[發明專利]兩級變換型交流-直流電力電子變壓器

有效

• 申請號: 201710480255.6
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107171578B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 李子欣;王平;李耀華;高范強;徐飛;馬遜
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種兩級變換型交流?直流電力電子變壓器，包含三臺濾波電感L_ga、L_gb和L_gc，三臺級聯型變流器CC_A、和CC_B和CC_C，三個低頻阻隔電容器C_LFB1、C_LFB2和C_LFB3，三臺高頻隔離變壓器T_HF1、T_HF2和T_HF3，以及三臺高頻整流器REC₁、REC₂和REC₃。所述的兩級變換型交流?直流電力電子變壓器包括低頻交流到高頻交流的直接AC/AC變換器和高頻交流到直流的AC/DC變換器兩級變換。級聯型變流器CC_A、和CC_B和CC_C的實現電能由低頻交流到高頻交流的直接AC/AC變換，高頻整流器REC₁、REC₂和REC₃實現電能的高頻AC/DC變換。相比電力電子變壓器的已有拓撲，本發明的電能轉換級數少，開關器件數量少，運行效率高。

技術領域

本發明涉及一種電力電子變壓器，特別涉及一種兩級型高壓交流輸入-直流輸出的電力電子變壓器。

背景技術

電力電子變壓器作為現代智能電網中的新型電氣設備，一般通過電力電子變流器+高頻隔離變壓器的方式實現電氣隔離、電壓變換、功率傳輸等多種功能。由于采用數百Hz到數十kHz高頻變壓器實現電氣隔離，因此電力電子變壓器比傳統的工頻變壓器所需的鐵芯材料更少。另外，由于電力電子變壓器和可以提供直流接口，具備光伏等可再生能源直接接入能力，同時可以補償交流電網無功和諧波，隔離原副邊故障等多種功能，在智能電網、能源互聯網、軌道交通機車牽引等領域具有廣泛的應用前景。

但是，對于10kV或更高電壓等級的應用而言，目前的技術方案下，電力電子變壓器從輸入到輸出通常需要多級電力電子變換器對電能進行AC/DC、DC/AC或者AC/AC的變換。多級電能變換器的存在嚴重影響了電力電子變壓器系統效率的提高，也使得系統結構復雜，電力電子器件數量眾多，造價高且可靠性差。例如，對于連接高壓交流電網、低壓直流輸出的電力電子變壓器來說，現有的電路拓撲通常要經過多級的電力電子變換器：發明專利CN02139030、CN200910025824、CN200910238441、CN201310016540、CN201410135384等均是經過了AC(工頻)/DC、DC/AC(高頻)和AC(高頻)/DC三級電能變換器，并采用高頻變壓器實現不同端口之間的電氣隔離；另外，發明專利CN201510078708中電力電子變壓器采用的工頻變壓器，且兩個交流端口之間通過VSC存在電氣連接，不能實現交流端口之間的電氣隔離。

發明內容

本發明的目的旨在克服現有電力電子變壓器電路拓撲從輸入到輸出經過的電能變換級數多、效率低，以及半導體開關器件數量多，可靠性差等缺點，提出一種兩級變換型交流-直流電力電子變壓器及其控制方法。本發明只用兩級電力電子變換器級便可實現交流-直流變換，且可高頻隔離。

本發明兩級變換型交流-直流電力電子變壓器包含三臺濾波電感L_ga、L_gb和L_gc，三臺級聯型變流器CC_A、CC_B和CC_C，三個低頻阻隔電容器C_LFB1、C_LFB2和C_LFB3，三臺高頻隔離變壓器T_HF1、T_HF2和T_HF3，以及三臺高頻整流器REC₁、REC₂和REC₃。所述的兩級變換型交流-直流電力電子變壓器的交流端口包括A、B、C三個連接端子，直流端口包括P和N兩個連接端子，功率可以在交流端口A、B、C與直流端口P、N之間雙向流動。