基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器的製作方法

2023-11-03 13:20:52 1

專利名稱：基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器的製作方法
技術領域：
本發明屬於電力電子變壓器技術領域，涉及基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器。
背景技術：
在電力系統中，主要起變壓和隔離作用的傳統電力變壓器被廣泛應用。一方面，傳統電力變壓器具有效率高、成本低、可靠性高、結構簡單等優點；另一方面，它也具有明顯的缺點，笨重、體積大、空載損耗大，功能單一，使用變壓器油對環境構成威脅，帶非線性負載時畸變電流會汙染電網，電網有波動時又會影響負載等等。隨著電力系統的發展，尤其是分布式發電系統及新能源的發展，迫切需要一種新的電能轉換裝置除了實現電氣隔離和變壓功能之外還能實現負載側調壓、功率因素校正、輸入輸出兩側諧波抑制等等功能，同時體積小、重量輕、空載損耗小。顯然，傳統電力變壓器無法滿足這些應用要求。 隨著電力電子技術的發展，電力電子變壓器(PET—Power electronictransformer)或固態變壓器(SST—Solid-state transformer)的概念被提出用來解決這些傳統電力變壓器無法解決的問題。PET自上世紀70年代初被提出之後，經歷了 40年斷斷續續的發展，許多拓撲被提出。這些拓撲從級聯的級數角度，可分為單級結構、兩級結構和三級結構；從模塊化角度可分為基於全橋結構和基於二極體鉗位或飛跨電容結構兩類。從級聯的級數角度看，級聯的級數越多，PET能夠實現的功能就越多，因而現在主要基於三級結構；從模塊化角度看，對於大功率高電壓電壓應用場合，基於全橋結構比基於二極體鉗位或飛跨電容結構有更大的優勢，因而也是現在研究的主流。目前，由於現有電力電子器件成本相對來說比較高，電力電子變壓器總體成本上相對於傳統電力變壓器要高很多。隨著電力電子器件水平和高頻變壓器材料的發展，電力電子變壓器將會逐步替代傳統電力變壓器在電力系統中的位置。

發明內容
本發明解決的問題在於提供一種基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，不僅能夠實現傳統變壓器電壓變換、電氣隔離和能量雙向傳遞的功能，而且便於生產、調試和維護。本發明是通過以下技術方案來實現第一種基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其拓撲結構包括輸入級、隔離級、輸出級，每級的功率變換器均包括兩個輸入端和兩個輸出端；輸入級的三相中，每相包括N個相同的串聯的輸入級功率變換器，N為自然數，每個輸入級功率變換器的兩個輸出端之間並聯有直流儲能電容；每相串聯的輸入級功率變換器總的交流側連接有電抗器，再與輸入電網的一相相連接，相與相之間三角形連接或星形連接；隔離級的三相中，每相包括N個通過高頻變壓器連接的高頻DC/AC環節功率變換器和高頻AC/DC環節的功率變換器；每相的每個高頻DC/AC環節功率變換器與輸入級的對應相的輸入級功率變換器一一對應連接；輸出級的三相中，每相的輸出級功率變換器與高頻AC/DC環節的功率變換器一一對應連接，N個中的每個輸出級功率變換器的兩個輸入端之間並聯有輸出級直流儲能電容，交流側連接有LC濾波器；各相的輸出級功率變換器的一個輸出端連接LC後並聯後分別匯集成a相、b相和c相，所有輸出級功率變換器的另一個輸出端匯集於η點。所述的輸入級功率變換器、高頻DC/AC環節功率變換器、高頻AC/DC環節的功率變換器和輸出級功率變換器均採用全控型單相全橋功率變換器。所述的輸入級功率變換器輸出端與高頻DC/AC環節功率變換器的輸入端相連接； 高頻DC/AC環節功率變換器的輸出端接高頻變壓器的原邊，高頻變壓器的副邊接高頻AC/DC環節的功率變換器的輸入端；高頻AC/DC環節的功率變換器的輸出端與輸出級功率變換器的輸入端相連接；輸出級功率變換器的輸出端連接LC濾波器的輸入端，LC濾波器接三相供電網絡。