一种级联式多端口变换器及三相中压输入系统的制作方法

本发明属于电力电子技术领域，更具体的说，尤其涉及一种级联式多端口变换器及三相中压输入系统。

背景技术：

传统直流充电桩一般先通过工频降压变压器将中压降至市电电压，如中国为380v，再经电源模块将市电电压变换为可供电动车使用的直流电压，如200－1000vdc，为电动车充电；如图1所示，工频电压器原边绕组与一次侧高压电源相连，工频变压器的副边绕组分别与各个直流充电桩模块的交流侧相连，每个直流充电桩模块的直流侧(如图1所示的vout1、vout2……voutn)连接电源模块的充电口。由于安规的需求，在允许多辆汽车同时充电地场合，电源模块的输入、输出之间需要隔离，因此，不仅各个直流充电桩模块前级需要设置有该工频变压器，而且该直流充电桩模块中还需要在ac/dc变换器(如图1所示的a/d)后级设置有隔离dc/dc变换器(如图1所示的隔离d/d)；从而导致该方案存在夜间自损耗、体积大等缺陷。

因此，有方案提出使用级联式电力电子变压器方案，如图2所示，每个模组(如图2所示的模组1、模组2……模组m)中包括：第一ac/dc变换器(如图2所示的a/d-p1、a/d-p1……a/d-pm)、dc/ac变换器(如图2所示的d/a-p1、d/a-p1……d/a-pm)、变压器和第二ac/dc变换器(如图2所示的a/d-s12、a/d-s22……a/d-sm2)；各个模组的输出端并联成直流母线，再通过各个隔离dc/dc变换器(如图2所示的隔离dc/dc1、隔离dc/dc2……隔离dc/dcn)与电源模块的充电口相连；而本方案中，各个级联模块之间的功率不平衡，进而可能会导致带载级联模块的母线电压超标、对系统造成损伤。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种级联式多端口变换器及三相中压输入系统，用于使相应的模组单元之间功率平衡，提高级联式多端口变换器的安全性。

本发明公开了一种级联式多端口变换器，包括：多个模组单元和多个低压整流单元，所述模组单元包括：至少一个多绕组变压器和至少一个高压变换单元；

各个所述高压变换单元的输入端级联于所述级联式多端口变换器的输入端两端口之间；

所述模组单元中：所述多绕组变压器的原边绕组与相应的所述高压变换单元的输出端相连；所述多绕组变压器的副边绕组与相应的所述低压整流单元的对应输入端相连；

部分所述低压整流单元的输出端共母线相连，以使共母线相连的低压整流单元所连接的各个所述多绕组变压器中，各自均存在至少一个间接共母线连接的所述副边绕组，且至少一个相应所述多绕组变压器存在至少一个独立输出的所述副边绕组。

可选的，共母线相连的低压整流单元所连接的各个多绕组变压器中，均存在至少一个副边绕组通过相应的低压整流单元独立输出；或者，

共母线相连的低压整流单元所连接的各个多绕组变压器中，还至少存在一个模组单元，其内部的副边绕组均用于与其他对应副边绕组实现间接共母线连接。

可选的，共母线相连的各个所述低压整流单元，还通过公共母线与外部电源相连。

可选的，还包括：至少一个额外的冗余模组单元；

所述冗余模组单元内的各个副边绕组均通过相应的低压整流单元独立输出。

可选的，所述低压整流单元的个数等于全部所述副边绕组的总个数，各个所述副边绕组与各个所述低压整流单元的输入端一一对应连接。

可选的，所述低压整流单元的个数小于全部所述副边绕组的总个数，多个独立的所述副边绕组共用同一个所述低压整流单元。

可选的，多个独立的所述副边绕组，包括：不同所述多绕组变压器的副边绕组；和/或，同一所述多绕组变压器中不同磁柱上的副边绕组。

可选的，多个独立的所述副边绕组，串联连接于共用的所述低压整流单元的输入端，或者，并联连接于共用的所述低压整流单元的输入端。

可选的，还包括：多个多端口复用单元；

所述多端口复用单元的各个输入端分别与不同低压整流单元的相应输出端相连。

可选的，所述多端口复用单元包括：多输入耦合支路，或者，多输入耦合支路及其后级的变换器。

可选的，所述多输入耦合支路为以下至少一种：多输入串联结构、多输入并联结构及多输入串并联切换结构。

可选的，所述多端口复用单元包括多输入耦合支路及其后级的变换器，且所述多输入耦合支路包括所述多输入串并联切换结构时：

所述多输入串并联切换结构中的开关均为双向开关。

可选的，若所述变换器为单向变换器，则所述多输入串并联切换结构中连接输入端正极或负极的双向开关包括由二极管替代。

可选的，各个所述模组单元的输入端级联，级联后的两端作为所述级联式多端口变换器的输入端两端口；

所述模组单元中所述高压变换单元为1个时，所述高压变换单元的输入端作为所述模组单元的输入端两端口；所述模组单元中所述高压变换单元多于1个时，各个所述高压变换单元的输入端级联，级联后的两端作为所述模组单元的输入端两端口。

