[发明专利]多向有源桥变换器及其控制方法以及功率变换装置

说明书

本发明提供一种多向有源桥变换器，包括n个多向有源桥，每一个多向有源桥包括一个DC/AC桥、一个单相变压器和m个AC/DC桥，n≥3，m≥1；单相变压器具有1个初级绕组和m个次级绕组，DC/AC桥接收直流输入信号，DC/AC桥的交流输出端连接至单相变压器的初级绕组，单相变压器的m个次级绕组中的第i个次级绕组的一端连接至m个AC/DC桥中的第i个AC/DC桥的交流输入端，另一端连接至其余的n‑1个多向有源桥中的单相变压器的m个次级绕组中的第i个次级绕组的另一端，1≤i≤m；n个多向有源桥中所有的AC/DC桥的直流输出端的正母线DC+和负母线DC‑分别彼此相连作为多向有源桥变换器的直流输出端。

技术领域

本发明属于电力电源领域，尤其涉及一种多向有源桥变换器、多相有源桥变换器的控制方法和包含多向有源桥变换器的功率变换装置。

背景技术

在超大规模电源应用中，高压(HV)或中压(MV)功率变换装置可以实现较高的功率密度、较高的效率和较低的重量，因为它采用体积较小的高频变压器(工作频率超过10kHz)替换了传统的笨重的50/60Hz变压器。

参见图1所示的现有技术的基于级联电桥的中压变换器的电路拓扑，该中压变换器是中压交流输入、低压直流输出，低压直流侧可以直接做低压直流输出，也可接DC/DC或DC/AC电路进行直流、交流输出。其包括整流器部分和DC/DC变换器部分，整流器部分包括n(n≥2)个级联(彼此串联)的整流器(AC/DC变换器)，DC/DC变换器部分包括分别连接至每一个整流器的输出端的双向隔离型DC/DC电路。双向隔离型DC/DC电路的一种示例性表现形式为双向有源电桥(DAB)，其包括通过变压器隔离的初级电桥和次级电桥。所有的双向隔离型DC/DC电路的输出端彼此并联构成低压直流输出。也即，中压交流输入连接有n(n≥2)个级联(彼此串联)的整流器(AC/DC变换器)，然后每一个整流器分别通过双向有源电桥变换后并联输出，一个整流器和一个双向有源电桥构成一个功率单元，各个功率单元的输入端彼此串联，输出端彼此并联。

然而，实际上，对于高频变压器，由于所施加的高频电压导致的磁芯/绕组损耗会明显地限制频率和容量，从而限制高频电压器的工业应用。

从绕组损耗的角度来看，相比基频电压和电流，由功率变换装置产生的方波电压引入的高次谐波(比如三次、五次、七次)对损耗的贡献更大。对于工作在几十kHz频率的变压器来说，消除变压器电流的高次谐波是必要的。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供了一种多向有源桥变换器，其包括n个多向有源桥，所述n个多向有源桥中的每一个包括一个DC/AC桥、一个单相变压器和m个AC/DC桥，其中，n≥3，m≥1；

所述单相变压器具有1个初级绕组和m个次级绕组，所述DC/AC桥接收直流输入信号，所述DC/AC桥的交流输出端连接至所述单相变压器的初级绕组，所述单相变压器的的m个次级绕组中的第i个次级绕组的一端连接至所述m个AC/DC桥中的第i个AC/DC桥的交流输入端，另一端连接至其余的n-1个多向有源桥中的单相变压器的m个次级绕组中的第i个次级绕组的另一端，其中，1≤i≤m；以及

所述n个多向有源桥中所有的AC/DC桥的直流输出端的正母线DC+和负母线DC-分别彼此相连作为所述多向有源桥变换器的直流输出端。

根据本发明的多向有源桥变换器，优选地，所述DC/AC桥包括彼此串联的第一电容和第二电容以及彼此串联的第一开关和第二开关，所述第一电容和所述第二电容构成的串联电路并联至所述第一开关和所述第二开关构成的串联电路形成并联电路，所述并联电路的两端为所述DC/AC桥的直流输入端，所述第一电容和所述第二电容之间的节点以及所述第一开关和所述第二开关之间的节点构成所述DC/AC桥的交流输出端。