一种多端口电力电子变压器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电力设备技术领域，尤其涉及电力电子变压器。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着大功率电力电子器件技术与现代控制理论的发展，一种通过电力电 子技术实现电能变换的设备--电力电子变压器（Power Electronic Transformer，PET) 正越来越受到国内外学者的重视。目前已有用于配电网的电力电子变压器设备投入运行。 PET由于其高可控性、高供电质量以及谐波少的优良特性有着广阔的应用前景。但现有结构 的电力电子变压器也存在一些缺点，特别是多电源场合下的应用。
[0003] 传统的多电平拓扑结构，随着电平数和直流端口的增加，所需的电力电子器件以 及拓扑的复杂程度都将大大增加。而本实用新型中，设计了基于混合级联结构的多端口电 力电子变压器，级联H桥与多个直流输出子模块连接，特别适合于高电压变换到较低直流 电压或直流侧电流数需求较多的应用场合，如分布式储能系统、电动汽车充电等。前级整流 器桥臂电压变化率（dv/dt)和电流变化率（di/dt)都较低，开关器件承受的电压应力小，且 直流侧电容的耐压值、容量和体积大大减小。交流侧电平数比传统电力电子变压器多，各次 谐波含有率和总谐波畸变率也大大降低，从而可以减小甚至省去大容量的交流滤波器。全 模块化的结构也使得容量拓展和冗余设计更为容易。
[0004] 现有的技术方案一：包括模块化多电平整流器、隔离级和逆变器，模块化多电平整 流器包括多个子模块，逆变器包括多个相互并联连接的功率变换模块。现有技术一的缺点： (1)高压侧电平数少，谐波含量较高。（2)逆变器电路包括多个功率变换模块，器件冗余，成 本高。
[0005] 现有的技术方案一：包括模块化多电平整流器、隔离级和逆变器，模块化多电平整 流器包括多个子模块，逆变器包括多个相互并联连接的功率变换模块。现有技术一的缺点： (1)高压侧电平数少，谐波含量较高。（2)逆变器电路包括多个功率变换模块，器件冗余，成 本高。 【实用新型内容】
[0006] 为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种基于混合级联结构的多端口电力电 子变压器及其控制方法。
[0007] 本实用新型的技术方案如下：
[0008] -种多端口电力电子变压器，其特征在于：所述电力电子变压器拓扑结构包括整 流级和中间隔离级，整流级包括M个混合级联模块，所述混合级联模块包括一个H桥整流 模块和与之连接的η个子模块串联而成的模块，中间隔离级包括M*n个隔离模块；H桥整流 模块的输入端作为混合级联模块的输入端，所述H桥整流模块的输入端通过级联后接入电 网，所述H桥整流模块的输出端与所述η个子模块串联而成的模块的两个输入端连接，每个 子模块的输出端作为混合级联模块的输出端，每个子模块具有两个输出端，Μ*η个整流子模 块的输出端分别和与之相应的隔离模块的输入端连接；所述M*n个隔离模块的输出端均作 为电力电子变压器的直流输出端，直流输出端根据所需电压等级和输出容量串并联；
[0009] 所述子模块包括半桥电路和电容，所述半桥电路与所述电容并联。
[0010] 所述的一种多端口电力电子变压器，其特征在于：还包括DC-AC逆变器，所述的直 流输出端并联形成直流母线，所述直流母线接入所述DC-AC逆变器直流侧，所述的DC-AC逆 变器交流侧连接低压交流电网。
[0011] 所述的一种多端口电力电子变压器，其特征在于：所述的DC-AC逆变器包括全桥 逆变电路和LC滤波电路，所述的逆变电路由储能电容和六个带反并联二极管的IGBT构成， 所述的储能电容包括上级电容和下级电容，上级电容和下级电容为串联关系。
[0012] 所述的隔离模块包括由逆变电路、中频变压器、整流电路，所述的逆变电路输入端 分别与所述的整流级的子模块输出端连接；所述的中频变压器高压侧与逆变电路输出端连 接；所述的整流电路与中频变压器低压侧连接。