可选的，所述高压变换单元，包括：dc/ac变换器和第一ac/dc变换器；

所述第一ac/dc变换器的交流侧作为所述高压变换单元的输入端；

所述第一ac/dc变换器的直流侧与所述dc/ac变换器的直流侧相连；

所述dc/ac变换器的交流侧作为所述高压变换单元的输出端。

可选的，所述第一ac/dc变换器为全桥式结构或半桥式结构。

可选的，所述低压整流单元，包括：第二ac/dc变换器；

所述第二ac/dc变换器的交流侧作为所述低压整流单元的输入端；

所述第二ac/dc变换器的直流侧作为所述低压整流单元的输出端。

可选的，所述dc/ac变换器通过相应绕组与所述第二ac/dc变换器所构成的结构是：双有源桥结构、llc结构及cllc结构中的任意一种。

本发明第二方面公开了一种三相中压输入系统，包括：三个相单元，所述相单元包括：电感和本发明第一方面任一所述的级联式多端口变换器；其中：

各个所述相单元的输入端首端与中压电网相连；

各个所述相单元的输入端尾端相连；

所述相单元中，所述级联式多端口变换器的输入端首端与所述电感的一端相连；所述电感的另一端作为所述相单元的输入端首端；所述级联式多端口变换器的输入端尾端作为所述相单元的输入端尾端。

本发明第三方面公开了一种三相中压输入系统，包括：mmc变换器和n个直流变换单元，所述直流变换单元包括：电感和本发明第一方面任一所述的级联式多端口变换器；n为正整数；

各个所述直流变换单元的输入端首端与所述mmc变换器的直流侧正极相连；

各个所述直流变换单元的输入端尾端与所述mmc变换器的直流侧负极相连；

所述mmc变换器的交流侧与中压电网相连；

所述直流变换单元中，所述级联式多端口变换器的输入端首端与所述电感的一端相连；所述电感的另一端作为所述直流变换单元的输入端首端；所述级联式多端口变换器的输入端尾端作为所述直流变换单元的输入端尾端；

所述直流变换单元中所述级联式多端口变换器的第一ac/dc变换器由两根直通引线代替。

从上述技术方案可知，本发明提供的一种级联式多端口变换器，各个高压变换单元的输入端级联于级联式多端口变换器的输入端两端口之间；模组单元中：多绕组变压器的原边绕组与相应的高压变换单元的输出端相连；多绕组变压器的副边绕组与相应的低压整流单元的对应输入端相连；一部分低压整流单元独立输出，另一部分的低压整流单元的输出端共母线连接，以使共母线相连的低压整流单元所连接的多绕组变压器中均存在至少一个副边绕组，与其他各个多绕组变压器中相应副边绕组存在间接连接关系；且共母线相连的低压整流单元所连接的各个多绕组变压器中的至少一个，存在至少一个副边绕组无间接连接关系，从而使得相应模组单元之间功率平衡，避免由于功率不平衡而导致带载高压变换单元的母线电压超标、对系统造成损伤的问题，提高级联式多端口变换器的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术实施例提供的一种电源模块的示意图；

图2是现有技术实施例提供的另一种电源模块的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种级联式多端口变换器的示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种级联式多端口变换器的示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种级联式多端口变换器的示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种级联式多端口变换器的示意图；

图7a和图7b为两个独立的副边绕组与低压整流单元连接的示意图；

图8a至8d是本发明实施例提供的另一种级联式多端口变换器的示意图；

图9a至图9c是本发明实施例提供的另一种级联式多端口变换器中第一ac/dc变换器的示意图；

图10a至图10c是本发明实施例提供的一种级联式多端口变换器中第二ac/dc变换器、dc/ac变换器的结构示意图；

图11a至图11f是本发明实施例提供的一种级联式多端口变换器中一种多端口复用单元的示意图；

图12a至图12c是本发明实施例提供的一种级联式多端口变换器中另一种多端口复用单元的示意图；

图13是本发明实施例提供的一种三相中压输入系统的示意图；

图14是本发明实施例提供的另一种三相中压输入系统的示意图；

图15a和图15b是本发明实施例提供的另一种级联式多端口变换器的示意图；

图16a和图16b是本发明实施例提供的另一种级联式多端口变换器的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供一种级联式多端口变换器，用于解决现有技术中级联模块的数量较多，增加了变换器的体积、重量及成本的问题。

参见图3和图8a，该级联式多端口变换器，包括：多个模组单元(如图3和图8a所示的模组1-模组m)和多个低压整流单元(如图3和图8a所示的a/d-s11至a/d-s1n，a/d-s21至a/d-s2n，以及a/d-sm1至a/d-smn)，模组单元包括：至少一个多绕组变压器和至少一个高压变换单元(以1个高压变换单元为例，其模组1中包括如图3所示的a/d-p11与d/a-p11或如8a所示的a/d-p1与d/a-p1，其他模组单元内与此类似)。

各个模组单元的输入端级联，级联后的两端作为级联式多端口变换器的输入端两端口，具体的，如图3所示，模组1的输入端首端作为级联式多端口变换器的输入端首端、与一次侧高压电源的一端相连，模组1的输入端尾端与模组2的输入端首端相连，模组2的输入端尾端与模组3的输入端首端相连；以此类推，模组m-1的输入端尾端与模组m的输入端首端相连，模组m的输入端尾端作为级联式多端口变换器的输入端尾端、与一次侧高压电源的另一端相连。

