[发明专利]基于三端口高频变压器的电力电子变压器及其控制方法

权利要求书

1.一种基于三端口高频变压器的电力电子变压器，其特征在于，包括依次连接的输入级、隔离级和输出级；

输入级为三相串联H桥，每相包括N个串联的第一单相H桥变换器，N为正整数；

隔离级包括三相三有源全桥变换器，每相包括N个三有源全桥变换器，所述三有源全桥变换器包括三端口高频变压器，所述三端口高频变压器的高压线圈与第二单相H桥变换器的交流端口连接，所述三端口高频变压器的第一低压线圈和第三单相H桥变换器的交流端口连接，所述三端口高频变压器的第二低压线圈和第四单相H桥变换器的交流端口连接；所述第三单相H桥变换器的直流端口为三有源全桥变换器的第一直流输出端，所述第四单相H桥变换器的直流端口为三有源全桥变换器的第二直流输出端；

所有的三有源全桥变换器的第一直流输出端的正极连接起来，作为电力电力变压器低压直流端口的正极；所有三有源全桥第二直流输出端的负极连接起来作为低压直流端口的负极；所有第一直流输出端的负极与所有第二直流输出端的正极连接，作为低压直流端口的中性点；低压直流端口的正极与中性点形成的端口为高侧低压直流端口，低压直流端口的负极与中性点形成的端口为低侧低压直流端口；

所述输出级为三相两电平变换器，三相两电平变换器的直流端口与所述电力电子变压器低压直流端口的正极和负极连接，三相两电平变换器的交流端口用于接负载。

2.根据权利要求1所述的一种基于三端口高频变压器的电力电子变压器，其特征在于，所述三相两电平变换器的交流端口连接有LC滤波器，所述LC滤波器的中点与电力电子变压器低压直流端口的中性点连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于三端口高频变压器的电力电子变压器，其特征在于，所述每个第一单相H桥变换器的直流端接有变换器电容C1。

4.根据权利要求1所述的一种基于三端口高频变压器的电力电子变压器，其特征在于，所述三端口高频变压器的高压线圈通过电抗器L1与第二单相H桥变换器的交流端口连接，所述三端口高频变压器的第一低压线圈通过电抗器L2和第三单相H桥变换器的交流端口连接，所述三端口高频变压器的第二低压线圈通过电抗器L3和第四单相H桥变换器的交流端口连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于三端口高频变压器的电力电子变压器，其特征在于，所述电力电子变压器低压直流端口的正极和低压直流端口的中性点之间连接有电容C₂₁，电力电子变压器低压直流端口的负极和中性点之间连接有电容C₂₂。

6.一种权利要求1所述的基于三端口高频变压器的电力电子变压器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采样输入级与高侧低压直流端口对应的所有单相H桥变换器的电容C1的电压采样输入级与低侧低压直流端口对应的所有单相H桥变换器的电容C1的电压求取所有和的平均值V_{dc_MV}；其中k代表相，k∈A,B,C，i代表第i个单相H桥变换器，i∈1,2......N；

步骤2、将所有电容C1的电压平均值V_{dc_MV}与设定的输入级直流电压指令比较，通过PI调节器输出有功电流指令

步骤3、根据无功需求确定无功电流指令

步骤4、检测输入级的交流侧电流i_A、i_B、i_C，并计算电流i_A、i_B、i_C的有功分量i_d和无功分量i_q；

步骤5、将各相的有功分量i_d与有功电流指令比较，将各相的无功分量i_q与无功电流指令进行比较，通过PI调节器输出输入级在dq坐标系下的有功电压指令与无功电压指令

步骤6、将各相有功电压指令与无功电压指令分别通过坐标变换后得到输入级在静止坐标系下的总的指令电压

步骤7、采样高侧低压直流端口的电压V_{dc_LV_up}；

步骤8、将步骤7得到的高侧低压直流端口的电压V_{dc_LV_up}与设定的高侧低压直流指令电压比较；通过PI调节器输出隔离级各个三有源全桥变流器的高侧单相H桥变换器的平均相移指令

步骤9、将步骤1检测的输入级各个单相H桥变流器的电容电压与输入级变换器平均电容电压V_{dc_MV}比较，通过PI调节器输出各个输入级单相H桥变换器对应的三有源全桥变换器的二次侧高侧单相H桥变换器的相移调节量指令

步骤10：将步骤8得到的高侧单相H桥变换器的平均相移指令与步骤9得到的各个输入级单相H桥变换器对应的三有源全桥变换器的二次侧高侧单相H桥变换器的相移调节量指令求和，作为隔离级各个三有源全桥变换器的高侧单相H桥变换器的相移指令

步骤11：采样低侧低压直流端口的电压V_{dc_LV_down}；

步骤12：将步骤11得到的低侧低压直流端口的电压V_{dc_LV_down}与设定的低侧低压直流指令电压比较；通过PI调节器输出隔离级各个三有源全桥变流器的低侧单相H桥变换器的平均相移指令

步骤13：采样隔离级各个三有源全桥变换器的二次侧低侧单相H桥变换器的输出电流并求其平均值

步骤14：将步骤13检测的三有源全桥变换器的二次侧低侧单相H桥变换器的输出电流与比较，通过PI调节器输出各个三有源全桥变换器的二次侧低侧单相H桥变换器的相移调节量指令

步骤15：将步骤12得到的隔离级各个三有源全桥变流器的低侧单相H桥变换器的平均相移指令与步骤14得到的各个三有源全桥变换器的二次侧低侧单相H桥变换器的相移调节量指令求和，作为隔离级各个三有源全桥变换器的低侧单相H桥变换器的相移指令