S18两个串联全控器件的连接点，所述副边侧下半桥臂包含电容C6以及S19与S20两个串联全控器件，所述隔直电容C4另一端连接S19与S20两个串联全控器件的连接点，所述副边侧上半桥臂和副边侧下半桥臂串联连接，在直流母线侧电容C5与C6串联形成直流母线，所述副边侧上半桥臂的输出和副边侧下半桥臂的输出构成高压侧桥臂的整体输出。
5.根据权利要求4所述的柔性合环装置功率模块拓扑结构，其特征在于，所述副边高压接口电路包括S21-S24、S25-S28、S29-S30与S31-S32十二个全控半导体器件，所述S21-S24与S25-S28八个全控半导体器件串联连接直流母线，所述S29与S30两个全控半导体器件串联且分别连接S21和S22两个全控半导体的连接点以及S23和S24两个全控半导体的连接点，所述S31与S32全控半导体器件串联且分别连接S25和S26全控半导体的连接点以及S27和S28全控半导体的连接点，所述S29与S30全控半导体器件以及S31与S32全控半导体器件的连接点连接至直流母线电容C5与C6的中点。
6.根据权利要求1所述的柔性合环装置功率模块拓扑结构，其特征在于，所述隔直电容采用薄膜电容或陶瓷电容。
...【技术特征摘要】
1.柔性合环装置功率模块拓扑结构，其特征在于，包括依次连接的原边高压接口电路、隔离dcdc电路与副边高压接口电路；所述原边高压接口电路与副边高压接口电路均采用基于有源中性钳位拓扑的三电平拓扑，所述隔离dcdc电路采用基于载波移相的拓扑结构；所述隔离dcdc电路包括依次相连的原边侧桥臂、高频回路以及副边侧桥臂；
2.根据权利要求1所述的柔性合环装置功率模块拓扑结构，其特征在于，所述原边侧上半桥臂包含电容c1以及s13与s14两个串联全控器件，所述谐振电感l1连接s13与s14两个串联全控器件的连接点，所述原边侧下半桥臂包含电容c2以及s15与s16两个串联全控器件，所述隔直电容c3另一端连接s15与s16两个串联全控器件的连接点，所述原边侧上半桥臂和原边侧下半桥臂串联连接，在直流母线侧电容c1与电容c2串联形成直流母线，所述原边侧上半桥臂的输出和原边侧下半桥臂的输出构成高压侧桥臂的整体输出。
3.根据权利要求2所述的柔性合环装置功率模块拓扑结构，其特征在于，所述原边高压接口电路包括s1-s4、s5-s8、s9-s10与s11-s12十二个全控半导体器件，所述s1-s4与s5-s8八个全控半导体器件串联连接直流母线， 所述s9与s10两个全控半导体器件串联且分别连接s1和s2两个全控半导体的连接点以及s3和s4两个全控半导体的连接点，所述s11与s12全控半导体器件串联且分别连接s5和s6全控半导体的连接点以及s7和s8全控半导体的连接点，所述s9与s10全控半导体器件以及s11与s12全控半导体器件的连...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹家振，刘韬，黄浪，杨馥萁，程晓茹，
申请(专利权)人：西安为光能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。