各个高压变换单元的输入端级联于级联式多端口变换器的输入端两端口之间；模组单元中高压变换单元为1个时，如图8a所示，高压变换单元的输入端作为模组单元的输入端两端口。模组单元中高压变换单元多于1个时，如图3所示，各个高压变换单元的输入端级联，级联后的两端作为模组单元的输入端两端口。

需要说明的是，模组单元的数量m在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

模组单元中：多绕组变压器中的磁芯上绕制有至少一个原边绕组和至少一个副边绕组；原边绕组与相应高压变换单元的输出端相连；各个副边绕组分别与相应的低压整流单元的对应输入端相连。也就是说，一个多绕组变压器的原边侧可以与一个高压变换单元相连(如图8a所示)；或者，一个多绕组变压器的原边侧与多个高压变换单元相连(如图3所示)；一个多绕组变压器的副边侧与一个低压整流单元相连(如图16b模组3所示)；或者，一个多绕组变压器的副边侧与多个低压整流单元相连(如图3和图8a所示)。

部分低压整流单元的输出端共母线相连，另一部分低压整流单元独立输出，以使共母线相连的低压整流单元所连接的各个多绕组变压器中，均存在至少一个副边绕组，通过相应的低压整流单元及公共母线，分别与其他各个多绕组变压器中相应副边绕组存在间接连接关系，并且，共母线相连的低压整流单元所连接的各个多绕组变压器中的至少一个，存在至少一个副边绕组通过相应的低压整流单元独立输出，这种设置方式能够使得共母线相连的低压整流单元所连接的各个模组单元之间的功率得以平衡。

比如，共母线相连的低压整流单元所连接的各个多绕组变压器中，均存在另外至少一个副边绕组通过相应的低压整流单元独立输出(如图8a所示)。或者，共母线相连的低压整流单元所连接的各个多绕组变压器中，还至少存在一个模组单元，其内部的副边绕组均用于与其他对应副边绕组实现间接共母线连接(如图16a和图16b所示)，而缺少通过相应低压整流单元进行独立输出的副边绕组；也即，共母线相连的低压整流单元所连接的各个多绕组变压器中，部分模组单元内部均存在至少一个副边绕组通过相应的低压整流单元独立输出，而部分模组单元内部的副边绕组全部用于与其他对应副边绕组实现间接共母线连接。

实际应用中，还可以设置有至少一个额外的冗余模组单元，该冗余模组单元内的各个副边绕组可以均通过相应的低压整流单元独立输出(如图15a和图15b所示)。

需要说明的是，可以是各个模组单元均能够实现能量交互，也可以是一部分模组能够进行能量交互，一部分模组单元不能够进行能量交互；另外，能够进行能量交互的模组单元中，其部分输出端能够进行能量交互，另一部分不能够进行能量交互；在此不对各个模组单元做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

对于各个模组单元均能够实现能量交互的情况，如多绕组变压器有4个副边绕组，其中3个副边绕组分别通过相应的低压整流单元与其他多绕组变压器中的共3个副边绕组共母线连接；而各个多绕组变压器中另外1个副边绕组分别通过相应的低压整流单元独立输出。对于一部分模组能够进行能量交互，一部分模组单元不能够进行能量交互的情况，如图15b所示，低压整流单元a/d-s11的输出端vout11与低压整流单元a/d-s21的输出端vout21共母线连接；低压整流单元a/d-s12的输出端vout12、低压整流单元a/d-s22的输出端vout22、低压整流单元a/d-s31的输出端vout31，以及，低压整流单元a/d-s32的输出端vout32独立输出，也即模组1和模组2之间能够进行能量交互，而模组3中不与其他模组进行能量交互。图15b是图15a的特例情况，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

以图3所示的模组1为例进行说明，模组1中的一个副边绕组通过低压整流单元a/d/s11(其输出端为vout11)、模组2中的一个副边绕组通过低压整流单元a/d/s21(其输出端为vout21)……模组m中的一个副边绕组通过低压整流单元a/d/sm1(其输出端为voutm1)共母线相连(未进行图示)，各个模组中其余的副边绕组之间是否共母线连接，在此不再一一赘述，只要保证存在至少一组副边绕组共母线连接即可，均在本申请的保护范围内。

如图8a-图8d，图15a、图15b、图16a以及图16b所示；具体的，如8a所示，vout11、vout21……voutm1共母线连接，vout12、vout22……voutm2共母线连接，……，vout1i、vout2i……voutmi共母线连接；剩余的副边绕组均通过相应的低压整流单元独立输出，如vout1(i+1)、vout2(i+1)……voutm(i+1)独立输出，vout1(i+2)、vout2(i+2)……voutm(i+2)独立输出，……，vout1n、vout2n……voutmn独立输出。图15a在图8a的基础之上，增加了一个冗余的模组m+1，其各个输出端vout(m+1)1、vout(m+1)2……vout(m+1)n均独立输出。另外，至少一个模组单元中，也可以仅设置i个用于分别进行间接共母线连接的副边绕组，如图16a中的模组m+1所示，其vout(m+1)1，vout(m+1)2……vout(m+1)i分别与相应的输出端共母线连接。