第二種基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其拓撲結構包括輸入級、隔離級、輸出級，輸入級、隔離級的功率變換器均包括兩個輸入端和兩個輸出端；輸出級的功率變換器包括兩個輸入端和三個輸出端；輸入級的三相中，每相包括N個相同的串聯的輸入級功率變換器，N為自然數，每個輸入級功率變換器的兩個輸出端之間並聯有直流儲能電容；每相串聯的輸入級功率變換器總的交流側連接有電抗器，再與輸入電網的一相相連接，相與相之間三角形連接或星形連接；隔離級的三相中，每相包括N個通過高頻變壓器連接的高頻DC/AC環節功率變換器和高頻AC/DC環節的功率變換器；每相的每個高頻DC/AC環節功率變換器與輸入級的對應相的輸入級功率變換器一一對應連接；輸出級的三相中，每相的輸出級功率變換器與高頻AC/DC環節的功率變換器一一對應連接，N個中的每個輸出級功率變換器的兩個輸入端之間並聯有輸出級直流儲能電容，各相的輸出級功率變換器的三個輸出端均連接LC濾波器，通過LC濾波器並聯匯集成a相、b相、c相。所述的輸入級功率變換器、高頻DC/AC環節功率變換器和高頻AC/DC環節的功率變換器均採用全控型單相全橋功率變換器；輸出級功率變換器採用全控型三相三橋臂功率變換器。第三種基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其拓撲結構包括輸入級、隔離級、輸出級，每級的功率變換器均包括兩個輸入端和兩個輸出端；輸入級的三相中，每相包括2N個相同的串聯的輸入級功率變換器，N為自然數，每個輸入級功率變換器的兩個輸出端之間並聯有直流儲能電容；每相串聯的輸入級功率變換器總的交流側連接有電抗器，再與輸入電網的一相相連接，相與相之間三角形連接或星形連接；隔離級的三相中，每相包括2N個通過高頻變壓器連接的高頻DC/AC環節功率變換器和高頻AC/DC環節的功率變換器；每相的每個高頻DC/AC環節功率變換器與輸入級的對應相的輸入級功率變換器一一對應連接；每相隔離級的中的兩個高頻AC/DC環節的功率變換器並聯後與對應相的輸出級功率變換器相連接，每個輸出級功率變換器的兩個輸入端之間並聯有輸出級直流儲能電容，各相的輸出級功率變換器的一個輸出端通過LC濾波器並聯分別匯集成a相、b相、c相，所有的輸出級功率變換器的另一個輸出端匯集成η點。所述的輸入級功率變換器、高頻DC/AC環節功率變換器、高頻AC/DC環節的功率變換器和輸出級功率變換器均採用全控型單相全橋功率變換器。第四種基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其拓撲結構包括輸入級、隔離級、輸出級，輸入級、隔離級的功率變換器均包括兩個輸入端和兩個輸出端；輸出級的功率變換器包括兩個輸入端和三個輸出端； 輸入級的三相中，每相包括2Ν個相同的串聯的輸入級功率變換器，N為自然數，每個輸入級功率變換器的兩個輸出端之間並聯有直流儲能電容；每相串聯的輸入級功率變換器總的交流側連接有電抗器，再與輸入電網的一相相連接，相與相之間三角形連接或星形連接；隔離級的三相中，每相包括2Ν個通過高頻變壓器連接的高頻DC/AC環節功率變換器和高頻AC/DC環節的功率變換器；每相的每個高頻DC/AC環節功率變換器與輸入級的對應相的輸入級功率變換器一一對應連接；每相隔離級的中的兩個高頻AC/DC環節的功率變換器並聯後與對應相的輸出級功率變換器相連接，N個中的每個輸出級功率變換器的兩個輸入端之間並聯有輸出級直流儲能電容，各相的輸出級功率變換器的三個輸出端均連接LC濾波器，通過LC濾波器並聯匯集成a相、b相、c相。所述的輸入級功率變換器、高頻DC/AC環節功率變換器和高頻AC/DC環節的功率變換器均採用全控型單相全橋功率變換器；輸出級功率變換器採用全控型三相三橋臂功率變換器。