[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

说明书

本发明公开了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，输入级每个H桥变换器的直流端口与两个双有源全桥变换器的一次侧直流端口连接，这两个双有源全桥变换器作为一组，其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。该拓扑结构可以使电力电子变压器实现双极性低压直流输出与三相四线制低压交流输出。

技术领域

本发明属于电力电子变压器技术领域，具体涉及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。

背景技术

传统电力变压器结构简单、效率高、可靠性高，广泛应用于电力系统。但过低的工作频率导致传统变压器体积大，笨重，而且矿物油、环氧树脂、难燃油等作为绝缘或冷却介质使用存在火灾和环境污染的潜在隐患。另外，它通常只能够实现电气隔离、电压等级变换和功率双向传递等相对单一的功能，而无网侧电能质量调节、谐波传递隔绝、过载及故障保护、负载电压调节等等功能。传统变压器的这些弱点使它无法满足一些诸如智能电网等新应用场合的功能要求。在过去的几十年中，电力电子技术有了长足全面的快速发展，越来越多的电力电子装置在电力系统中得到应用。在这个大背景下，针对传统变压器的上述弱点，研究人员和工程师提出了电力电子变压器(Power Electronic Transformer)或者固态变压器(Solid-State Transformer)加以解决。

由于未来电网需要大规模接入分布式能源，低压电网将广泛呈现交直流混合的形式。根据近年来公布的直流配电的最新标准，低压直流电网倾向于采用双极性结构，因此未来的电力电子变压器的低压级需要同时提供双极性直流端口与三相四线制交流端口。能够实现这一功能的电力电子变压器拓扑结构在目前的文献中未被提及或讨论过。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种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，以实现低压交直流混合的功能。

为达到上述目的，本发明具有功率自平衡能力的电力电子变压器拓扑，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个串联的单相H桥变换器，N为正整数；

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；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。

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。

进一步的，三相两电平变换器的交流端口连接有LC滤波器，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。

进一步的，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。