[发明专利]一种串并混合连接的电力电子变压器及控制系统

说明书

本发明公开了一种串并混合连接的电力电子变压器及控制系统，属于变压器领域，电力电子变压器采用串并联混合连接，中压三相交流侧的每一相采用AC/DC子模块串联的方式，在低压直流侧，先在三相系统中的每一相各取一个AC/DC子模块进行串联，再将每个三相AC/DC模块并联起来；由于输出侧三个子模块采用了串联输出的方式，输入的三相功率在输出侧可以互相补充，因此输入侧电容Cin和输出侧Cout都不需要很大的容值，只需要滤除高频开关纹波，不需要滤除工频纹波。以此，减少模块内的储能电容体积，提升了电力电子变压器的功率密度和可靠性。

技术领域

本发明涉及电力电子变压器领域，尤其涉及一种串并混合连接的电力电子变压器及控制系统。

背景技术

目前，电力电子变压器(Power Electronic Transformer，简称PET)，采用电力电子变流技术，实现电能转换和电气隔离。相比传统配电变压器，电力电子变压器能够实现潮流的主动控制，并且利于装置的小型化和节省成本。

为了兼容传统配电变压器的功能，电力电子变压器的一次侧往往接入中压交流电网，通常最低为10kV/50Hz的三相交流电网，低压侧可以根据需要接直流或交流电网。

一种典型的电力电子变压器结构如图1所示，其中最为核心的部分是三相中压交流电转换为低压直流电部分。图1方案的中压侧采用串联方式来承受较高电压，低压直流侧采用并联来提供大电流。因此，每个模块的一侧是单相交流电，另一侧是直流电，如图1中是H桥和DAB两个部分组成一个基本模块。图2所示为AC/DC电力电子变压器其中1相，另外2相是相同的。

因为稳态时交流电的功率是脉动的，而直流侧的功率是保持不变的，因此为了保持输入输出功率相匹配，每个模块内部需要配置一定的储能元件，储能的大小与交流的频率有关。一般采用工频50Hz的交流电，它的功率脉动频率是100Hz，通常需要在H桥和DAB之间配置较多的电容进行储能，而储能电容体积大、可靠性差，不利于电力电子变压器的功率密度和可靠性的提升。

因此，亟需一种新的三相模块来构建的电力电子变压器，以减少模块内的储能电容。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种串并混合连接的电力电子变压器及控制系统，其能解决运行成本高的问题。

设计原理：对于三相交流系统来说，当三相功率平衡的时候，三相的功率之和是保持不变的，这时候它和直流功率是相匹配的，理论上模块内部可以不需要进行储能，实际应用中只需要对开关纹波进行滤波就可以了。因此，设计一种新的AC/DC电力电子变压器结构，对传统电力电子变压器中的模块组合方式进行修改，采用串并联混合连接。

设计方案：本申请的总设计方案为，电力电子变压器中的模块组合方式采用串并联混合连接，中压三相交流侧的每一相仍然采用AC/DC子模块串联的方式，但是在低压直流侧，先在三相系统中各的每一相各取一个AC/DC子模块进行串联，这三个AC/DC子模块组成一个新的三相AC/DC模块，再将每个三相AC/DC并联起来。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种串并混合连接的电力电子变压器，包括由多个三相AC/DC模块连接的中压三相交流侧和低压直流侧，每个三相AC/DC模块具有3个独立的中压交流端口和1个低压直流端口；

其中，在中压三相交流侧，三相AC/DC模块的每一相作为一个AC/DC子模块，通过对应1个中压交流端口，每个三相AC/DC模块的3个AC/DC子模块分别通过电感接入三相中压交流端口，通过各个中压交流端口接入中压交流供电网；

在低压直流侧，三相AC/DC模块的每一AC/DC子模块串联后，再将每个三相AC/DC模块并联起来，即通过各低压直流端口并联起来形成所述低压直流侧，用于接入低压直流输出电网。