CN104836456A - 一种基于级联多电平的电力电子变压器拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于级联多电平的电力电子变压器拓扑结构，包括输入侧单元、输出侧单元以及设置于输入侧高压单元和输出侧低压单元之间的DC-DC变换单元，所述的DC-DC变换单元为高频变压器，并包括高压侧和低压侧，所述的输入侧单元采用无功功率和直流电压闭环控制高压侧的直流电压，通过DC-DC变换单元将直流电压完成从高压到低压的变换和隔离，所述的输出侧单元采用输出电压闭环控制低压侧的直流电压的恒定。通过上述方式，本发明采用三级拓扑结构，具有良好的控制特性，能够实现高频变压器的高压侧和低压侧的电压、电流和功率的灵活控制，尤其是在采用模块化的串并联技术后，其电压等级、容量等级可以提升到较高的水平。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子变压器技术的领域，尤其涉及一种基于级联多电平的电力电子变压器拓扑结构。
背景技术
到目前为止，研究人员提出了多种形式的电力电子变压器电路拓扑，在现有拓扑中，从在电力电子变换过程中是否存在中间直流环节来看，电力电子变压器的电路拓扑可以划分为两个大类：一种是在变换过程中不存在直流环节，即AC-AC直接变换型；另一种是在变换过程中存在直流环节，称之为AC-DC-AC变换型。
AC-AC直接变换形式的电力电子变压器，其基本工作原理为：输入的工频交流信号在一次侧直接被调制为高频交流信号，经高频变压器耦合到二次侧被直接解调还原为工频交流信号。在这一过程中，一次侧的调制和二次侧的解调保持同步。该拓扑通过高频变压器的引入，减小了变压器的体积，提高了功率密度，在实现输入/输出侧电气隔离和电压等级变换的同时，还可实现恒压、恒流和功率因素校正等功能。其问题在于：无法适用于中高压场合，变换器的效率较低，大约在80% - 90%左右。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于级联多电平的电力电子变压器拓扑结构，采用三级拓扑结构，具有良好的控制特性，通过PWM调制方法和适当的控制策略，能够实现高频变压器的高压侧和低压侧的电压、电流和功率的灵活控制，尤其是在采用模块化的串并联技术后，其电压等级、容量等级可以提升到较高的水平。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种基于级联多电平的电力电子变压器拓扑结构，包括输入侧单元、输出侧单元以及设置于输入侧高压单元和输出侧低压单元之间的DC-DC变换单元，所述的DC-DC变换单元为高频变压器，并包括高压侧和低压侧，所述的高压侧与输入侧单元相连接，所述的低压侧与输出侧单元相连接，所述的输入侧单元采用无功功率和直流电压闭环控制高压侧的直流电压，通过DC-DC变换单元将直流电压完成从高压到低压的变换和隔离，所述的输出侧单元采用输出电压闭环控制低压侧的直流电压的恒定。
在本发明一个较佳实施例中，所述的输入侧单元为H桥级联多电平整流电路。
在本发明一个较佳实施例中，所述的输出侧单元为二电平三相逆变电路。
在本发明一个较佳实施例中，所述的高压侧为H桥拓扑，所述的低压侧为两电平H桥拓扑。
本发明的有益效果是：本发明的一种基于级联多电平的电力电子变压器拓扑结构，采用三级拓扑结构，具有良好的控制特性，通过PWM调制方法和适当的控制策略，能够实现高频变压器的高压侧和低压侧的电压、电流和功率的灵活控制，尤其是在采用模块化的串并联技术后，其电压等级、容量等级可以提升到较高的水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图，其中：
图1 是本发明基于级联多电平的电力电子变压器拓扑结构的一较佳实施例的结构框图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例包括：
一种基于级联多电平的电力电子变压器拓扑结构，包括输入侧单元、输出侧单元以及设置于输入侧高压单元和输出侧低压单元之间的DC-DC变换单元，所述的DC-DC变换单元为高频变压器，并包括高压侧和低压侧，所述的高压侧与输入侧单元相连接，所述的低压侧与输出侧单元相连接，所述的输入侧单元采用无功功率和直流电压闭环控制高压侧的直流电压，通过DC-DC变换单元将直流电压完成从高压到低压的变换和隔离，所述的输出侧单元采用输出电压闭环控制低压侧的直流电压的恒定。
上述中，所述的输入侧单元为H桥级联多电平整流电路，以降低元器件耐压等级，同时采用无功功率和直流电压闭环，以实现无功可调并稳定高压侧的直流电压。
所述的输出侧单元为二电平三相逆变电路，采用输出电压闭环以控制期望的电压。
进一步的，DC-DC变换单元为隔离级并采用高频变压器，其高压侧为H桥拓扑，低压侧为两电平H桥拓扑，实现从高压到低压的变换和隔离目的，而且通过输出电压闭环控制确保低压侧的直流电压的恒定。
综上所述，本发明的一种基于级联多电平的电力电子变压器拓扑结构，采用三级拓扑结构，具有良好的控制特性，通过PWM调制方法和适当的控制策略，能够实现高频变压器的高压侧和低压侧的电压、电流和功率的灵活控制，尤其是在采用模块化的串并联技术后，其电压等级、容量等级可以提升到较高的水平。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于级联多电平的电力电子变压器拓扑结构，其特征在于，包括输入侧单元、输出侧单元以及设置于输入侧高压单元和输出侧低压单元之间的DC-DC变换单元，所述的DC-DC变换单元为高频变压器，并包括高压侧和低压侧，所述的高压侧与输入侧单元相连接，所述的低压侧与输出侧单元相连接，所述的输入侧单元采用无功功率和直流电压闭环控制高压侧的直流电压，通过DC-DC变换单元将直流电压完成从高压到低压的变换和隔离，所述的输出侧单元采用输出电压闭环控制低压侧的直流电压的恒定。
2.根据权利要求1所述的基于级联多电平的电力电子变压器拓扑结构，其特征在于，所述的输入侧单元为H桥级联多电平整流电路。
3.根据权利要求1所述的基于级联多电平的电力电子变压器拓扑结构，其特征在于，所述的输出侧单元为二电平三相逆变电路。
4.根据权利要求1所述的基于级联多电平的电力电子变压器拓扑结构，其特征在于，所述的高压侧为H桥拓扑，所述的低压侧为两电平H桥拓扑。
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