與現有技術相比，本發明提供的基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器具有以下有益的技術效果I、可以實現傳統電力變壓器的變壓、隔離、能量傳遞等等基本功能；2、輸入級採用三相結構的串聯式模塊化功率變換器，面對不同等級的輸入電壓，只需要計算對應串聯模塊數，按照對應模塊數串聯便可承受對應電壓；3、本發明可全部模塊化，便於生產、調試和維護；4、本發明可以實現負載與供電系統的隔離，對負載提供保護作用，可以根據需要為電網側提供無功補償或者有源濾波功能，提高電網電能質量和運行可靠性；5、本發明可以自動調節輸出級的供電電壓、電流的幅值和相位，解決電網電壓暫降、暫升、波動與閃變等電能質量問題；6、本發明中的一部分拓撲可以較好地處理不對稱負載；7、本發明的直流側可接入太陽能、風能等新能源系統；8、本發明的四種拓撲結構可以根據不同的功率等級及控制目地而靈活應用。


圖I為基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器的拓撲整體結構框圖之圖2為基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器的拓撲整體結構框圖之-* ;圖3為基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器的拓撲整體結構框圖之—■ ·
---，圖4為基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器的拓撲整體結構框圖之四；圖5為全橋功率變換器單元的電路結構圖；圖6為全控型三相三橋臂功率變換器的電路結構圖。 其中，I為電抗器、2為輸入級功率變換器、3為輸入級直流儲能電容、4為高頻DC/AC環節功率變換器、5為高頻變壓器、6為高頻AC/DC環節功率變換器、7為輸出級直流儲能電容、8為輸出級功率變換器、9為LC濾波器；11為第一輸入端、12為第二輸入端、13為第一輸出端、14為第二輸出端；21為第一輸入端、22為第二輸入端、23為第一輸出端、24為第二輸出端；25為第
三輸出端。
具體實施例方式本發明提供的基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，採用高壓側串聯、低壓側並聯的技術方案，三相結構相同且獨立。所有的四種拓撲整體結構分為三級輸入級、隔離級和輸出級。下面結合具體的實施例和附圖對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。本發明基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器系列拓撲採用高壓側串聯、低壓側並聯的技術方案，三相結構相同且獨立，其中第一種拓撲如圖I所示，第二種拓撲如圖2所示，第三種拓撲如圖3所示，第四種拓撲如圖4所示，四種拓撲內部每個Subl類型的功率變換器具體電路如圖5所示，Sub2類型的功率變換器具體電路如圖6所示，所有四種拓撲整體結構分為三級輸入級、隔離級和輸出級。參見圖1，一種基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其拓撲結構包括輸入級、隔離級、輸出級，每級的功率變換器均包括兩個輸入端和兩個輸出端；輸入級的三相中，每相包括N個相同的串聯的輸入級功率變換器2，N為自然數，每個輸入級功率變換器2的兩個輸出端之間並聯有直流儲能電容3 ;每相串聯的輸入級功率變換器總的交流側連接有電抗器I，再與輸入電網的一相相連接，相與相之間三角形連接或星形連接；隔離級的三相中，每相包括N個通過高頻變壓器5連接的高頻DC/AC環節功率變換器4和高頻AC/DC環節的功率變換器6 ;每相的每個高頻DC/AC環節功率變換器4與輸入級的對應相的輸入級功率變換器2 —一對應連接；輸出級的三相中，每相的輸出級功率變換器8與高頻AC/DC環節的功率變換器6一一對應連接，N個中的每個輸出級功率變換器8的兩個輸入端之間並聯有輸出級直流儲能電容(7)，交流側連接有LC濾波器9 ;
