基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器制造技术

本发明专利技术公开了基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器，分为三级：输入级、隔离级和输出级。输入级功率变换器输出端与高频DC/AC环节功率变换器的输入端相连接；高频DC/AC环节功率变换器的输出端接高频变压器的原边，高频变压器的副边接高频AC/DC环节的功率变换器的输入端；高频AC/DC环节的功率变换器的输出端与输出级功率变换器的输入端相连接；输出级功率变换器的输出端连接LC滤波器的输入端，LC滤波器接三相供电网络。本发明专利技术可以实现传统电力变压器的变压、隔离、能量传递等等基本功能，面对不同等级的输入电压，只需要计算对应输入级串联模块数，按照对应模块数串联便可承受对应电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子变压器
，涉及基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器。
技术介绍
在电力系统中，主要起变压和隔离作用的传统电力变压器被广泛应用。一方面，传统电力变压器具有效率高、成本低、可靠性高、结构简单等优点；另一方面，它也具有明显的缺点，笨重、体积大、空载损耗大，功能单一，使用变压器油对环境构成威胁，带非线性负载时畸变电流会污染电网，电网有波动时又会影响负载等等。随着电力系统的发展，尤其是分布式发电系统及新能源的发展，迫切需要一种新的电能转换装置除了实现电气隔离和变压功能之外还能实现负载侧调压、功率因素校正、输入输出两侧谐波抑制等等功能，同时体积小、重量轻、空载损耗小。显然，传统电力变压器无法满足这些应用要求。 随着电力电子技术的发展，电力电子变压器(PET—Power electronictransformer)或固态变压器(SST—Solid-state transformer)的概念被提出用来解决这些传统电力变压器无法解决的问题。PET自上世纪70年代初被提出之后，经历了 40年断断续续的发展，许多拓扑被提出。这些拓扑从级联的级数角度，可分为单级结构、两级结构和三级结构；从模块化角度可分为基于全桥结构和基于二极管钳位或飞跨电容结构两类。从级联的级数角度看，级联的级数越多，PET能够实现的功能就越多，因而现在主要基于三级结构；从模块化角度看，对于大功率高电压电压应用场合，基于全桥结构比基于二极管钳位或飞跨电容结构有更大的优势，因而也是现在研究的主流。目前，由于现有电力电子器件成本相对来说比较高，电力电子变压器总体成本上相对于传统电力变压器要高很多。随着电力电子器件水平和高频变压器材料的发展，电力电子变压器将会逐步替代传统电力变压器在电力系统中的位置。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供一种基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器，不仅能够实现传统变压器电压变换、电气隔离和能量双向传递的功能，而且便于生产、调试和维护。本专利技术是通过以下技术方案来实现第一种基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器，其拓扑结构包括输入级、隔离级、输出级，每级的功率变换器均包括两个输入端和两个输出端；输入级的三相中，每相包括N个相同的串联的输入级功率变换器，N为自然数，每个输入级功率变换器的两个输出端之间并联有直流储能电容；每相串联的输入级功率变换器总的交流侧连接有电抗器，再与输入电网的一相相连接，相与相之间三角形连接或星形连接；隔离级的三相中，每相包括N个通过高频变压器连接的高频DC/AC环节功率变换器和高频AC/DC环节的功率变换器；每相的每个高频DC/AC环节功率变换器与输入级的对应相的输入级功率变换器一一对应连接；输出级的三相中，每相的输出级功率变换器与高频AC/DC环节的功率变换器一一对应连接，N个中的每个输出级功率变换器的两个输入端之间并联有输出级直流储能电容，交流侧连接有LC滤波器；各相的输出级功率变换器的一个输出端连接LC后并联后分别汇集成a相、b相和c相，所有输出级功率变换器的另一个输出端汇集于η点。所述的输入级功率变换器、高频DC/AC环节功率变换器、高频AC/DC环节的功率变换器和输出级功率变换器均采用全控型单相全桥功率变换器。