一種多端口變流器，由基本模塊（1、2、3）和平衡電路組成。第一基本模塊（1）由模塊化多電平變流器構成，其交流側作為第一端口，直流側作為直流母線。第二基本模塊（2）和第三基本模塊（3）均由隔離鏈接級（6）串、并聯組成。第二、第三基本模塊的高壓側串聯后與直流母線并聯，且高壓側每一級并聯一個大小相同的電容。第二基本模塊的低壓側為第二端口，第三基本模塊的低壓側為第三端口。第一平衡電路（4）由一個副邊多繞組的單相隔離變壓器及其附屬H橋構成，連接在第三端口和直流母線之間。第二平衡電路（5）由隔離鏈接級（6）構成，連接在第二、第三基本模塊（2、3）的高壓側之間。所述多端口變流器包含一個平衡電路。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種變流器。
技術介紹
近年來，有很多研究致力于開發清潔、安全、可持續、經濟的電能。可再生能源不容易被接入供電系統，必須由電力電子變流設備連接，由于這個原因，電力電子設備越來越多的被用于高壓大功率的系統中。許多電力系統方面的研究都圍繞在能夠提供更加靈活、智能的功率控制的電力電子設備。多端口變流器不同于普通的單端口輸入、單端口輸出的變流器，由于具有特殊的結構，可以單端口輸入、多端口輸出，或者多端口輸入、單端口輸出，甚至多端口輸入、多端口輸出，因而能夠更加靈活的控制功率的流動，作為電網中的節點可 以充分發揮其優勢。多端口變流器的拓撲有幾種，其中比較新的是英國的UNIFLEX項目提出的多端口變流器拓撲，是基于隔離型全橋DC/DC變換器的高度模塊化變流器。眾所周知，可再生能源不太容易接入電網，必須通過電力電子變流器，多端口變流器不僅可連接不同的負載、電源，還可以用于連接可再生能源和燃料電池等儲能系統，是一種清潔、高效、可持續的電能轉換系統。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有多端口變流器電壓難以平衡的缺點，提出兩種由電路箝位進行電壓平衡控制的多端口變流器新拓撲。本專利技術不僅可以實現電能的雙向流動，同時保持兩側的電氣隔離，而且可以帶不同的負載并保持電壓平衡，能夠連接分布式電力能源，滿足未來智能電網的不同電力能量轉換的需求。本專利技術多端口變流器由三個基本模塊和平衡電路組成。本專利技術多端口變流器共有三個端口，三個端口分別位于三個基本模塊中。三個端口中，第一端口的功率等于第二端口和第三端口的功率之和。第一基本模塊由模塊化多電平變流器構成；第二基本模塊和第三基本模塊結構相同，均由隔離鏈接級串并聯構成。第一平衡電路由副邊多繞組的單相隔離變壓器及附屬H橋構成，第二平衡電路由隔離鏈接級構成。本專利技術多端口變流器具有以下技術特點I.能夠實現能量的雙向流動、電氣隔離等基本功能；2.可以連接三個處于不同相位甚至不同頻率的系統；3.第一端口功率等于第二端口和第三端口功率之和；4.由于平衡電路的存在，第二端口和第三端口可以帶不同負載并且保持電壓平衡；5.如果把三個基本模塊替換成其他拓撲的變流器，保留平衡電路，仍然能夠構成可行的多端口變流器；6.本專利技術可以連接分布式電力能源，作為電網中的多端口節點，滿足不同電力能量轉換的需求。