为了便于说明，以图8b所示的特例情况，来说明如何实现能量的均衡。

具体的，如图8b(图8b中以副边绕组个数为2，模组单元个数为3为例进行展示)所示，模组1中的一个副边绕组与低压整流单元a/d-s11的交流侧相连；模组1中的另一个副边绕组与低压整流单元a/d-s12的交流侧相连；低压整流单元a/d-s11的直流侧作为自身的输出端vout11；低压整流单元a/d-s12的直流侧作为自身的输出端vout12。模组2中的一个副边绕组与低压整流单元a/d-s21的交流侧相连；模组2中的另一个副边绕组与低压整流单元a/d-s22的交流侧相连；低压整流单元a/d-s21的直流侧作为自身的输出端vout21；低压整流单元a/d-s22的直流侧作为自身的输出端vout22。模组3中的一个副边绕组与低压整流单元a/d-s31的交流侧相连；模组3中的另一个副边绕组与低压整流单元a/d-s32的交流侧相连；低压整流单元a/d-s31的直流侧作为自身的输出端vout31；低压整流单元a/d-s32的直流侧作为自身的输出端vout32。

低压整流单元a/d-s11的输出端vout11、低压整流单元a/d-s21的输出端vout21以及低压整流单元a/d-s31的输出端vout31共母线相连，也即不同多绕组变压器中的相应各个副边绕组，均通过相应的低压整流单元实现间接共母线相连；低压整流单元a/d-s12的输出端vout12、低压整流单元a/d-s22的输出端vout22以及低压整流单元a/d-s32的输出端vout32独立输出。

具体的，图8b中箭头线表示在仅低压整流单元a/d-s12的输出端vout12有输出能量需求时的能量流向。模组2、3的高压变换单元分别通过其共母线的低压整流单元向共母线提供总输出1/3能量，再通过模组1的输出端vout11将2/3能量传递至低压整流单元a/d-s12的输出端vout12，模组1的高压变换单元直接向低压整流单元a/d-s12的输出端vout12提供另外的1/3能量，以此来保证高压变换单元的能量均衡。

在实际应用中，共母线相连的各个副边绕组，还可以通过公共母线与外部电源相连。如图8c和图8d所示，低压整流单元a/d-s11的输出端vout11、低压整流单元a/d-s21的输出端vout21以及低压整流单元a/d-s31的输出端vout31通过公共母线与直流电源dc相连。

如图8c则提供了一种低压母线，即公共母线，有额外能量输入时的情况，高压变换单元分别提供相同的能量，而低压侧的公共母线提供额外能量平衡。如图8d则提供了一种更为极限的情况，高压变换单元不提供能量，独立输出的能量完全由低压侧的额外能量输入提供。

图15a和图15b所示的结构中，相应模组单元能量的均衡过程与图8b-图8d所示过程相似，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，低压整流单元是双向的，上述内容中将其交流侧记为输入端，将其直流侧记为输出端。

在本实施例中，在各模组单元均存在至少一个低压整流单元与其他模组单元对应的低压整流单元保持输出端共母线连接的情况下，其他低压整流单元均独立输出，使各个多绕组变压器中，均存在至少一个所述副边绕组，通过相应的低压整流单元及公共母线，分别与其他各个多绕组变压器中相应副边绕组存在间接连接关系；从而可以利用共母线的特性实现每一高压变换单元以及低压整流单元的能量均衡；并且，为系统提供的公共低压母线可以为其他能源接入提供方便，便于实现诸如光储充耦合，提高系统的复用性。

图3所示的实施例中，以其模组1为例进行说明，其具体包括：i个高压变换单元，a/d-p1b与d/a-p1b构成第b个高压变换单元，其中0<b≤i。

具体的，第1个高压变换单元的输入端首端作为模组1的输入端首端，第1个高压变换单元的输入端尾端与第2个高压变换单元的输入端首端相连；第2个高压变换单元的输入端尾端与第3个高压变换单元的输入端首端相连；以此类推，第i-1个高压变换单元的输入端尾端与第i个高压变换单元的输入端首端相连；第i个高压变换单元的输入端尾端作为模组1的输入端尾端。

本实施例通过多绕组变压器中的磁芯上绕制有多个原边绕组和多个副边绕组，多个高压变换单元的对应的原边绕组共用磁芯，利用磁路耦合使得每一组低压整流单元均与高压变换单元耦合，并将多个高压变换单元的能量与多个低压整流单元能量实现交互，可以减少级联式多端口变换器中多绕组变压器的数量，也相应减少低压整流单元的数量；从而减少级联式多端口变换器的体积、重量及成本；也即，图3所示实施例能够在保证高压变换单元能量均衡的同时，降低系统复杂度、减少低压整流单元数量。

在上述实施例中，低压整流单元的个数与全部副边绕组的总个数可以相等，也可以不相等；在此，分别对低压整流单元的个数等于全部副边绕组的总个数，以及，低压整流单元的个数小于全部副边绕组的总个数这两种情况进行说明：

