[发明专利]电容隔离型单相交直流电力电子变压器

说明书

一种电容隔离型单相交直流电力电子变压器，由单相级联型变流器、滤波电感Lf、无极性高压隔离电容C1、无极性高压隔离电容C2、高频电感Lh和单相AC/DC变换器组成。单相级联型变流器交流的输出电压uMN_ref由两部分组成：uMN_ref＝ucloseloop+usquare_HF。其中，ucloseloop为单相级联型变流器的双闭环控制输出电压，usquare_HF为占空比50％的方波，频率为fsquare_HF。单相级联型变流器双闭环控制方法为：外环为单相级联型变流器内所有功率模块电容电压之和的控制环，内环为流过单相高压交流端口的交流电流控制环。单相AC/DC变换器交流端电压为50％占空比的方波，且该方波电压的频率为fsquare_HF，相位与usquare_HF相同。

技术领域

本发明涉及一种电力电子变压器，特别涉及一种电容隔离型单相交直流电力电子变压器。

背景技术

电力电子变压器除去具备传统电力变压器的电气隔离和电压等级变换功能之外，还具备电能质量治理、直流设备接入、潮流灵活调节、故障隔离等多种复合功能，在智能电网、能源互联网、轨道交通机车牵引等领域具有广泛的应用前景。

现有的技术下，电力电子变压器一般通过中高频变压器实现高、低压侧电路的电气隔离。但是，这些技术方案存在高压大容量中高频变压器运行效率难以提高、电-磁-热多物理场综合优化设计困难、系统电路拓扑复杂等问题，影响了电力电子变压器效率和功率密度的提高，也导致造价高，难以规模推广应用。发明专利CN201310016540、CN201410135384、CN201510129159、CN201610274288、CN201710079402、CN201711082371、CN201811171060等均是采用中高频变压器实现电气隔离。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有电力电子变压器普遍采用中高频变压器实现电气隔离，存在电路拓扑复杂、电能变换级数多、效率低，以及半导体开关器件数量多，可靠性差等缺点，提出一种基于电容隔离的单相交直流电力电子变压器。

本发明电容隔离型单相交直流电力电子变压器，由单相级联型变流器、滤波电感L_f、无极性高压隔离电容C1、无极性高压隔离电容C2、高频电感L_h和单相AC/DC变换器组成。所述的单相级联型变流器由R个功率模块PM-1、PM-2、……、PM-R级联连接构成，R为正整数。每个功率模块均含Z1和Z2两个连接端子。所述单相级联型变流器中的第k功率模块PM-k的连接端子Z2连接到第k+1功率模块PM-(k+1)的连接端子Z11≤k≤R-1；所述单相级联型变流器中的第1功率模块PM-1连接端子Z1连接到M点；所述单相级联型变流器中的第R功率模块PM-R的连接端子Z2连接到J点。所述滤波电感L_f的一端连接到M点，所述滤波电感L_f的另外一端连接到所述单相高压交流端口连接端子T1，所述单相高压交流端口连接端子T2与J点连接在一起。所述无极性高压隔离电容C1的一端连接到M点，所述无极性高压隔离电容C1的另外一端连接到所述高频电感L_h的一端，所述高频电感L_h的另外一端连接到单相AC/DC变换器的交流连接端子a。所述无极性高压隔离电容C2的一端连接J点，所述无极性高压隔离电容C2的另外一端连接到单相AC/DC变换器的交流连接端子b。所述单相AC/DC变换器的直流侧正极连接端子P和直流侧负极连接端子N作为所述电容隔离型单相交直流电力电子变压器低压直流端口的两个连接端子。

所述的电容隔离型单相交直流电力电子变压器的高压侧和低压侧电路通过无极性高压隔离电容C1和C2实现电气隔离，所述单相AC/DC变换器的直流侧输出电压与所述单相级联型变流器中每个功率模块直流侧电容电压相等。

所述的单相级联型变流器的交流输出电压参考值u_{MN_ref}由两部分组成：