附圖說明圖I本專利技術實施例I的原理圖；圖2本專利技術實施例2的原理圖；圖3本專利技術中第一基本模塊中的模塊化多電平變流器子模塊結構原理圖；圖4本專利技術中隔離鏈接級的隔離型全橋DC/DC變換器結構原理圖；圖5本專利技術中平衡電路4的結構原理圖；圖6本專利技術實施例I的仿真波形； 圖7本專利技術實施例2的仿真波形； 圖8本專利技術實施例I的仿真波形；圖9本專利技術實施例2的仿真波形；圖中1第一基本模塊，2第二基本模塊，3第三基本模塊，4第一平衡電路，5第二平衡電路，6-1、6-2，……6-n，6-n+l、6-n+2，……6_2n基于隔離型全橋DC/DC變換器的隔離鏈接級，7-1、7-2，……7-m基于半橋結構的模塊化多電平變流器子模塊，LI，L2，……L6第一基本模塊I中的模塊化多電平變流器橋臂電感，Csm第一基本模塊I中模塊化多電平變流器的子模塊電容，Cl，C2，……C2n直流母線電容，Cp2第二端口直流母線電容；Cp3第三端口直流母線電容。具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式對本專利技術做進一步說明。圖I為本專利技術實施例I包含平衡電路4的多端口變流器。如圖I所示，本專利技術實施例I由第一基本模塊I、第二基本模塊2、第三基本模塊3以及第一平衡電路4組成。所述的第一基本模塊I由模塊化多電平變流器構成，模塊化多電平變流器有三相，每相分上下兩橋臂，共六個橋臂。每個橋臂由m個子模塊7-1、7-2，……7-m，m彡4，以及一個橋臂電感串聯組成。六個橋臂電感L1，L2，……L6分別串聯在六個橋臂中。子模塊結構如圖3所示，每個子模塊由兩個帶反并聯二極管的IGBTjP S1、S2串聯組成半橋結構，SI、S2串聯后的兩端之間并聯一個子模塊電容Csm，S2的兩端引出作為子模塊對外連接的正、負端口。多個子模塊串聯時，一個子模塊的正端口連接另一子模塊的負端口。第一基本模塊I中的所有子模塊結構完全相同。模塊化多電平變流器交流側的三相作為本專利技術多端口變流器的第一端口，模塊化多電平變流器的直流側作為本專利技術多端口變流器的直流母線。所述的第二基本模塊2和第三基本模塊3結構完全相同，均由η級隔離鏈接級串并聯構成。隔離鏈接級的結構是隔離型全橋DC/DC變換器。第二基本模塊2由η個隔離型全橋DC/DC變換器6-1、6-2，……6-η串并聯組成，第三基本模塊3η個隔離型全橋DC/DC變換器6-n+l、6-n+2，……6_2n串并聯組成，η彡4。如圖4所示，每個所述的隔離型全橋DC/DC變換器由兩個IGBT組成的H橋和一個高頻單相隔離變壓器組成，所述的變壓器變比為1:1，變比也可根據設計需要變化。所述的變壓器的原邊和副邊分別連接兩個H橋的交流側，兩個H橋的直流側作為對外連接的端口，一個H橋的直流側為輸入側，此直流側的兩個端子分別為正、負端，另一個H橋的直流側為輸出側，此直流側的兩個端子分別為正、負端。η級隔離鏈接級的輸入側串聯，n ^ 4,即每級隔離鏈接級的輸入側正端子與另一級隔離鏈接級輸入側的負端子相連，每級隔離鏈接級的輸出側與另一級隔離鏈接級的輸出側并聯，即每級隔離鏈接級的輸出側的正端子接在一起，每級隔離鏈接級的負端子接在一起，構成第二基本模塊。隔離鏈接級的串聯側為第二基本模塊的高壓側，隔離鏈接級的并聯側為第二基本模塊的低壓側。第三基本模塊和第二基本模塊結構完全相同。第二和第三基本模塊的高壓側的每一級隔離鏈接級的輸入側正負端子間并聯一個大小相同的電容Cl，C2，……C2n，然后第二、第三基本模塊的高壓側串聯構成多端口變流器的直流母線，與模塊化多電平變流器的直流側并聯，如圖I所示。第二基本模塊的低壓側正負端子間并聯一個電容Cp2構成本專利技術多端口變流器的第二端口，第三基本模塊的低壓側正負端子間并聯一個電容Cp3構成本專利技術多端口變流器的第三端口。第二、第三端口均為直流端口，其正負端子之間接三相逆變器可形成交流端 □。如圖5所示，第一平衡電路4由副邊多繞組的單相隔離變壓器及附屬H橋構成。所述的單相隔離變壓器具有單輸入繞組，2n組輸出繞組，變比是1:1，I, I,……，I。單相隔離變壓器的原邊連接第一附屬H橋的交流側，第一附屬H橋的直流側并聯在第三基本模塊3的低壓側，也可以并聯在第二基本模塊2的低壓側。