(1)低压整流单元的个数等于全部副边绕组的总个数，各个副边绕组与各个低压整流单元的输入端一一对应连接。

也就是说，各个低压整流单元的输入端均仅与一个副边绕组的相连，即副边绕组和低压整流单元为一对一的关系。

具体的，如图3所示，以模组1为例进行说明，低压整流单元a/d-s11的输入端与模组1中第1个副边绕组相连；低压整流单元a/d-s12的输入端与模组1中第2个副边绕组相连，以此类推，低压整流单元a/d-s1n的输入端与模组1中第n个副边绕组相连；需要说明的是，各个低压整流单元的直交流侧作为自身的输入端，直流侧作为自身的输出端(如图3所示的vout11-vout1n，vout21-vout2n，以及voutm1-voutmn)。

值得说明的是，如果同一磁柱上绕制过多的原边绕组，会使得多个原边绕组之间压差过大，进而增加绝缘设计难度；而如果绕制过少的原边绕组，则又会使得低压整流单元的数量过多；针对于此提出多个独立的副边绕组通过串并方式共用一个低压整流单元，从而在改善多个原边绕组间压差过大的同时，解决低压整流单元的数量过多的问题，详情参阅下述说明。

(2)低压整流单元的个数小于全部副边绕组的总个数，多个独立的副边绕组共用同一个低压整流单元。

需要说明的是，任两个副边绕组之间是否独立，可以判断这两个副边绕组之间会不会相互影响，如果相互影响，则不独立，否则独立。一般情况下，处于同一磁柱上的副边绕组之间相互影响；即不同变压器中的副边绕组之间不会相互影响、独立，同一变压器中的不同磁柱上的副边绕组不相互影响、独立。

1、在实际应用中，如图4所示，各个模组单元中均包括一个多绕组变压器，且该多绕组变压器仅包括一个磁柱；不同多绕组变压器的副边绕组之间相互独立，如模组1中的任一副边绕组与模组2和模组3中的副边绕组，均为独立；同一个模组单元内的副边绕组之间不独立；如模组1内的各个副边绕组之间不独立；即多个独立的副边绕组包括：不同多绕组变压器的副边绕组；因此，各个相互独立的副边绕组可以共用一个低压整流单元。

具体的，模组1中的副边绕组tx-s11和模组2中的副边绕组tx-s21共用低压整流单元11；模组1中的副边绕组tx-s12和模组2中的副边绕组tx-s22共用低压整流单元12，以此类推，模组1中的副边绕组tx-s1n和模组2中的副边绕组tx-s2n共用低压整流单元1n；以此类推，模组x中的副边绕组tx-sx1和模组m中的副边绕组tx-sm1共用低压整流单元(0.5m)1；模组x中的副边绕组tx-sx2和模组m中的副边绕组tx-sm2共用低压整流单元(0.5m)2，以此类推，模组x中的副边绕组tx-sxn和模组2中的副边绕组tx-smn共用低压整流单元(0.5m)n。

需要说明的是，图4以2个独立的副边绕组共用同一个低压整流单元为例进行展示，因此，低压整流单元的个数为0.5m，低压整流单元的个数与共用同一个低压整流单元的独立的副边绕组的个数相关。此时，共用同一个低压整流单元的独立的副边绕组的个数可以为2a，a为正整数，如2a为2、4、6、8等，a的具体取值在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。当然，共用同一个低压整流单元的独立的副边绕组的个数也可以是其他数值，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

在实际应用中，若级联式多端口变换器所在的系统中，仅包括一个级联式多端口变换器，则该级联式多端口变换器中不同多绕组变压器的副边绕组之间相互独立；若级联式多端口变换器所在的系统中包括至少两个级联式多端口变换器，且各个级联式多端口变换器采用相同的方式连接于该系统中，则不同级联式多端口变换器的副边绕组之间相互独立，其具体结构在此不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

值得说明的是，同一多绕组变压器的各绕组间均存在较好的耦合；而在高压绝缘需求的场合，同一多绕组变压器中不同磁柱的绕组耦合性会有较大幅度的下降，为了规避因此而带来的功率不平衡问题，将同一多绕组变压器的不同磁柱上的副边绕组当作独立的副边绕组。也即下面的第2种情况：

2、在实际应用中，如图5所示，各个模组单元中均包括一个多绕组变压器，且该多绕组变压器包括至少两个磁柱；同一多绕组变压器中不同磁柱上的副边绕组为独立绕组；如模组1中一个磁柱上的副边绕组tx-sr11至tx-sr1n之间相互影响、不独立；副边绕组tx-sr11至tx-sr1n中的任意一个，与模组1中另一个磁柱上的副边绕组tx-sl11至tx-sl1n，模组2和3中的副边绕组均为独立，其他磁柱上的副边绕组同理，在此不再一一赘述。

