[发明专利]具有功率自平衡能力的电力电子变压器拓扑及其控制方法

权利要求书

1.具有功率自平衡能力的电力电子变压器拓扑，其特征在于，包括依次连接的输入级、隔离级和输出级；

所述输入级为三相串联H桥，每相包括N个串联的单相H桥变换器，N为正整数；

所述隔离级包括2N个双有源桥变换器，2N个双有源全桥变换器分成N组，每组两个双有源全桥变换器，同一组的双有源全桥变换器的一次侧直流输端口连接至同一个输入级的单相H桥变换器的直流端口；所述每组双有源全桥变换器中，第一个双有源全桥的二次侧直流端口的正极作为该组双有源全桥变换器的输出正极，第二个双有源全桥的二次侧直流端口的负极作为该组双有源全桥变换器的输出负极，第一个双有源全桥的二次侧直流端口的负极与第二个双有源全桥的二次侧直流端口的正极连接，作为该组双有源全桥变换器的输出中性点；所有的双有源全桥变换器组的输出正极连接，作为电力电子变压器低压直流端口的正极；所有的双有源全桥变换器组的输出负极连接，作为电力电子变压器低压直流端口的负极；所有的双有源全桥变换器组的输出中性点连接，作为电力电子变压器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所述的具有功率自平衡能力的电力电子变压器拓扑，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所述的具有功率自平衡能力的电力电子变压器拓扑，其特征在于，所述输入级的每个单相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所述的具有功率自平衡能力的电力电子变压器拓扑，其特征在于，所述双有源全桥变换器包括一次侧单相H桥变换器、高频变压器T和二次侧单相H桥变换器，所述一次侧单相H桥变换器的直流端口为双有源全桥的直流输入端，一次侧单相H桥的交流端口通过电抗器L1连接至高频变压器的一次侧线圈，高频变压器的二次侧线圈通过电抗器L2连接至二次侧单相H桥变换器的交流端口，二次侧单相H桥的直流端口为双有源全桥的直流输出端。

5.根据权利要求1所述的具有功率自平衡能力的电力电子变压器拓扑，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所述的具有功率自平衡能力的电力电子变压器拓扑的控制方法，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指令电压比较，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调节器输出隔离级高侧各个双有源全桥变流器的平均相移指令

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调节器输出各个单相H桥变流器对应的隔离级高侧双有源全桥变换器的相移调节量指令

步骤10：将步骤8得到的隔离级高侧各个双有源全桥变流器的平均相移指令和步骤9得到的各个单相H桥变流器对应的隔离级高侧双有源全桥变换器的相移调节量指令求和，作为隔离级高侧双有源全桥变换器的指令；

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调节器输出隔离级低侧各个双有源全桥变换器的平均相移指令

步骤13：采样隔离级低侧双有源全桥变换器的输出电流并求其平均值

步骤14：将步骤13得到的隔离级低侧双有源全桥变换器的输出电流与其平均值比较，通过PI调节器输出隔离级低侧各个双有源全桥变换器的相移调节量指令

步骤15：将步骤12得到的隔离级低侧各个双有源全桥变换器的平均相移指令与步骤14得到的隔离级低侧各个双有源全桥变换器的相移调节量指令与求和，作为隔离级低侧双有源全桥变换器的指令。