單相隔離變壓器副邊的每一組繞組連接一個附屬H橋的交流側，共2n個繞組和2n個H橋，所述的2n個附屬H橋的直流側分別并聯在本專利技術多端口變流器的直流母線的2n個電容上。在第二端口、第三端口的負載不同時，通過第一平衡電路4中的副邊多繞組單相隔離變壓器對直流母線電容Cl，C2，……C2n的電壓分別進行箝位，從而使得第二端口、第三端口帶不同負載時，保持電壓平衡，使本專利技術多端口變流器穩定。圖2為本專利技術實施例2包含平衡電路5的多端口變流器。如圖2所示，本專利技術實施例2由三個基本模塊1、2、3和第二平衡電路5組成。三個基本模塊1、2、3的結構與實施例I完全相同。第二平衡電路5由一個隔離鏈接級構成，隔離鏈接級的結構是本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種多端口變流器，其特征在于：所述的多端口變流器由三個基本模塊（1、2、3）和平衡電路構成；第一基本模塊（1）由模塊化多電平變流器構成；第二基本模塊（2）和第三基本模塊（3）由多個隔離鏈接級（6）串并聯構成；第一平衡電路（4）由副邊多繞組的單相隔離變壓器及附屬H橋構成，第二平衡電路（5）由隔離鏈接級構成；所述的多端口變流器共包含三個端口，所述的三個端口分別位于三個基本模塊（1、2、3）中；所述的三個端口中，第一端口的功率等于第二端口和第三端口的功率值和。
【技術特征摘要】
1.一種多端口變流器，其特征在于所述的多端口變流器由三個基本模塊(1、2、3)和平衡電路構成；第一基本模塊(I)由模塊化多電平變流器構成；第二基本模塊(2)和第三基本模塊(3)由多個隔離鏈接級(6)串并聯構成；第一平衡電路(4)由副邊多繞組的單相隔離變壓器及附屬H橋構成，第二平衡電路(5)由隔離鏈接級構成；所述的多端口變流器共包含三個端口，所述的三個端口分別位于三個基本模塊(1、2、3)中；所述的三個端口中，第一端口的功率等于第二端口和第三端口的功率值和。2.如權利要求I所述的多端口變流器，其特征在于所述的基本模塊(I)中，模塊化多電平變流器有三相，每相分上下兩橋臂，每個橋臂由m個子模塊(7-1，7-2，……7-m)和一個橋臂電感串聯組成，m ^ 4 ;每個子模塊由第一第二兩個帶反并聯二極管的IGBT (S1、S2)串聯組成半橋結構，第一 IGBT (SI)和第二 IGBT (S2)串聯后兩端并聯子模塊電容(Csm);第二 IGBT (S2)的兩端引出作為該子模塊對外連接的正端口和負端口 ；多個子模塊串聯時，一個子模塊的正端口連接另一個子模塊的負端口。3.如權利要求I所述的多端口變流器，其特征在于所述的第二基本模塊(2)和第三基本模塊(3)結構相同，均由η級隔離鏈接級串并聯構成，n ^ 4 ;所述的隔離鏈接級為隔離型全橋DC/DC變換器；所述的隔離型全橋DC/DC變換器由兩個IGBT組成的H橋和一個高頻單相隔離變壓器組成，所述的單相隔離變壓器變比為1:1 ;所述的變壓器的原邊和副邊分別連接兩個H橋的交流側，兩個H橋的直流側作為對外連接的端口，一側H橋的直流側成為輸入側，此直流側的兩個端子分別為正、負端，另一側H橋的直流側成為輸出側，此直流側的兩個端子分別為正、負端。4.如權利要求3所述的多端口變流器，其特征在于所述的單相隔離變壓器變比...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王平，馬驍驍，
申請(專利權)人：中國科學院電工研究所，
類型：發明
國別省市：
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