具体的，模组1中的副边绕组tx-sr11和模组1中的副边绕组tx-sl11共用低压整流单元11；模组1中的副边绕组tx-sr12和模组1中的副边绕组tx-sl12共用低压整流单元12，以此类推，模组1中的副边绕组tx-sr1n和模组1中的副边绕组tx-sl1n共用低压整流单元1n。模组2中的副边绕组tx-sr21和模组2中的副边绕组tx-sl21共用低压整流单元21；模组2中的副边绕组tx-sr22和模组2中的副边绕组tx-sl22共用低压整流单元22，以此类推，模组2中的副边绕组tx-sr2n和模组2中的副边绕组tx-sl2n共用低压整流单元2n；以此类推，模组x中的副边绕组tx-srx1和模组x中的副边绕组tx-slx1共用低压整流单元x1；模组x中的副边绕组tx-srx2和模组x中的副边绕组tx-slx2共用低压整流单元x2，以此类推，模组x中的副边绕组tx-srxn和模组x中的副边绕组tx-slxn共用低压整流单元xn。模组m中的副边绕组tx-srm1和模组m中的副边绕组tx-slm1共用低压整流单元m1；模组m中的副边绕组tx-srm2和模组m中的副边绕组tx-slm2共用低压整流单元m2，以此类推，模组m中的副边绕组tx-srmn和模组m中的副边绕组tx-slmn共用低压整流单元mn。

需要说明的是，图5以2个独立的副边绕组共用同一个低压整流单元为例进行展示；此时，共用同一个低压整流单元的独立的副边绕组的个数可以为2a，a为正整数，如2a为2、4、6、8等，a的具体取值在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内；当然，共用同一个低压整流单元的独立的副边绕组的个数也可以是其他数值，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

3、在实际应用中，结合图4和图5，如图6所示，每个模组单元中均有各自的多绕组变压器，且每个多绕组变压器均包括至少两个磁柱，则级联式多端口变换器中包括至少两个分别含有至少两个磁柱的多绕组变压器；同一多绕组变压器中不同磁柱上的副边绕组为独立绕组；不同多绕组变压器的副边绕组为独立绕组；如模组1中的副边绕组tx-sr11至tx-sr1n之间相互影响、不独立；副边绕组tx-sr11至tx-sr1n中的任意一个，与模组1中的副边绕组tx-sl11至tx-sl1n，模组2和3中的副边绕组均为独立，其他磁柱上同理，在此不再一一赘述。

具体的，模组1中的副边绕组tx-sr11、tx-sl11，以及模组2中的副边绕组tx-sr21、tx-sl21共用低压整流单元11；模组1中的副边绕组tx-sr12、tx-sl12，以及模组2中的副边绕组tx-sr22、tx-sl22共用低压整流单元12；以此类推，模组1中的副边绕组tx-sr1n、tx-sl1n，以及模组2中的副边绕组tx-sr2n、tx-sl2n共用低压整流单元1n；以此类推，模组x中的副边绕组tx-srx1、tx-slx1，以及模组m中的副边绕组tx-srm1、tx-slm1共用低压整流单元(0.5m)1；模组x中的副边绕组tx-srx2、tx-slx2，以及模组m中的副边绕组tx-srm2、tx-slm2共用低压整流单元(0.5m)2；以此类推，模组x中的副边绕组tx-srxn、tx-slxn，以及模组m中的副边绕组tx-srmn、tx-slmn共用低压整流单元(0.5m)n。

需要说明的是，图6以4个独立的副边绕组共用同一个低压整流单元的为例进行展示；此时，共用同一个低压整流单元的独立的副边绕组的个数可以为4a，a为正整数，如4a为4、8等，a的具体取值在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内；当然，共用同一个低压整流单元的独立的副边绕组的个数也可以是其他数值，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

在各个多绕组压器中，每一个多绕组变压器的副边绕组均接入相应的低压整流单元中，以保高压变换单元的耦合一致性。

在上述1、2、3三种情况中，多个独立的副边绕组共用一个低压整流单元时：

多个独立的副边绕组可以是串联连接于共用的低压整流单元的输入端(如图7a所示，图7a以2个独立的副边绕组共用一个低压整流单元，且在图4的基础之上为例，进行展示)。具体的，如图7a所示，副边绕组的tx-s11的一端与低压整流单元a/d-s11的输入端首端相连，副边绕组的tx-s11的另一端与副边绕组的tx-s21的一端相连；副边绕组的tx-s21的另一端与低压整流单元a/d-s11的输入端尾端相连。

或者，多个独立的副边绕组也可以是并联连接于共用的低压整流单元的输入端(如图7b所示，图7b以2个独立的副边绕组共用一个低压整流单元，且在图4的基础之上为例，进行展示)。具体的，如图7b所示，副边绕组的tx-s11的一端与副边绕组的tx-s21的一端相连，连接点与低压整流单元a/d-s11的输入端首端相连，副边绕组的tx-s11的另一端与副边绕组的tx-s21的另一端相连，连接点与低压整流单元a/d-s11的输入端尾端相连。

在本实施例中，多个独立的副边绕组共用同一个低压整流单元，进而减少低压整流单元的总数量，从而改善级联式多端口变换器复杂度及成本，使得级联式多端口变换器更高功率密度、更低成本、更高效率。

在上述任一实施例中，该高压变换单元，包括：dc/ac变换器(如图3-图6中的各个d/a)和第一ac/dc变换器(如图3-图6中的各个a/d)。

第一ac/dc变换器的交流侧作为高压变换单元的输入端；第一ac/dc变换器的直流侧与dc/ac变换器的直流侧相连；dc/ac变换器的交流侧作为高压变换单元的输出端。

