[發明專利]一種模塊化的電能路由器組合電路

在審

• 申請號: 201710261487.2
• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN107134926A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 翁幸;袁立強;李婧;孫建寧;趙爭鳴
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M7/217;H02M7/219;H02M7/5387
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于電力電子變換器技術領域，具體涉及一種模塊化的電能路由器組合電路。

背景技術

隨著能源危機和環境問題日益凸顯，越來越多的可再生能源接入電網，這對傳統的電網提出了諸多挑戰，能源互聯網在此應用背景下應運而生。與此同時，隨著電力電子技術、信息技術、控制科學的發展，電能路由器作為能源互聯網中的關鍵設備，起著電能變換、能源互聯、電能路由與自主管理的重要作用。其中，基于電力電子變壓器的主電路拓撲是當前最廣泛應用的電能路由器拓撲，而由于受當前器件耐壓等級的限制，電能路由器多采用多電平結構。

在各類多電平電能路由器拓撲結構中，模塊化拓撲設計思想因其結構清晰、控制簡單、利于工業化生產、易于進行系列化設計，模塊化的電能路由器逐漸成為目前電能路由器的主流發展趨勢?，F有技術中的模塊化電能路由器多采用級聯H橋結構或模塊化多電平變換器結構，其中級聯H橋結構無法提供高壓直流端口，而模塊化多電平變換器的隔離級與整流級相互分離，僅依靠高壓直流母線連接，總體模塊化程度不高。此外，由于現有技術水平對電能路由器容量的限制，同時現有器件規格等級有限，電能路由器勢必面臨高壓側電流過小、高壓側開關器件通流能力浪費的問題。現有的技術方案中，模塊化程度較高的拓撲設計方案是級聯H橋結構，其子模塊中整流級和隔離級大多均采用兩電平結構，由于整流級與隔離級前級直流電壓等級相同、整流級器件最大電流值約為隔離級前級器件最大電流值的2倍，容易造成隔離級前級器件容量浪費的問題，增加成本。

發明內容

本發明的目的是提出一種模塊化的電能路由器組合電路，以解決現有技術中的電能路由器組合匹配程度不高、部分器件電流容量利用率低的問題。

為了解決上述問題，本發明提出一種模塊化的電能路由器組合電路，所述電能路由器具有高壓三相交流端口、高壓直流端口、低壓直流端口和低壓三相交流端口，內部具有高壓直流母線和低壓直流母線；所述模塊化的電能路由器組合電路包括電能路由器主電路拓撲，所述電能路由器主電路拓撲包括模塊化的整流隔離級變換器和逆變級變換器，所述整流隔離級變換器與逆變級變換器通過低壓直流母線相連。

進一步，整流隔離級變換器包括三相，每一相包括上橋臂n個變換器子模塊、下橋臂n個變換器子模塊、兩個橋臂電感L_arm和一個網側濾波電感L_g；每一相上橋臂n個變換器子模塊的交流端口、兩個橋臂電感L_arm和下橋臂n個變換器子模塊的交流端口相互串聯；每一相兩個橋臂電感L_arm之間為每相的橋臂中性點，通過濾波電感L_g連接至電能路由器高壓三相交流端口的對應相；每一相上橋臂第1個變換器子模塊的交流端口上端點與下橋臂第n個變換器子模塊的交流端口下端點構成高壓直流母線，整流隔離級變換器的三相之間通過高壓直流母線相互并聯，高壓直流母線連接至電能路由器高壓直流端口；三相所有變換器子模塊的直流端口相互并聯，構成低壓直流母線，低壓直流母線連接至電能路由器低壓直流端口。

進一步，逆變級變換器為三相四橋臂變換器；所述三相四橋臂變換器的交流側連接至電能路由器低壓三相交流端口。

進一步，所述整流隔離級變換器子模塊包括AC/DC變換器、高頻DC/AC變換器、高頻隔離變壓器和高頻AC/DC變換器；所述AC/DC變換器采用H橋和三電平諧振式高頻雙有源橋隔離變換器的結構；所述高頻DC/AC變換器、高頻隔離變壓器和高頻AC/DC變換器組成一個高頻DC/DC隔離變換器，該隔離變換器采用諧振式結構；所述高頻DC/AC變換器采用二極管中點鉗位三電平結構；所述高頻AC/DC變換器采用兩電平H橋結構。

本發明提出的一種模塊化的電能路由器組合電路，其特點和優點為：

1、本發明提出的一種模塊化的電能路由器組合電路采用多端口設計，具有高壓三相交流端口、高壓直流端口、低壓直流端口和低壓三相交流端口，可以使得該電能路由器與中壓交流配電網、高壓直流電網、低壓直流配電網、低壓交流配電網等多種形式的電網相連接，同時也提供了光伏、電動汽車、蓄電池等多種新能源與儲能設備的接入端口。

2、本發明提出的一種模塊化的電能路由器組合電路中，整流隔離級變換器采用模塊化設計，相較于傳統的具有高壓直流端口的電能路由器，基于該設計的電能路由器模塊化程度更高，便于進行系列化設計和工業化生產。