[發明專利]基于PWM/二極管混合整流結構的直流配電網能量路由器及其控制方法

有效

• 申請號: 201810084539.8
• 申請日: 2018-01-29
• 公開（公告）號: CN108270356B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 李武華;楊賀雅;董玉斐;劉永霞;唐俊松;何湘寧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28;H02J1/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種基于PWM/二極管混合整流結構的直流配電網能量路由器及其控制方法，包括高壓側功率變換單元、低壓側PWM/二極管混合整流單元和中高頻三相交流變壓器，用于實現直流配電網中不同電壓等級直流母線的互聯；低壓側PWM/二極管混合整流單元包括一個低壓側PWM整流單元和若干低壓側二極管整流單元，低壓側PWM整流單元采用基于全控器件的交直流變換拓撲，低壓側二極管整流單元采用基于二極管不控器件的三相不控整流拓撲；中高頻三相交流變壓器采取一入多出的耦合方式。本發明能量路由器可實現電能雙向傳輸，控制簡單可靠，通流能力強，所用器件少，成本大為降低。當負載功率波動時，可自適應調整功率輸出。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種基于PWM/二極管混合整流結構的直流配電網能量路由器及其控制方法。

背景技術

直流輸配電技術具有傳輸導線少、電能損耗小、供電可靠性高、新能源發電系統易于接入等優點，逐漸成為輸配電領域的研究熱點。與交流系統類似，直流輸配電系統中，通常需要連接不同電壓等級的直流電網，而直流電網中難以直接通過交流變壓器實現電壓變換，因此如何實現直流電網不同電壓等級母線的互聯，成為直流輸配電領域的研究熱點。

基于電力電子變換拓撲的能量路由器不僅能對直流電壓進行變換，而且可以實現潮流控制、短路電流限制等附加功能，是實現直流電壓變換的優選方案。由于低壓小容量領域的電力電子拓撲已經較為成熟，因此該領域下能量路由器的拓撲方案選擇較多。而高壓大容量領域的電力電子拓撲通常需通過串并聯實現電壓和功率擴展，如何設計和選擇功率變換拓撲是能量路由器在高壓大容量領域面臨的重要挑戰之一。一般而言，器件直接并聯、變流器并聯和變流器多相設計均可有效增強變流器的電流輸出能力；開關器件直接串聯、多電平技術和變流器串聯均可有效提升變流器耐壓。然而隨著直流電網電壓等級的提高和功率等級的增大，上述拓撲復雜度將極大提高，所需功率器件數量迅速增大，拓撲靈活性差，成本高，極大限制了其工程應用。

發明內容

鑒于上述，本發明提供了一種基于PWM/二極管混合整流結構的直流配電網能量路由器及其控制方法，具有控制簡單靈活、工程實現簡單、成本較低、運行效率高的優點。

一種基于PWM/二極管混合整流結構的直流配電網能量路由器，包括高壓側功率變換單元、低壓側PWM/二極管混合整流單元和中高頻三相交流變壓器；其中，高壓側功率變換單元的直流端口與高壓直流電網連接，高壓側功率變換單元的交流端口與中高頻三相交流變壓器的高壓側繞組連接，低壓側PWM/二極管混合整流單元的交流端口與中高頻三相交流變壓器的低壓側繞組連接，低壓側PWM/二極管混合整流單元的直流端口與低壓直流電網連接；

所述高壓側功率變換單元用于將直流電轉換成交流電，其內部采用全控型功率器件(如IGBT、IGCT或IEGT等)；所述低壓側PWM/二極管混合整流單元包含一個低壓側PWM整流單元和m個低壓側二極管整流單元，所述低壓側PWM整流單元和低壓側二極管整流單元均用于將交流電轉換成直流電，其中低壓側PWM整流單元內部采用全控型功率器件，低壓側二極管整流單元內部采用不控型功率器件(如整流二極管等)，m為大于0的自然數；

所述中高頻三相交流變壓器采用一入多出的耦合方式，其低壓側繞組包含m+1個獨立繞組，m+1個獨立繞組分別與低壓側PWM整流單元以及低壓側二極管整流單元的交流端口一一對應連接，低壓側PWM整流單元與低壓側二極管整流單元的直流端口并聯后接入低壓直流電網。

進一步地，所述高壓側功率變換單元采用模塊化多電平換流拓撲及其變形拓撲結構等，所述低壓側PWM整流單元采用模塊化多電平換流拓撲及其變形拓撲結構、三相橋式整流拓撲結構、飛跨電容型多電平整流拓撲結構或二級管箝位多電平拓撲結構等，所述低壓側二極管整流單元采用不控整流器件的交直流變換拓撲結構(如三相不控整流拓撲及其串并聯拓撲結構等)。