各相的輸出級功率變換器8的一個輸出端連接LC濾波器9後並聯後分別匯集成a相、b相和c相，所有輸出級功率變換器8的另一個輸出端匯集於η點。具體的，所述的輸入級功率變換器2、高頻DC/AC環節功率變換器4、高頻AC/DC環節的功率變換器6和輸出級功率變換器8均採用全控型單相全橋功率變換器。所述的輸入級功率變換器2輸出端與高頻DC/AC環節功率變換器4的輸入端相連接；高頻DC/AC環節功率變換器4的輸出端接高頻變壓器5的原邊，高頻變壓器5的副邊接高頻AC/DC環節的功率變換器6的輸入端；高頻AC/DC環節的功率變換器6的輸出端與輸出級功率變換器8的輸入端相連接；輸出級功率變換器8的輸出端連接LC濾波器9的輸入端，LC濾波器9接三相供電網絡。
參見圖2，第二種基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其拓撲結構包括輸入級、隔離級、輸出級，輸入級、隔離級的功率變換器均包括兩個輸入端和兩個輸出端；輸出級的功率變換器包括兩個輸入端和三個輸出端；輸入級的三相中，每相包括N個相同的串聯的輸入級功率變換器2，Ν為自然數，每個輸入級功率變換器2的兩個輸出端之間並聯有直流儲能電容3 ;每相串聯的輸入級功率變換器總的交流側連接有電抗器I，再與輸入電網的一相相連接，相與相之間三角形連接或星形連接；隔離級的三相中，每相包括N個通過高頻變壓器5連接的高頻DC/AC環節功率變換器4和高頻AC/DC環節的功率變換器6 ;每相的每個高頻DC/AC環節功率變換器4與輸入級的對應相的輸入級功率變換器2 —一對應連接；輸出級的三相中，每相的輸出級功率變換器8與高頻AC/DC環節的功率變換器5一一對應連接，N個中的每個輸出級功率變換器8的兩個輸入端之間並聯有輸出級直流儲能電容7，各相的輸出級功率變換器8的三個輸出端均連接LC濾波器9，通過LC濾波器9並聯匯集成a相、b相、c相。具體的，輸入級功率變換器2、高頻DC/AC環節功率變換器4和高頻AC/DC環節的功率變換器6均採用全控型單相全橋功率變換器(Subl);輸出級功率變換器8採用控型三相三橋臂功率變換器(Sub2 )。參見圖3，第三種基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其拓撲結構包括輸入級、隔離級、輸出級，每級的功率變換器均包括兩個輸入端和兩個輸出端；輸入級的三相中，每相包括2N個相同的串聯的輸入級功率變換器2，N為自然數，每個輸入級功率變換器2的兩個輸出端之間並聯有直流儲能電容3 ;每相串聯的輸入級功率變換器總的交流側連接有電抗器I，再與輸入電網的一相相連接，相與相之間三角形連接或星形連接；隔離級的三相中，每相包括2N個通過高頻變壓器5連接的高頻DC/AC環節功率變換器4和高頻AC/DC環節的功率變換器6 ;每相的每個高頻DC/AC環節功率變換器4與輸入級的對應相的輸入級功率變換器2 —一對應連接；每相隔離級的中的兩個高頻AC/DC環節的功率變換器6並聯後與對應相的輸出級功率變換器8相連接，每個輸出級功率變換器8的兩個輸入端之間並聯有輸出級直流儲能電容7，各相的輸出級功率變換器8的一個輸出端通過LC濾波器並聯分別匯集成a相、b相、C相,所有的輸出級功率變換器8的另一個輸出端匯集成η點。參見圖4，第四種基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其拓撲結構包括輸入級、隔離級、輸出級，輸入級、隔離級的功率變換器均包括兩個輸入端和兩個輸出端；輸出級的功率變換器包括兩個輸入端和三個輸出端；輸入級的三相中，每相包括2Ν個相同的串聯的輸入級功率變換器2，N為自然數，每個輸入級功率變換器2的兩個輸出端之間並聯有直流儲能電容3 ;每相串聯的輸入級功率變換器總的交流側連接有電抗器I，再與輸入電網的一相相連接，相與相之間三角形連接或星形連接；隔離級的三相中，每相包括2Ν個通過高頻變壓器5連接的高頻DC/AC環節功率變 換器4和高頻AC/DC環節的功率變換器6 ;每相的每個高頻DC/AC環節功率變換器4與輸入級的對應相的輸入級功率變換器2 —一對應連接；每相隔離級的中的兩個高頻AC/DC環節的功率變換器6並聯後與對應相的輸出級功率變換器8相連接，N個中的每個輸出級功率變換器8的兩個輸入端之間並聯有輸出級直流儲能電容7，各相的輸出級功率變換器8的三個輸出端均連接LC濾波器9，通過LC濾波器9並聯匯集成a相、b相、c相。