[发明专利]一种电容隔离型三相电力电子变压器

说明书

一种电容隔离型三相电力电子变压器，由三相滤波电感L、三相级联型变流器、三相无极性高隔离电容器C、无极性高隔离电容器C_n、三相高频电感L_r和一个三相四线制变流器构成。正常运行过程中，所述的三相级联型变流器输出电压由两部分组成：u_{CHB_j}＝u_{fun_j}+u_{HFS_j}，j＝A，B或C，表示三相相序。其中，u_{fun_j}为三相级联型变流器双闭环控制输出电压，三相u_{fun_j}相位互差120°，u_{HFS_j}为占空比为50％的方波电压，三相u_{HFS_j}频率与相位均相同。所述的三相四线制变流器的交流端口也输出占空比为50％的方波电压，该方波电压频率与相位均与u_{HFS_j}相同。本发明采用高频电容器实现电力电子变压器高、低压侧隔离，电能变换级数少。

技术领域

本发明涉及一种适用于交直流混合配电网的电容隔离型三相电力电子变压器。

背景技术

随着化石能源紧缺和环境污染问题日益突出，分布式新能源发电系统与储能装置所占比例正在呈现逐年上升趋势，未来配电网也向着“源-网-荷-储”一体化和协调化方向发展。特别是能源互联网概念的提出和智能电网相关技术推广应用，电网需要具备高度可控性和稳定性，同时向用户提供优质的电能。传统交流配电网存在的可控性差、调节精度低等缺点难以满足配电网智能化的需求。另一方面，风能、光伏等可再生能源发电系统以及储能设备均以直流作为电能变换的中间环节，接入现有交流电网需要在前端设置逆变器，电能变换级数多，系统效率低。所以，未来配电网需要同时提供交、直流连接端口，以满足不同设备的接入需求，优化现有配电网结构。因此，交、直流混合配电网是未来智能电网发展的趋势之一。

为了满足可再生能源发电系统和储能装置的直流接入需求，同时提高配电网的可控性和稳定性，电力电子变压器应运而生。电力电子变压器一般是指采用电力电子变换装置和高频变压器实现的具备交直流电压变换以及故障隔离的新型电力电子设备，是未来智能配电网的核心设备之一。因此，能够减少半导体开关器件、储能元件数量以及电能变换级数的电力电子变压器拓扑，在降低其成本的基础上提高运行效率，是电力电子变压器未来的发展方向。

为解决以上问题，相关文献与专利分别提出了不同的解决方案。在《IEEE Journalof Emerging and Selected Topics in Power Electronics》2013年第1卷第3期186-198页刊登的《Review of solid-state transformer technologies and their applicationin power distribution systems》总结了现有电力电子变压器的拓扑形式，无论是基于矩阵变换器、级联H桥还是模块化多电平变流器的电力电子变压器，现有电力电子变压器均采用高频变压器隔离，存在半导体开关器件、储能元件以及高频变压器数量多、体积大以及电能变换级数多等缺点。中国专利CN201310016540、CN201711082371、CN201710079402和CN201811171060均提出了不同类型的电力电子变压器拓扑，但这些拓扑均采用高频变压器实现电力电子变压器高、低压侧隔离，而且存在高频变压器和储能元件数量多，导致现有的电力电子变压器体积庞大，功率密度低的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺点，提出一种电容隔离型三相电力电子变压器。本发明不仅能够解决现有电力电子变压器普遍采用的高频变压器隔离方案高频变压器数量多、体积大的问题，还能够克服现有电力电子变压器拓扑结构复杂、电能变换级数多及半导体开关器件和储能元件数量多等缺点。