[发明专利]能量路由器主电路拓扑和供电系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变换器技术领域，具体而言，涉及一种能量路由器主电路拓扑和供电系统。

背景技术

随着越来越多的分布式能源应用到电网中，未来电网面临诸多新的挑战，为了解决未来电网所面临的诸多挑战提出了能源互联网。在能源互联网中，能量路由器作为其关键设备，应该满足电能变换、通信和分布式电网智能化等要求。电力电子变换器是实现能量自主分配和管理的基础，故电力电子变换器拓扑可以用作能量路由器主电路拓扑，其中，基于固态变压器的主电路拓扑是最有前途的能量路由器主电路拓扑。

固态变压器采用中频或者高频的变压器来取代传统的功率变压器，其体积和重量相对传统的功率变压器均有显著的减少。固态变压器是电力电子变换器装置，具有一些传统的功率变压器所不具有的潜在功能，比如功率流控制，电压跌落补偿和故障电流限制等。此外，固态变压器还提供了用于分布式能源集成的各种接口。

所有的固态变压器拓扑均提供有高压交流(High Voltage Ac Current，简称为HVAC)和低压交流(Low Voltage Ac Current，简称为LVAC)两个交流端口。有些固态变压器拓扑还为直流母线和分布式能源提供了中压直流(Middle Voltage Direct Current，简称为MVDC)或者低压直流(Low Voltage Direct Current，简称为LVDC)端口。有些固态变压器拓扑在高压端采用模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter，简称为MMC)结构，由此获得一个高压直流(High Voltage Direct Current，简称为HVDC)端口，因此，与原有的固态变压器拓扑相比具有四个端口，即高压直流HVDC端口，高压交流HVAC端口，低压直流LVDC端口以及低压交流LVAC端口。

现有技术中的能量路由器主电路拓扑(比如固态变压器拓扑)中高压端的模块化多电平变换器MMC通常是基于两电平子模块的结构，该结构将会增加能量路由器主电路拓扑中总的子模块数和与子模块相关的其它元器件数，导致能量路由器主电路拓扑结构复杂，增加成本。

针对现有技术中的能量路由器主电路拓扑结构复杂的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能量路由器主电路拓扑和供电系统，以解决现有技术中的能量路由器主电路拓扑结构复杂的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种能量路由器主电路拓扑。

该能量路由器主电路拓扑包括：高压直流端口和高压交流端口，位于能量路由器主电路拓扑的高压端，其中，高压端采用基于三电平子模块的模块化多电平变换器结构，模块化多电平变换器由三电平子模块级联构成。

进一步地，三电平子模块的个数由高压端的电压以及能量路由器主电路拓扑中的开关器件的耐压等级确定。

进一步地，能量路由器主电路拓扑还包括：低压直流端口和低压交流端口，位于能量路由器主电路拓扑的低压端。

进一步地，低压端采用三相两电平结构。

进一步地，能量路由器主电路拓扑还包括：隔离单元，其中，隔离单元位于高压端和低压端之间，用于实现高压端与低压端的电气隔离。

进一步地，隔离单元包括：至少一个隔离子模块，其中，隔离子模块的个数与三电平子模块的个数相同。

进一步地，隔离子模块包括：DC/AC转换器；变压器；以及AC/DC转换器。

进一步地，DC/AC转换器采用主动中点箝位三电平结构。

进一步地，AC/DC转换器采用两电平H桥结构。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种供电系统，该供电系统包括本发明提供的任意一种能量路由器主电路拓扑。

通过本发明，能量路由器主电路拓扑高压端包括高压直流HVDC端口、高压交流HVAC端口，且高压端采用基于三电平子模块的模块化多电平变换器结构，其中，模块化多电平变换器结构由三电平子模块级联而成，在实现能量路由器主电路拓扑具有多个端口的基础上，即高压直流HVDC端口、高压交流HVAC端口、低压直流LVDC端口以及低压交流LVAC端口，减少了能量路由器主电路拓扑中总的子模块数和与子模块相关的元器件数。通过本发明，解决了现有技术中的能量路由器主电路拓扑结构复杂的问题，进而达到了简化结构，降低成本的效果。

附图说明