一种基于降压型AC-DC和中频隔离型DC-DC的电力电子变压器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于降压型AC‑DC和中频隔离型DC‑DC的电力电子变压器，降压型AC‑DC换流器与中频隔离型DC‑DC换流器通过直流端口相连接，且降压型AC‑DC换流器与中频隔离型DC‑DC换流器的子模块数量相解耦。本发明专利技术采用子模块数量相解耦的降压型AC‑DC换流器和中频隔离型DC‑DC换流器来构建电力电子变压器，降压型AC‑DC换流器引入电力电子变压器的拓扑中，降低了电力电子变压器中第一直流端口的电压等级，进而减小中频隔离型DC‑DC换流器中的子模块数量，以实现紧凑化设计，显著地降低系统的成本和体积，提高功率密度和运行效率；同时，该电力电子变压器具有多种类型的交直流端口，便于实现“源‑网‑荷‑储”系统的能量一体化管理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于降压型AC-DC和中频隔离型DC-DC的电力电子变压器
本专利技术属于电力电子
，特别涉及一种基于降压型AC-DC和中频隔离型DC-DC的电力电子变压器。
技术介绍
随着能源紧缺和环境污染问题的日益突出，大规模新能源发电、高渗透分布式发电、新能源交通工具以及大规模储能系统等的发展趋势不可逆转。电力系统也正向“源–网–荷–储”协调优化运行的新阶段发展，并将成为未来能源互联网的核心和纽带。传统电力系统是自上而下的树状结构；在其电源、电网、负荷、储能等各个环节中，可用于调控的一次装备主要是分段和联络开关、变压器分接头、投切电容器等非智能手段，且具有操作寿命有限、调节精度较低的缺点。而未来电力系统是由自下而上的电能自治单元通过对等互联形成的，是一个开放、互联、对等、分享的体系；这个体系要求信息和电能的高度融合，要求具备精确、连续、快速、灵活的调控手段；在这种背景催生下，基于电力电子技术的“电能路由器”概念应运而生。近年来，电力电子装置与系统已经可以满足广泛的应用需求，包括家用电器、不间断电源、工业生产、机车牵引及新型电力系统等各个行业。面向这些应用的电力电子装置正朝着高功率密度、高能量密度、高效能及智能化、模块化的方向发展，并呈现出新的特点：1)更多地采用硅基功率半导体模块组合技术和宽禁带功率半导体器件；2)更多地采用由多个变换单元灵活组合的方式构成的多功能变换器；3)更多地形成多端口、多级联、多流向和多形态的电能变换形式。以上所述特点都大大提高了电力电子装置的变换效率和路由能力，奠定了电能路由器的技术基础。由于能源互联网的形式多样，电能路由器的组网形式也呈现多样化的趋势。因此，如何实现多端口、低成本、高功率密度的紧凑化电力电子变压器设计成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的技术目的是提供一种基于降压型AC-DC和中频隔离型DC-DC的电力电子变压器，该电力电子变压器的降压型AC-DC换流器和中频隔离型DC-DC换流器的子模块数量相解耦，通过将降压型AC-DC换流器引入电力电子变压器的拓扑中，有效减少中频隔离型DC-DC换流器中的子模块数量，降低了系统的成本和体积，同时该电力电子变压器具有多种类型的交直流端口，便于实现“源-网-荷-储”系统的能量一体化管理。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于降压型AC-DC和中频隔离型DC-DC的电力电子变压器，电力电子变压器包括降压型AC-DC换流器和中频隔离型DC-DC换流器，降压型AC-DC换流器与中频隔离型DC-DC换流器通过直流端口相连接，且降压型AC-DC换流器与中频隔离型DC-DC换流器的子模块数量相解耦。进一步地，所述降压型AC-DC换流器的交流侧接入交流电网或交流电源，所述降压型AC-DC换流器的直流侧通过第一直流端口与中频隔离型DC-DC换流器相连；所述中频隔离型DC-DC换流器的第二直流端口连接储能系统或逆变器系统。进一步地，所述降压型AC-DC换流器的交流侧电压Vacp和直流侧电压Vdc满足：Vacp≤Vdc。进一步地，所述降压型AC-DC换流器的拓扑结构采用全桥型模块化多电平换流器结构或混合型模块化多电平换流器结构。进一步地，所述降压型AC-DC换流器用于降低第一直流端口的电压等级，以减小后级中频隔离型DC-DC换流器的子模块数量。进一步地，所述中频隔离型DC-DC换流器的工作频率小于2kHz。进一步地，所述中频隔离型DC-DC换流器采用额定电压等级≥3.3kV的高压器件。进一步地，所述高压器件的类型为绝缘栅双极型晶体管或集成门极换流晶闸管。进一步地，所述中频隔离型DC-DC换流器的拓扑结构采用模块化组合型、器件串联型或模块化多电平换流器型。进一步地，所述中频隔离型DC-DC换流器的拓扑结构采用具有多绕组隔离变压器进行构建，以实现多端口或双极运行。