[實用新型]一種多端口電力電子變壓器

有效

• 申請號: 201520382653.0
• 申請日: 2015-06-04
• 公開（公告）號: CN204835971U
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發明（設計）人: 周柯;涂春鳴;蒙恩;孟陽;鄭意;肖凡;劉鵬;孫志媛;楚紅波;劉默斯;王曉明;劉光時;郭敏
• 申請（專利權）人: 廣西電網有限責任公司電力科學研究院;湖南大學
• 主分類號: H02M7/23
• 分類號: H02M7/23;H02M1/10;H02J3/38
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 陳科恒

技術領域

本實用新型涉及電力設備技術領域，尤其涉及電力電子變壓器。

背景技術

近年來，隨著大功率電力電子器件技術與現代控制理論的發展，一種通過電力電子技術實現電能變換的設備——電力電子變壓器(PowerElectronicTransformer，PET)正越來越受到國內外學者的重視。目前已有用于配電網的電力電子變壓器設備投入運行。PET由于其高可控性、高供電質量以及諧波少的優良特性有著廣闊的應用前景。但現有結構的電力電子變壓器也存在一些缺點，特別是多電源場合下的應用。

傳統的多電平拓撲結構，隨著電平數和直流端口的增加，所需的電力電子器件以及拓撲的復雜程度都將大大增加。而本實用新型中，設計了基于混合級聯結構的多端口電力電子變壓器，級聯H橋與多個直流輸出子模塊連接，特別適合于高電壓變換到較低直流電壓或直流側電流數需求較多的應用場合，如分布式儲能系統、電動汽車充電等。前級整流器橋臂電壓變化率(dv/dt)和電流變化率(di/dt)都較低，開關器件承受的電壓應力小，且直流側電容的耐壓值、容量和體積大大減小。交流側電平數比傳統電力電子變壓器多，各次諧波含有率和總諧波畸變率也大大降低，從而可以減小甚至省去大容量的交流濾波器。全模塊化的結構也使得容量拓展和冗余設計更為容易。

現有的技術方案一：包括模塊化多電平整流器、隔離級和逆變器，模塊化多電平整流器包括多個子模塊，逆變器包括多個相互并聯連接的功率變換模塊。現有技術一的缺點：(1)高壓側電平數少，諧波含量較高。(2)逆變器電路包括多個功率變換模塊，器件冗余，成本高。

現有的技術方案一：包括模塊化多電平整流器、隔離級和逆變器，模塊化多電平整流器包括多個子模塊，逆變器包括多個相互并聯連接的功率變換模塊。現有技術一的缺點：(1)高壓側電平數少，諧波含量較高。(2)逆變器電路包括多個功率變換模塊，器件冗余，成本高。

實用新型內容

為了解決以上技術問題，本實用新型提供一種基于混合級聯結構的多端口電力電子變壓器及其控制方法。

本實用新型的技術方案如下：

一種多端口電力電子變壓器，其特征在于：所述電力電子變壓器拓撲結構包括整流級和中間隔離級，整流級包括M個混合級聯模塊，所述混合級聯模塊包括一個H橋整流模塊和與之連接的n個子模塊串聯而成的模塊，中間隔離級包括M*n個隔離模塊；H橋整流模塊的輸入端作為混合級聯模塊的輸入端，所述H橋整流模塊的輸入端通過級聯后接入電網，所述H橋整流模塊的輸出端與所述n個子模塊串聯而成的模塊的兩個輸入端連接，每個子模塊的輸出端作為混合級聯模塊的輸出端，每個子模塊具有兩個輸出端，M*n個整流子模塊的輸出端分別和與之相應的隔離模塊的輸入端連接；所述M*n個隔離模塊的輸出端均作為電力電子變壓器的直流輸出端，直流輸出端根據所需電壓等級和輸出容量串并聯；

所述子模塊包括半橋電路和電容，所述半橋電路與所述電容并聯。

所述的一種多端口電力電子變壓器，其特征在于：還包括DC-AC逆變器，所述的直流輸出端并聯形成直流母線，所述直流母線接入所述DC-AC逆變器直流側，所述的DC-AC逆變器交流側連接低壓交流電網。

所述的一種多端口電力電子變壓器，其特征在于：所述的DC-AC逆變器包括全橋逆變電路和LC濾波電路，所述的逆變電路由儲能電容和六個帶反并聯二極管的IGBT構成，所述的儲能電容包括上級電容和下級電容，上級電容和下級電容為串聯關系。

所述的隔離模塊包括由逆變電路、中頻變壓器、整流電路，所述的逆變電路輸入端分別與所述的整流級的子模塊輸出端連接；所述的中頻變壓器高壓側與逆變電路輸出端連接；所述的整流電路與中頻變壓器低壓側連接。

所述的逆變電路為單相全橋逆變電路，所述的逆變電路由四個帶反并聯二極管的IGBT構成；所述的整流電路為全橋整流電路，所述的整流電路由四個帶反并聯二極管的IGBT構成。

所述的一種多端口電力電子變壓器，其特征在于：其控制電路包括：

整流級第一控制電路，用于控制H橋整流模塊；

整流級第二控制電路，用于控制整流級子模塊；

中間隔離級第一功率計算電路，用于計算中間隔離級模塊功率。

所述整流級第一控制電路包括：

總電壓合成電路，計算整流級直流側總電壓并將輸出給電壓外環PI控制器和所述的整流級第二控制電路；

參考電壓放大電路，將各模塊直流側電壓參考值U_ref放大n倍，并發送給電壓外環PI控制器；

PLL鎖相環電路，用于獲取瞬時電壓Us的相位；