四種拓撲結構中輸入級、隔離級的連接方式相同，其區別在於多級多模塊的數目會有區別和變化，而輸出級的變化在於I)不同類型的功率變換器；其中第一、第三種採用Subl，第二、第四種採用Sub2 ；2)功率變換器不同導致輸出級連接的變化。具體的，輸入級由多組功率變換器串聯而成，串聯數目由輸入電壓等級和所選用的電力電子器件水平所決定(如輸入電壓為llkV，選用開關器件3. 3kV/400A的IGBT並設定直流側為2. 2kV時，每相需要8個變換器串聯)。每個串聯的功率變換器為四隻全控型器件組成的全控型單相全橋功率變換器，如圖5所示為Subl代表的全控型單相全橋功率變換器。每一相串聯的功率變換器交流側總的串聯一個電抗器以實現交流側諧波抑制。單相全控橋功率變換器的直流側的兩個端線之間並聯一定容量的電容器組。隔離級分為三個組成部分作為高頻DC/AC環節的功率變換器、高頻變壓器和作為高頻AC/DC環節的功率變換器。高頻DC/AC環節功率變換器將輸入的直流電壓調製成IkHz以上的高頻信號(具體要根據DC/AC環節和AC/DC環節功率變換器所採用的開關器件確定)，並通過高頻變壓器傳遞到高頻AC/DC環節變換器交流端，高頻AC/DC環節變換器則將高頻變壓器輸出的高頻交流信號還原為直流。高頻變壓器主要起到電壓變換和電氣隔離的作用。隔離級靠近高壓側部分由與輸入級串聯數目相同的單相全橋變換器組成，每個變換器均為由四個全控型開關器件組成的全控型單相全橋功率變換器，其兩端接線和輸入級的相應端線連接；隔離級靠近低壓側部分的變換器也為由四個全控型開關器件組成的全控型單相全橋功率變換器，其數目也和高壓側串聯的全控型單相全橋功率變換器數目相同，該全控型單相全橋功率變換器的直流側輸出連接輸出級直流儲能電容。其中對於第一種第二種拓撲而言，靠近低壓直流側的隔離級AC/DC功率變換器直流側輸出連接輸出級直流側儲能電容之後分別連接對應的輸出級功率變換器；對於第三第四種拓撲而言，每相內輸入級功率變換器對應靠近低壓直流側的隔離級AC/DC功率變換器直流側輸出按等數目(如輸入級每相需要8個功率變換器串聯，那麼可以將對應的8個靠近低壓直流側的隔離級AC/DC功率變換器分成兩組，每組各4個；或者可以將8個功率變換器分成一組)分成幾組分別並聯到直流儲能電容。對於本發明的所有四種拓撲而言，隔離級的高頻變壓器為獨立單相變壓器，其數量和高壓側串聯的全控型單相全橋功率變換器數目相同。這四種拓撲結構都高度模塊化，便於設計、生產、安裝、調試和維護。輸出級由多組逆變功率變換器組成，逆變功率變換器可以為Subl如圖5所示的由四個全控型器件組成的全控型單相全橋功率變換器，也可以為Sub2如圖6所示的由六個全控型器件組成的全控型三相三橋臂功率變換器，逆變功率變換器的直流側的兩端先於隔離變壓器靠近低壓側的直流側端線對應連接，交流側連接LC濾波器的濾波電感一端。對於第一種第三拓撲而言，其輸出級功率變換器全部為全控型單相全橋功率變換器，從每相輸入級串聯模塊對應的輸出級功率變換器連接各自LC濾波器的濾波電感一端之後，濾波電感的另一端並聯到一起並連接一個總的LC濾波器的濾波電容，從而形成總的一相輸出，對應三相構成三相四線制輸出，如圖I和圖3所示；對於第二、第四種拓撲而言，其輸出級功率變換器全部為全控型三相三橋臂功率 變換器，每個輸出級功率變換器連接各自LC濾波器的濾波電感一端後，電感另一端各自對應並聯後再連接到總的LC濾波器的濾波電容，從而形成三相三線制輸出。所述的基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器系列拓撲，輸入級使用全控型單相全橋功率變換器串聯而成；隔離級的高頻DC/AC環節和高頻AC/DC環節功率變換器均採用全控型單相全橋功率變換器；對於第一第三種拓撲，輸出級採用全控型單相全橋功率變換器各相併聯後獨立三相合成總的三相輸出接三相供電網絡；對於第二第四種拓撲，輸出級採用全控型三相三橋臂功率變換器並聯結構，這四種拓撲可以滿足不同的電壓電流及控制與不同特性負載的需要。所述的基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器系列拓撲，第一第三種拓撲輸出級適用於三相三線制和三相四線制系統；而第二種第四種拓撲輸出級的功率變換器採用全控型三相三橋臂功率變換器適用於三相三線制系統，如果採用全控型三相四橋臂功率變換器時也適用於三相四線制系統。