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术首次将降压型AC-DC换流器引入电力电子变压器的拓扑中，采用子模块数量相解耦的降压型AC-DC换流器和中频隔离型DC-DC换流器来构建电力电子变压器，其中降压型AC-DC换流器用来降低电力电子变压器中第一直流端口的电压等级，以此来减小中频隔离型DC-DC换流器中的子模块数量，DC-DC换流器采用中频隔离和高压器件进行构建以实现紧凑化设计，也可采用具有多绕组隔离变压器进行构建以实现多端口或双极运行，进而可以显著地降低系统的成本和体积，提高功率密度和运行效率；同时，该电力电子变压器具有多种类型的交直流端口，便于实现“源-网-荷-储”系统的能量一体化管理。附图说明图1为本专利技术基于降压型AC-DC和中频隔离型DC-DC换流器的电力电子变压器结构示意图；图2为全桥降压型MMC拓扑结构；图3为混合降压型MMC拓扑结构；图4为输入串联输出并联型DC-DC拓扑结构；图5为器件串联型DC-DC拓扑结构；图6为MMC型DC-DC拓扑结构；图7为五电平MMC拓扑结构；图8为通过多绕组隔离变压器来构造第二直流端口为多端口的中频隔离型DC-DC换流器。其中的附图标记为：降压型AC-DC换流器1、中频隔离型DC-DC换流器2。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。以下实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术提供了一种基于降压型AC-DC和中频隔离型DC-DC的电力电子变压器，包括降压型AC-DC换流器1和中频隔离型DC-DC换流器2；降压型AC-DC换流器1的交流侧用于接入交流电网/交流电源，降压型AC-DC换流器1的直流侧通过第一直流端口与中频隔离型DC-DC换流器2相连；而中频隔离型DC-DC换流器2的第二直流端口可以进一步连接储能系统或逆变器系统；且降压型AC-DC换流器1与中频隔离型DC-DC换流器2的子模块数量相解耦，即降压型AC-DC换流器1的子模块数量仅根据直流端口电压确定，而与中频隔离型DC-DC换流器2的子模块数量无关，相较于传统的级联H桥型电力电子变压器中，级联H桥的子模块数量必须与DC-DC换流器的子模块数量相同，本系统的设计无一定约束性。其中，降压型AC-DC换流器1的交流侧电压Vacp和直流侧电压Vdc满足：Vacp≤Vdc，即交流侧电压的峰值应小于直流侧电压；降压型AC-DC换流器1的拓扑结构采用全桥型模块化多电平换流器(MMC)结构(如图2所示)或混合型模块化多电平换流器结构(如图3所示)或其他能实现降压功能的AC-DC换流器，用于降低第一直流端口的电压等级，从而减小后级中频隔离型DC-DC换流器2的子模块数量，降低系统成本，提高功率密度。其中，全桥型模块化多电平换流器(MMC)即每一个子模块均为全桥的MMC换流器，而混合型模块化多电平换流器则是指所采用的子模块中既包含全桥也包含半桥的MMC换流器。对基于全桥子模块的三相MMC，由于其相比半桥子模块额外多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于降压型AC-DC和中频隔离型DC-DC的电力电子变压器，其特征在于，所述电力电子变压器包括降压型AC-DC换流器(1)和中频隔离型DC-DC换流器(2)，所述降压型AC-DC换流器(1)与中频隔离型DC-DC换流器(2)通过直流端口相连接，且降压型AC-DC换流器(1)与中频隔离型DC-DC换流器(2)的子模块数量相解耦。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于降压型AC-DC和中频隔离型DC-DC的电力电子变压器，其特征在于，所述电力电子变压器包括降压型AC-DC换流器(1)和中频隔离型DC-DC换流器(2)，所述降压型AC-DC换流器(1)与中频隔离型DC-DC换流器(2)通过直流端口相连接，且降压型AC-DC换流器(1)与中频隔离型DC-DC换流器(2)的子模块数量相解耦。


2.根据权利要求1所述的基于降压型AC-DC和中频隔离型DC-DC的电力电子变压器，其特征在于：所述降压型AC-DC换流器(1)的交流侧接入交流电网或交流电源，所述降压型AC-DC换流器(1)的直流侧通过第一直流端口与中频隔离型DC-DC换流器(2)相连；所述中频隔离型DC-DC换流器(2)的第二直流端口连接储能系统或逆变器系统。


3.根据权利要求1所述的基于降压型AC-DC和中频隔离型DC-DC的电力电子变压器，其特征在于：所述降压型AC-DC换流器(1)的交流侧电压Vacp和直流侧电压Vdc满足：Vacp≤Vdc。


4.根据权利要求1所述的基于降压型AC-DC和中频隔离型DC-DC的电力电子变压器，其特征在于：所述降压型AC-DC换流器(1)的拓扑结构采用全桥型模块化多电平换流器结构或混合型模块化多电平换流器结构。


5.根据权利要求1所述的基于降...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彪，安峰，余占清，宋强，曾嵘，崔彬，白睿航，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11