所述的输入级功率变换器输出端与高频DC/AC环节功率变换器的输入端相连接； 高频DC/AC环节功率变换器的输出端接高频变压器的原边，高频变压器的副边接高频AC/DC环节的功率变换器的输入端；高频AC/DC环节的功率变换器的输出端与输出级功率变换器的输入端相连接；输出级功率变换器的输出端连接LC滤波器的输入端，LC滤波器接三相供电网络。第二种基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器，其拓扑结构包括输入级、隔离级、输出级，输入级、隔离级的功率变换器均包括两个输入端和两个输出端；输出级的功率变换器包括两个输入端和三个输出端；输入级的三相中，每相包括N个相同的串联的输入级功率变换器，N为自然数，每个输入级功率变换器的两个输出端之间并联有直流储能电容；每相串联的输入级功率变换器总的交流侧连接有电抗器，再与输入电网的一相相连接，相与相之间三角形连接或星形连接；隔离级的三相中，每相包括N个通过高频变压器连接的高频DC/AC环节功率变换器和高频AC/DC环节的功率变换器；每相的每个高频DC/AC环节功率变换器与输入级的对应相的输入级功率变换器一一对应连接；输出级的三相中，每相的输出级功率变换器与高频AC/DC环节的功率变换器一一对应连接，N个中的每个输出级功率变换器的两个输入端之间并联有输出级直流储能电容，各相的输出级功率变换器的三个输出端均连接LC滤波器，通过LC滤波器并联汇集成a相、b相、c相。所述的输入级功率变换器、高频DC/AC环节功率变换器和高频AC/DC环节的功率变换器均采用全控型单相全桥功率变换器；输出级功率变换器采用全控型三相三桥臂功率变换器。第三种基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器，其拓扑结构包括输入级、隔离级、输出级，每级的功率变换器均包括两个输入端和两个输出端；输入级的三相中，每相包括2N个相同的串联的输入级功率变换器，N为自然数，每个输入级功率变换器的两个输出端之间并联有直流储能电容；每相串联的输入级功率变换器总的交流侧连接有电抗器，再与输入电网的一相相连接，相与相之间三角形连接或星形连接；隔离级的三相中，每相包括2N个通过高频变压器连接的高频DC/AC环节功率变换器和高频AC/DC环节的功率变换器；每相的每个高频DC/AC环节功率变换器与输入级的对应相的输入级功率变换器一一对应连接；每相隔离级的中的两个高频AC/DC环节的功率变换器并联后与对应相的输出级功率变换器相连接，每个输出级功率变换器的两个输入端之间并联有输出级直流储能电容，各相的输出级功率变换器的一个输出端通过LC滤波器并联分别汇集成a相、b相、c相，所有的输出级功率变换器的另一个输出端汇集成η点。所述的输入级功率变换器、高频DC/AC环节功率变换器、高频AC/DC环节的功率变换器和输出级功率变换器均采用全控型单相全桥功率变换器。第四种基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器，其拓扑结构包括输入级、隔离级、输出级，输入级、隔离级的功率变换器均包括两个输入端和两个输出端；输出级的功率变换器包括两个输入端和三个输出端； 输入级的三相中，每相包括2Ν个相同的串联的输入级功率变换器，N为自然数，每个输入级功率变换器的两个输出端之间并联有直流储能电容；每相串联的输入级功率变换器总的交流侧连接有电抗器，再与输入电网的一相相连接，相与相之间三角形连接或星形连接；隔离级的三相中，每相包括2Ν个通过高频变压器连接的高频DC/AC环节功率变换器和高频AC/DC环节的功率变换器；每相的每个高频DC/AC环节功率变换器与输入级的对应相的输入级功率变换器一一对应连接；每相隔离级的中的两个高频AC/DC环节的功率变换器并联后与对应相的输出级功率变换器相连接，N个中的每个输出级功率变换器的两个输入端之间并联有输出级直流储能电容，各相的输出级功率变换器的三个输出端均连接LC滤波器，通过LC滤波器并联汇集成a相、b相、c相。所述的输入级功率变换器、高频DC/AC环节功率变换器和高频AC/DC环节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器，其特征在于，其拓扑结构包括输入级、隔离级、输出级，每级的功率变换器均包括两个输入端和两个输出端；输入级的三相中，每相包括N个相同的串联的输入级功率变换器（2），N为自然数，每个输入级功率变换器（2）的两个输出端之间并联有直流储能电容（3）；每相串联的输入级功率变换器总的交流侧连接有电抗器（1），再与输入电网的一相相连接，相与相之间三角形连接或星形连接；隔离级的三相中，每相包括N个通过高频变压器（5）连接的高频DC/AC环节功率变换器（4）和高频AC/DC环节的功率变换器（6）；每相的每个高频DC/AC环节功率变换器（4）与输入级的对应相的输入级功率变换器（2）一一对应连接；输出级的三相中，每相的输出级功率变换器（8）与高频AC/DC环节的功率变换器（6）一一对应连接，N个中的每个输出级功率变换器（8）的两个输入端之间并联有输出级直流储能电容（7），交流侧连接有LC滤波器（9）；各相的输出级功率变换器（8）的一个输出端连接LC后并联后分别汇集成a相、b相和c相，所有输出级功率变换器（8）的另一个输出端汇集于n点。