權利要求
1.一種基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其特徵在於，其拓撲結構包括輸入級、隔離級、輸出級，每級的功率變換器均包括兩個輸入端和兩個輸出端； 輸入級的三相中，每相包括N個相同的串聯的輸入級功率變換器(2)，N為自然數，每個輸入級功率變換器(2)的兩個輸出端之間並聯有直流儲能電容(3);每相串聯的輸入級功率變換器總的交流側連接有電抗器(1)，再與輸入電網的一相相連接，相與相之間三角形連接或星形連接； 隔離級的三相中，每相包括N個通過高頻變壓器(5 )連接的高頻DC/AC環節功率變換器(4)和高頻AC/DC環節的功率變換器(6);每相的每個高頻DC/AC環節功率變換器(4)與輸入級的對應相的輸入級功率變換器(2)--對應連接； 輸出級的三相中，每相的輸出級功率變換器(8)與高頻AC/DC環節的功率變換器(6)一一對應連接，N個中的每個輸出級功率變換器(8)的兩個輸入端之間並聯有輸出級直流儲能電容(7)，交流側連接有LC濾波器(9)； 各相的輸出級功率變換器(8)的一個輸出端連接LC後並聯後分別匯集成a相、b相和c相，所有輸出級功率變換器(8)的另一個輸出端匯集於η點。
2.如權利要求I所述的基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其特徵在於，所述的輸入級功率變換器(2)、高頻DC/AC環節功率變換器(4)、高頻AC/DC環節的功率變換器(6)和輸出級功率變換器(8)均採用全控型單相全橋功率變換器。
3.如權利要求I所述的基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其特徵在於，所述的輸入級功率變換器(2)輸出端與高頻DC/AC環節功率變換器(4)的輸入端相連接； 高頻DC/AC環節功率變換器(4)的輸出端接高頻變壓器(5)的原邊，高頻變壓器(5)的副邊接高頻AC/DC環節的功率變換器(6)的輸入端； 高頻AC/DC環節的功率變換器(6)的輸出端與輸出級功率變換器(8)的輸入端相連接；輸出級功率變換器(8 )的輸出端連接LC濾波器(9 )的輸入端，LC濾波器(9 )接三相供電網絡。
4.一種基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其特徵在於，其拓撲結構包括輸入級、隔離級、輸出級，輸入級、隔離級的功率變換器均包括兩個輸入端和兩個輸出端；輸出級的功率變換器包括兩個輸入端和三個輸出端； 輸入級的三相中，每相包括N個相同的串聯的輸入級功率變換器(2)，Ν為自然數，每個輸入級功率變換器(2)的兩個輸出端之間並聯有直流儲能電容(3);每相串聯的輸入級功率變換器總的交流側連接有電抗器(1)，再與輸入電網的一相相連接，相與相之間三角形連接或星形連接； 隔離級的三相中，每相包括N個通過高頻變壓器(5)連接的高頻DC/AC環節功率變換器(4)和高頻AC/DC環節的功率變換器(6);每相的每個高頻DC/AC環節功率變換器(4)與輸入級的對應相的輸入級功率變換器(2)--對應連接； 輸出級的三相中，每相的輸出級功率變換器(8 )與高頻AC/DC環節的功率變換器(6 )一一對應連接，N個中的每個輸出級功率變換器(8)的兩個輸入端之間並聯有輸出級直流儲能電容(7 )，各相的輸出級功率變換器(8 )的三個輸出端均連接LC濾波器(9 )，通過LC濾波器(9 )並聯匯集成a相、b相、c相。
5.如權利要求4所述的基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其特徵在於，所述的輸入級功率變換器(2)、高頻DC/AC環節功率變換器(4)和高頻AC/DC環節的功率變換器(6)均採用全控型單相全橋功率變換器；輸出級功率變換器(8)採用全控型三相三橋臂功率變換器。