在实际应用中，第一ac/dc变换器为全桥式结构，如图9a所示；或者，第一ac/dc变换器为半桥式结构，如图9b所示；在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。具体的，在级联式多端口变换器的高压侧为直流输入时，可以去掉该第二ac/dc变换器，直接将各个dc/ac变换器串联，此时级联第二ac/dc变换可以退化为如图9c所示的两根连线。

上述低压整流单元，包括：第二ac/dc变换器；第二ac/dc变换器的交流侧作为低压整流单元的输入端；第二ac/dc变换器的直流侧作为低压整流单元的输出端。

需要说明的是，dc/ac变换器通过相应绕组与第二ac/dc变换器所构成的结构可以是如图10a所示的双有源桥结构；也可以是如图10b所示的llc结构；还可以是如图10c所示的cllc结构；当然也可以是其他结构，在此不再一一赘述；dc/ac变换器通过相应绕组与第二ac/dc变换器所构成的结构，在此不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

可选的，在上述任一实施例中，该级联式多端口变换器，还包括：多个多端口复用单元(如图3-图6所示的多端口复用单元1、多端口复用单元2……多端口复用单元n)。

多端口复用单元的各个输入端分别与不同低压整流单元的相应输出端相连。具体的，以图3为例进行说明，多端口复用单元1的第1个输入端与低压整流单元a/d-s11的输出端vout11相连；多端口复用单元1的第2个输入端与低压整流单元a/d-s21的输出端vout21相连，以此类推，多端口复用单元1的第m个输入端与低压整流单元a/d-sm1的输出端voutm1相连。多端口复用单元2至多端口复用单元n同理，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，各个多绕组变压器的副边绕组通过相应的多端口复用单元实现至少一组副边绕组共母线连接。实际应用中，可以是各个多绕组变压器中，各个副边绕组，分别与其他各个多绕组变压器中相应副边绕组，通过相应的低压整流单元共母线相连。图3-图6均以各个多绕组变压器的全部副边绕组均存在共母线连接为例进行展示，各个多绕组变压器仅部分副边绕组存在共母线连接的结构与图3-图6所示结构相似，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

在实际应用中，该多端口复用单元包括：多输入耦合支路，或者，多输入耦合支路及其后级的变换器。

该多输入耦合支路为以下至少一种：多输入串联结构、多输入并联结构及多输入串并联切换结构。

需要说明的是，多输入串联结构如图11a所示，图11a以2输入为例进行展示，其他数量的输入同理，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。多输入并联结构如图11b所示，图11b以2输入为例进行展示，其他数量的输入同理，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。多输入串并联切换结构如图11c所示，输入端与输出端之间设置有开关，两个输入端之间也设置有开关。具体的，输入端shn的正极与输出端soutn的正极相连，输入端shn的负极通过第一开关与输出端soutn的负极相连，输入端shn的负极还通过第二开关与输入端sln的正极相连；输入端sln的正极还通过第三开关与输出端soutn的正极相连；输入端sln的负极与输出端soutn的负极相连。图11c以2输入为例进行展示，具体的，其他数量的输入同理，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。在输入耦合支路采用如图11c所示的结构时，能够实现接入单元的串并联切换，进而降低前级变流器增益范围要求。

在实际应用中，多端口复用单元包括多输入耦合支路及其后级的变换器，且多输入耦合支路包括多输入串并联切换结构时：若变换器为双向变换器，则多输入串并联切换结构中的开关均为双向开关，即可以双向流通电流的开关；若变换器为单向变换器，则多输入串并联切换结构中的开关可以均为双向开关，也可以是以二极管来代替部分双向开关，比如代替连接各个输入端正极的开关，或者代替连接各个输入端负极的开关。

该后级的变换器包括：电感和电容；电容的两端与多端口复用单元的输出端正负极相连。

具体的，如图11d输入端shn的正极依次通过第一开关和第二开关与输入端shn的负极相连；电感的一端与第一开关和第二开关之间的连接点相连；电感的另一端分别与电容的一端和输出端soutn的正极相连；输入端shn的负极还与第三开关和第四开关之间的连接点相连；输入端sln的正极依次通过第三开关和第四开关与输入端sln的负极相连；输入端sln的负极还与电容的另一端和输出端soutn的负极相连。因为多输入耦合支路后级的变换器，作为一个变压器，本身即可实现增益调节，因此多端口复用单元的采用10d所示的结构可进一步降低前级变换器增益范围要求，同时可实现电压连续调节。

在多端口复用单元的为单向变换时，其结构还可以为如图11e所示的结构，将第一开关和第四开关替换为二极管，其具体连接关系，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内；也可以为如图11f所示的结构，将第二开关和第三开关替换为二极管，其具体连接关系，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。将两个开关使用两个二极管替代，进而降低成本。

需要说明的是，针对多输入单输出的情况，可采用图11a至图11f所示的几种方案进行搭配组合，获得较为灵活且种类繁多方案。如图12a至11c所示为几种6输入1输出的结构；如图12a所示的结构为：先使用如图11b所示结构将三个模组并联后，再将并联后单元使用如图11d所示的结构级联；如图12b所示的结构为：先使用如图11b所示的结构将三个模组并联后，再将并联后单元使用如图11c所示的结构实现串联切换；如图12c所示为结构为：先使用如图11b所示结构将每两个模组单元并联后，再使用如图11d所示的结构采用三级级联输出方案；其他组合方式在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。输入的数量也不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