【技术特征摘要】
1.一种基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器，其特征在于，其拓扑结构包括输入级、隔离级、输出级，每级的功率变换器均包括两个输入端和两个输出端； 输入级的三相中，每相包括N个相同的串联的输入级功率变换器(2)，N为自然数，每个输入级功率变换器(2)的两个输出端之间并联有直流储能电容(3);每相串联的输入级功率变换器总的交流侧连接有电抗器(1)，再与输入电网的一相相连接，相与相之间三角形连接或星形连接； 隔离级的三相中，每相包括N个通过高频变压器(5 )连接的高频DC/AC环节功率变换器(4)和高频AC/DC环节的功率变换器(6);每相的每个高频DC/AC环节功率变换器(4)与输入级的对应相的输入级功率变换器(2)--对应连接； 输出级的三相中，每相的输出级功率变换器(8)与高频AC/DC环节的功率变换器(6)一一对应连接，N个中的每个输出级功率变换器(8)的两个输入端之间并联有输出级直流储能电容(7)，交流侧连接有LC滤波器(9)； 各相的输出级功率变换器(8)的一个输出端连接LC后并联后分别汇集成a相、b相和c相，所有输出级功率变换器(8)的另一个输出端汇集于η点。2.如权利要求I所述的基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器，其特征在于，所述的输入级功率变换器(2)、高频DC/AC环节功率变换器(4)、高频AC/DC环节的功率变换器(6)和输出级功率变换器(8)均采用全控型单相全桥功率变换器。3.如权利要求I所述的基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器，其特征在于，所述的输入级功率变换器(2)输出端与高频DC/AC环节功率变换器(4)的输入端相连接； 高频DC/AC环节功率变换器(4)的输出端接高频变压器(5)的原边，高频变压器(5)的副边接高频AC/DC环节的功率变换器(6)的输入端； 高频AC/DC环节的功率变换器(6)的输出端与输出级功率变换器(8)的输入端相连接；输出级功率变换器(8 )的输出端连接LC滤波器(9 )的输入端，LC滤波器(9 )接三相供电网络。4.一种基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器，其特征在于，其拓扑结构包括输入级、隔离级、输出级，输入级、隔离级的功率变换器均包括两个输入端和两个输出端；输出级的功率变换器包括两个输入端和三个输出端； 输入级的三相中，每相包括N个相同的串联的输入级功率变换器(2)，Ν为自然数，每个输入级功率变换器(2)的两个输出端之间并联有直流储能电容(3);每相串联的输入级功率变换器总的交流侧连接有电抗器(1)，再与输入电网的一相相连接，相与相之间三角形连接或星形连接； 隔离级的三相中，每相包括N个通过高频变压器(5)连接的高频DC/AC环节功率变换器(4)和高频AC/DC环节的功率变换器(6);每相的每个高频DC/AC环节功率变换器(4)与输入级的对应相的输入级功率变换器(2)--对应连接； 输出级的三相中，每相的输出级功率变换器(8 )与高频AC/DC环节的功率变换器(6 )一一对应连接，N个中的每个输出级功率变换器(8)的两个输入端之间并联有输出级直流储能电容(7 )，各相的输出级功率变换器(8 )的三个输出端均连接LC滤波器(9 )，通过LC滤波器(9 )并联汇集成a相、b相、c相。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘进军，王新宇，徐涛涛，王晓剑，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
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