本技术涉及一种新型模块化多电平矩阵变换器的拓扑结构、设计方法和控制策略。该拓扑结构在输入和输出端均实现了三相对称性,旨在保持传统M3C的功能性和性能,同时降低成本。
背景技术
我国幅员辽阔,海上风能资源丰富,具备较大的开发潜力。近年来,风电开发的重点已逐步出现从陆上转移到海上的态势。随着海上风电场装机容量、输电距离日益增加,如何实现海上风电经济可靠的送出成为亟待解决的关键问题。有学者研究发现,可以采用分频交流输电的方式克服传统工频交流输电与高压直流输电方式下存在的问题。
变频器作为低频交流输电技术的核心,其关键作用在于能够将风电产生的低频电转换为工频电,以便顺利并入电网,同时也能够将工频电转换为低频电,以满足特定的输电需求。随着输电线路电压等级和输送容量的不断提升,高压大容量变频器在低频输电领域的研究显得尤为重要。在众多类型的变频器中,交交型矩阵变换器凭借其独特优势备受关注。这种变换器不仅取消了中间直流环节,结构更为紧凑,而且易于实现模块化设计,使得其在高压大容量应用场景中表现出色。此外,交交型矩阵变换器还具备能量双向流动的特性,同时输出电压和输出电流的低次谐波含量较小,从而保证了电能变换的高效性和稳定性。在交交型矩阵变换器中,模块化多电平矩阵换流器凭借其模块化程度高、拓展性强等优势,在高压大容量电能变换领域有着非常大的应用前景。
随着低频交流系统的传输容量不断增大,M3C面临了高压大功率应用场合下的限制,这些限制主要源于电容容值、电容耐压值以及开关器件的耐压值等因素。为了克服这些限制,一种常见的解决方案是增加桥臂子模块的数量。通过增加子模块,可以有效地提高M3C的耐压能力和功率处理能力,从而适应更高电压和更大功率的应用场景,但随之而来的是高昂的成本。
实现思路