6.一種基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其特徵在於，其拓撲結構包括輸入級、隔離級、輸出級，每級的功率變換器均包括兩個輸入端和兩個輸出端； 輸入級的三相中，每相包括2N個相同的串聯的輸入級功率變換器(2)，N為自然數，每個輸入級功率變換器(2)的兩個輸出端之間並聯有直流儲能電容(3);每相串聯的輸入級功率變換器總的交流側連接有電抗器(1)，再與輸入電網的一相相連接，相與相之間三角形連接或星形連接； 隔離級的三相中，每相包括2N個通過高頻變壓器(5)連接的高頻DC/AC環節功率變換器(4)和高頻AC/DC環節的功率變換器(6);每相的每個高頻DC/AC環節功率變換器(4)與輸入級的對應相的輸入級功率變換器(2)--對應連接； 每相隔離級的中的兩個高頻AC/DC環節的功率變換器(6)並聯後與對應相的輸出級功率變換器(8)相連接，每個輸出級功率變換器(8)的兩個輸入端之間並聯有輸出級直流儲能電容(7)，各相的輸出級功率變換器(8)的一個輸出端通過LC濾波器並聯分別匯集成a相、b相、c相，所有的輸出級功率變換器(8)的另一個輸出端匯集成η點。
7.如權利要求6所述的基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其特徵在於，所述的輸入級功率變換器(2)、高頻DC/AC環節功率變換器(4)、高頻AC/DC環節的功率變換器(6)和輸出級功率變換器(8)均採用全控型單相全橋功率變換器。
8.一種基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其特徵在於，其拓撲結構包括輸入級、隔離級、輸出級，輸入級、隔離級的功率變換器均包括兩個輸入端和兩個輸出端；輸出級的功率變換器包括兩個輸入端和三個輸出端； 輸入級的三相中，每相包括2Ν個相同的串聯的輸入級功率變換器(2)，N為自然數，每個輸入級功率變換器(2)的兩個輸出端之間並聯有直流儲能電容(3);每相串聯的輸入級功率變換器總的交流側連接有電抗器(1)，再與輸入電網的一相相連接，相與相之間三角形連接或星形連接； 隔離級的三相中，每相包括2Ν個通過高頻變壓器(5)連接的高頻DC/AC環節功率變換器(4)和高頻AC/DC環節的功率變換器(6);每相的每個高頻DC/AC環節功率變換器(4)與輸入級的對應相的輸入級功率變換器(2)--對應連接； 每相隔離級的中的兩個高頻AC/DC環節的功率變換器(6)並聯後與對應相的輸出級功率變換器(8)相連接，N個中的每個輸出級功率變換器(8)的兩個輸入端之間並聯有輸出級直流儲能電容(7)，各相的輸出級功率變換器(8)的三個輸出端均連接LC濾波器(9)，通過LC濾波器(9 )並聯匯集成a相、b相、c相。
9.如權利要求8所述的基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，其特徵在於，所述的輸入級功率變換器(2)、高頻DC/AC環節功率變換器(4)和高頻AC/DC環節的功率變換器(6)均採用全控型單相全橋功率變換器；輸出級功率變換器(8)採用全控型三相三橋臂功率變換器。
全文摘要
本發明公開了基於多級多模塊級聯結構的三相電力電子變壓器，分為三級輸入級、隔離級和輸出級。輸入級功率變換器輸出端與高頻DC/AC環節功率變換器的輸入端相連接；高頻DC/AC環節功率變換器的輸出端接高頻變壓器的原邊，高頻變壓器的副邊接高頻AC/DC環節的功率變換器的輸入端；高頻AC/DC環節的功率變換器的輸出端與輸出級功率變換器的輸入端相連接；輸出級功率變換器的輸出端連接LC濾波器的輸入端，LC濾波器接三相供電網絡。本發明可以實現傳統電力變壓器的變壓、隔離、能量傳遞等等基本功能，面對不同等級的輸入電壓，只需要計算對應輸入級串聯模塊數，按照對應模塊數串聯便可承受對應電壓。
文檔編號H02M3/315GK102832815SQ20121031687
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月30日 優先權日2012年8月30日
發明者劉進軍, 王新宇, 徐濤濤, 王曉劍 申請人:西安交通大學