本实施例提供的该级联式多端口变换器，从低压侧看，各个多绕组变压器分别为各自对应的多个低压侧输出提供副边绕组；而对于共母线相连的各个低压整流电压，其对应的低压侧总输出通过多端口复用单元由相应各个高压变换单元输出汇总而来；从高压侧看，各个高压变换单元均与相应的多绕组变压器的原边绕组连接；从而保证了多个低压侧输出端(如图3-图6所示的vout1-vouti)的能量均来自于对应多个高压变换单元，而多个副边绕组之间本身可以较为容易实现绝缘，以满足绝缘需求；同时多个低压侧可通过低压整流单元，或者，低压整流单元和多端口复用单元实现对总输出电压的独立控制。

本发明实施例提供一种三相中压输入系统，如图13所示，包括：三个相单元，相单元包括：电感和上述任一实施例提供的级联式多端口变换器；其中：

各个相单元的输入端首端直接与中压电网相连；各个相单元的输入端尾端相连。每个相单元采用相同方式连接，使得每一个相单元的低压侧输出能量均与三相级联系统中所有单元实现直接耦合。相单元中，级联式多端口变换器的输入端首端与电感的一端相连；电感的另一端作为相单元的输入端首端；级联式多端口变换器的输入端尾端作为相单元的输入端尾端。

在实际应用中，在各个相单元中级联式多端口的低压整流单元与多个独立的副边绕组相连时，该低压整流单元可以与不同相单元中独立的副边绕组相连，也可以是同一相单元中独立的副边绕组相连，例如，第1个低压整流单元分别与第1个相单元的中一个副边绕组和第2个相单元的中一个副边绕组相连，且这两个副边绕组独立；在此不再一一赘述，只要确保与同一个低压整流单元相连的各个副边绕组独立即可，不限定这些副边绕组是否来源于同一个相单元，也不限定是否来源于同一多绕组变压器，各个低压整流单元的具体连接关系，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，全部级联式多端口变换器可以共用同一组多端口复用单元；各个级联式多端口变换器也可以有各自的一组多端口复用单元。

在实际应用中，各个级联式多端口变换器的结构可以相同，也可以不同；图13所示的结构仅为一种示例，级联式多端口变换器分别采用其他结构的示意图，可以参考上述实施例。

该级联式多端口变换器的具体结构及工作原理，详情参见上述实施例，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。需要说明的是，该级联式多端口变换器也可以应用于其他系统，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

在本实施例中，多个独立的副边绕组共用同一个低压整流单元，进而减少低压整流单元的总数量，从而改善三相中压输入系统复杂度及成本，使得三相中压输入系统更高功率密度、更低成本、更高效率。

本发明实施例提供一种三相中压输入系统，如图14所示，包括：mmc变换器和n个直流变换单元，该直流变换单元包括：电感和上述任一实施例提供的级联式多端口变换器；n为正整数。

各个直流变换单元的输入端首端与mmc变换器的直流侧正极相连；各个直流变换单元的输入端尾端与mmc变换器的直流侧负极相连。mmc变换器的交流侧与中压电网相连。

直流变换单元中，级联式多端口变换器的输入端首端与电感的一端相连；电感的另一端作为直流变换单元的输入端首端；级联式多端口变换器的输入端尾端作为直流变换单元的输入端尾端。

需要说明的是，各个直流变换单元的输入端通过mmc变换器与中压电网相连；即高压侧先采用mmc变换器构建高压直流母线，再从高压直流母线经级联的方式与至少两个端口为相互隔离的低压直流电源进行能量交互，多个端口均实现直接能量耦合。

直流变换单元中级联式多端口变换器的第一ac/dc变换器由两根直通引线代替。

在实际应用中，在各个直流变换单元中级联式多端口的低压整流单元与多个独立的副边绕组相连时，该低压整流单元可以与不同直流变换单元中独立的副边绕组相连，也可以是同一直流变换单元中独立的副边绕组相连，例如，第1个低压整流单元分别与第1个直流变换单元的中一个副边绕组和第2个直流变换单元的中一个副边绕组相连，且这两个副边绕组独立；在此不再一一赘述，只要确保与同一个低压整流单元相连的各个副边绕组独立即可，不限定这些副边绕组是否来源于同一个直流变换单元，也不限定是否来源于同一多绕组变压器，各个低压整流单元的具体连接关系，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，全部级联式多端口变换器可以共用同一组多端口复用单元；各个级联式多端口变换器也可以有各自的一组多端口复用单元。

在实际应用中，各个级联式多端口变换器的结构可以相同，也可以不同；图14所示的结构仅为一种示例，级联式多端口变换器分别采用其他结构的示意图，可以参考上述实施例。

该级联式多端口变换器的具体结构及工作原理，详情参见上述实施例，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。需要说明的是，该级联式多端口变换器也可以应用于其他系统，在此不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

在本实施例中，多个独立的副边绕组共用同一个低压整流单元，进而减少低压整流单元的总数量，从而改善n相中压输入系统复杂度及成本，使得三相中压输入系统更高功率密度、更低成本、更高效率。

本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。