[發明專利]交直流混聯多端口電能路由器及其控制方法

有效

• 申請號: 202111532000.2
• 申請日: 2021-12-14
• 公開（公告）號: CN114221556B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 李彬彬;廖志賢;趙曉東;韓林潔;徐殿國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02M5/293
• 分類號: H02M5/293;H02M7/219;H02M1/088;H02M1/10
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李智慧

本發明公開了一種交直流混聯多端口電能路由器及其控制方法，所述路由器包括MMC、四繞組變壓器、全橋電路、四個端口，Nsubgt;1/subgt;的同名端與MMC的上橋臂連接，Nsubgt;1/subgt;異名端與Nsubgt;2/subgt;同名端相連，Nsubgt;2/subgt;異名端與MMC的下橋臂相連；Nsubgt;1/subgt;異名端與Nsubgt;2/subgt;同名端連接點通過輸出Lsubgt;g/subgt;連接到中壓交流端口；Nsubgt;3/subgt;同名端通過Lsubgt;σ/subgt;連接到全橋電路的左半橋，Nsubgt;3/subgt;異名端與Nsubgt;4/subgt;同名端相連，Nsubgt;4/subgt;異名端通過Lsubgt;σ/subgt;連接到全橋電路的右半橋；Nsubgt;3/subgt;異名端與Nsubgt;4/subgt;同名端連接處連接到低壓交流端口；全橋電路的直流母線連接到低壓直流端口；MMC的直流母線連接到中壓直流端口。本發明結構簡單，所用的變換模塊數量少，避免使用大量的通信、采樣和線纜，減少成本，同時可靠性更高。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，涉及一種交直流混聯多端口電能路由器及其控制方法。

背景技術

電能路由器，也稱電力電子變壓器、能量路由器等，是能源互聯網的關鍵部件，隨著多種形式的新能源接入、電動汽車數量的不斷攀升、大量的數據中心負荷接入等原因，交直流電網互聯、多種電壓等級的電網互聯是未來能源互聯網的必然要求。因此，電能路由器需提供多端口、多電壓等級、交直流混聯的功能。

在此背景下，基于模塊化多電平換流器(Modular?Multilevel?Converter，MMC)的多端口電力電子拓撲及其控制方法不斷涌現。然而，面對當前電能路由器的多端口、多電壓等級、交直流混聯的功能需求，利用多電平變換器、MMC或SST進行電能路由器的開發，現有技術仍存在結構復雜、模塊數、功率轉換級數多、磁性器件體積重量大、整機成本高等諸多問題。

為此，新型的高效率、低成本的交直流混聯多端口電能路由器的研究和開發非常緊迫。

發明內容

本發明針對現有多端口電能路由器技術和產品存在的功率轉換級數多、器件數量大、功率密度低、體積和重量大、效率低以及成本高的問題，提供了一種功率轉換級集成的交直流混聯多端口電能路由器及其控制方法，在一個MMC中集成了中壓直流、中壓交流、低壓直流和低壓交流端口。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種交直流混聯多端口電能路由器，包括MMC、四繞組變壓器、全橋電路、中壓交流端口、中壓直流端口、低壓交流端口和低壓直流端口，其中：

所述MMC的橋臂子模塊數為N，子模塊可以是半橋子模塊或者全橋子模塊；

所述四繞組變壓器分別由原邊的N₁繞組和N₂繞組、副邊的N₃繞組和N₄繞組構成；

所述N₁繞組的同名端與MMC的上橋臂連接，N₁繞組的異名端與N₂繞組的同名端相連接，N₂繞組的異名端與MMC的下橋臂相連；

所述N₁繞組的異名端與N₂繞組的同名端相連接點通過輸出濾波電感L_g連接到中壓交流端口；

所述輸出濾波電感L_g集成到N₁繞組與N₂繞組的漏感中；

所述MMC的上橋臂和下橋臂的橋臂電感集成到四繞組變壓器的勵磁電感中；