[0013] 所述的逆变电路为单相全桥逆变电路，所述的逆变电路由四个带反并联二极管 的IGBT构成；所述的整流电路为全桥整流电路，所述的整流电路由四个带反并联二极管的 IGBT构成。
[0014] 所述的一种多端口电力电子变压器，其特征在于：其控制电路包括：
[0015] 整流级第一控制电路，用于控制H桥整流模块；
[0016] 整流级第二控制电路，用于控制整流级子模块；
[0017] 中间隔离级第一功率计算电路，用于计算中间隔离级模块功率。
[0018] 所述整流级第一控制电路包括： _η η
[0019] 总电压合成电路，计算整流级直流侧总电压Σ ;并将Σ 输出给电压外 k=1 ^=.1. 环PI控制器和所述的整流级第二控制电路；
[0020] 参考电压放大电路，将各模块直流侧电压参考值U_ref放大η倍，并发送给电压外 环PI控制器；
[0021] PLL锁相环电路，用于获取瞬时电压Us的相位；
[0022] 正弦发生电路，与所述PLL锁相环连接，用于根据PLL锁相环获取的Us相位，得到 与Us同相的正弦信号Sinwt ;
[0023] 电压外环PI控制器，用于对直流侧总电压与η倍各子模块直流侧参考电压Udc_ ref的差值进行PI调节，得到高压交流电网侧电流参考值Is* ;
[0024] 电流内环P控制器，用于对高压交流电网侧电流Is与高压交流电网侧电流参考值 Is*的差值进行P调节，得到级联H桥模块调制信号。
[0025] 所述整流级第二控制电路包括：
[0026] 除法电路，用于计算各子模块直流输出平均电压V_ref ;
[0027] PI控制器，用于对直流输出平均电压V_ref与各子模块直流输出电压Udcl、 Udc2…Udcn的差值进行PI调节，得到各子模块调制信号。
[0028] 所述中间隔离级第一功率计算电路，包括：
[0029] 低通滤波器LPF，用于将脉冲直流信号idl、id2-idn转变成连续直流信号 IdI、id2... idn;
[0030] 功率计算单元，通过Uco分别与1C}1、id2...idn相乘，计算出各个隔离级传输的 功率；
[0031 ] 中间隔离级第一 PI控制器，用于将低压侧直流输出电压Uco与低压侧直流输出电 压参考值的差值进行PI控制，得到中间隔离级传输的总功率参考值，将其除以n，即得到各 中间隔尚级传输功率的参考值PDffi;
[0032] 中间隔离级第二PI控制器，用于将各个中间隔离级传输的功率PDAB1、Ρ_ 2···Ρ_η 与中间隔离级传输功率的参考值Ρ_的差值进行PI调节，得到各隔离模块移相控制角 φ?> φ2：...φη&
[0033] 相对于现有技术，本实用新型技术方案的有益效果如下：
[0034] (1)采用混合级联拓扑结构，特别适合于高压电变换到多端口低电压场合应用；
[0035] (2)除实现传统电力电子变压器功能，还能满足相同直流端数量下，电力电子器件 的大量减少，大幅度节约成本；
[0036] (3)整流后直流电源多，电压小，可减小电容耐压值，减小电容体积；
[0037] (4)使用简单的算法就可以使电容电压达到平衡；
[0038] (5)全模块化的结构使得容量拓展更方便，子模块数量根据需求增减。
【附图说明】
[0039] 图1是本发明的一个优选实施例的系统结构图；
[0040] 图2是本发明的一个优选实施例的混合级联模块结构图；
[0041] 图3是本发明的一个优选实施例的中间隔离级结构图；
[0042] 图4是本发明的一个优选实施例的混合级联模块的电压外环电流内环双闭环控 制框图；
[0043] 图5是本发明的一个优选实施例的中间隔离级的功率闭环移相控制框图；
[0044] 图6是本发明的一个优选实施例的逆变器的电压外环电流内环双闭环控制框图。
【具体实施方式】
[0045] 下面结合附图进一步说明本实用新型的技术方案。
[0046] 图1所示，一种多端口电力电子变压器由三级结构组成，整流级、中间隔离级和输 出级。整流级为混合级联结构，其中输入的高压交流电经H桥级联整流，得到不稳定的直流 电压，再通过每个子模块的均衡充放电，达到电容电压的基本平衡。中间隔离级为双向全桥 变换器（DAB)，控制能量流动，其中中频变压器（MFT