CN107482892B - 能量缓冲电路以及变流器 - Google Patents

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Abstract

一种能量缓冲电路以及变流器，该变流器包括正直流母线和负直流母线，正直流母线和负直流母线之间串接N个母线电容，该能量缓冲电路包括第一端口、第二端口、N个换流电路以及控制器，第一端口连接正直流母线，第二端口连接负直流母线；每个换流电路均包括一个换流桥臂、一个电感和两个电容，每个换流桥臂包括串接的两个开关单元，第一端口与第二端口之间串接N个换流电路；控制器连接N个换流电路中的开关单元的控制端，控制器用于控制N个换流电路中的开关单元的开启或关闭以实现N个母线电容与N个换流电路中的电容之间的能量交换。采用本发明实施例，可以利用低压半导体器件实现变流器的无电解电容，进而显著提升变流器性能。

Description

能量缓冲电路以及变流器
技术领域
本发明涉及电子电力领域，尤其涉及一种能量缓冲电路以及变流器。
背景技术
在光伏逆变器、功率因数校正器等变流器中，为了实现交流电和直流电之间的能量交互，直流变交流(Direct Current/Alternating Current，DC/AC)电路和交流变直流(Alternating Current/Direct Current，AC/DC)电路得到广泛应用。在图1(a)所示的变流器中，交流侧(如图1(a)的右侧)的瞬时交流功率和直流侧(如图1(a)的左侧)的瞬时直流功率之间存在严重的不平衡，具体如图1(b)所示。图1(b)中的Pac为瞬时交流侧功率，Pdc为瞬时直流侧功率，在图1(b)的S1区域内，交流侧瞬时功率大于直流侧瞬时功率，在S2区域内，直流侧瞬时功率大于交流侧瞬时功率。
为了平衡交流侧和直流侧的瞬时不等功率，变流器中需要加入必要的能量缓冲电路。通常情况下，该能量缓冲电路为无源能量缓冲电路，即在变流器的直流母线中加入一定容值的母线电容作为无源能量缓冲电路。母线电容如图1(a)所示的Cbus，母线电容用于在直流侧瞬时功率大于交流侧瞬时功率时存储多余的能量，在交流侧瞬时功率大于直流侧瞬时功率时释放存储的能量，以保持直流侧瞬时功率与交流侧瞬时功率平衡。由于变流器的交流侧频率往往较低，需要配置容值较大的母线电容，因此母线电容常采用高电容密度的电解电容。然而，由于电解电容中的电解液容易挥发，随着变流器长时间运行，电解电容容值下降，寄生电阻增加，会降低变流器的性能。
为了解决上述问题，在变流器中除了加入无源能量缓冲电路之外，还可增加一套有源能量缓冲电路，以降低母线电容的容值，使得母线电容的容值可以大幅度下降，从而可以采用薄膜电容等长寿命电容替代电解电容，提高变流器性能，实现变流器的长寿命工作。目前的有源能量缓冲电路一般如图2所示，开关管Ta、开关管Tb、电感Ls、电容Cs组成有源能量缓冲电路。该有源能量缓冲电路在工作时，电容Cs的电压大于母线电容Cbus的电压，电容Cs两端的电压较高，导致开关管Ta、开关管Tb等半导体开关器件上的电压应力较大，开关管Ta、开关管Tb等半导体开关器件需要采用高耐压的开关管，而高耐压的半导体开关器件的性能较差，会降低变流器的性能。
发明内容
本发明实施例公开了一种能量缓冲电路以及变流器，可以降低半导体开关器件的电压应力，进而可采用低压半导体器件，提升变流器性能。
本发明实施例第一方面公开了一种能量缓冲电路，应用于变流器中，所述变流器包括正直流母线和负直流母线，所述正直流母线和所述负直流母线之间串接N个母线电容，所述能量缓冲电路包括第一端口、第二端口、N个换流电路以及控制器，所述第一端口连接所述正直流母线，所述第二端口连接所述负直流母线，N为正整数；
所述N个换流电路串联于所述第一端口与所述第二端口之间；
第一换流电路包括第一换流桥臂、第一电感、第一电容和第二电容，所述第一换流桥臂包括串接的第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元与所述第二开关单元的公共节点为所述第一换流桥臂的中点，所述第一开关单元远离所述第二开关单元的一端为所述第一换流桥臂的第一端，所述第二开关单元远离所述第一开关单元的一端为所述第一换流桥臂的第二端，所述第一电感的一端连接所述第一换流桥臂的中点，所述第一电感的另一端为所述第一换流电路的第一端，所述第一电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端或所述第一换流电路的第一端之间，所述第二电容的一端连接所述第一换流桥臂的第二端，所述第二电容的另一端为所述第一换流电路的第二端，所述第一换流电路为所述N个换流电路中的任一个；
所述控制器连接所述第一开关单元的控制端和所述第二开关单元的控制端；当所述变流器的直流侧功率大于交流侧功率时，所述控制器向所述第一开关单元的控制端发送第一高频控制信号以及向所述第二开关单元的控制端发送第二高频控制信号，以实现所述N个母线电容向所述第一电容和所述第二电容充电；当所述变流器的交流侧功率大于直流侧功率时，所述控制器向所述第一开关单元的控制端发送所述第二高频控制信号以及向所述第二开关单元的控制端发送所述第一高频控制信号，以实现所述第一电容和所述第二电容向所述N个母线电容充电。
由于能量缓冲电路中的每个换流电路中均采用两个电容串联，与采用一个电容相比，分摊在两个电容中的每个电容两端的电压降低，由于第一开关单元或第二开关单元与上述两个电容中的其中一个并联，因此第一开关单元和第二开关单元两端承受的电压也降低，从而可以降低开关单元(半导体开关器件)的电压应力。
可选的，所述N个母线电容包括N-1个电容连接点，所述N个换流电路包括N-1个电路连接点，所述N-1个电容连接点与所述N-1个电路连接点一一对应连接。
采用N个母线电容，与采用一个母线电容相比，可以大幅降低母线电容所需的电压，从而可以降低开关单元的电压应力，从而提升变流器的性能。
可选的，所述能量缓冲电路还包括旁路开关，所述旁路开关设置在所述第一换流电路的第一端与所述第一换流桥臂的第一端或所述第一换流桥臂的第二端之间，所述旁路开关用于在所述能量缓冲电路处于低功率状态时导通。
其中，旁路开关用于在变流器输出功率下降时，让电流不经过电感和开关单元，以使母线电容直接与能量缓冲电路中的电容并联，可以在变流器输出功率下降时减少电感和开关单元上的功耗。
可选的，所述第一换流桥臂还包括解耦电容，所述解耦电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间。
其中，解耦电容用于减小换流桥臂中的寄生电感，以降低换流桥臂中开关单元的电压过冲。
可选的，所述第一开关单元包括串接的第一开关管和第二开关管，所述第二开关单元包括串接的第三开关管和第四开关管。
可选的，所述第一换流桥臂还包括飞跨电容，所述飞跨电容跨接在所述第一开关管和所述第二开关管的连接点与所述第三开关管和所述第四开关管的连接点之间。
采用飞跨电容多电平换流桥臂，每个换流桥臂采用四个开关管，可以进一步减少开关管的电压应力。
可选的，所述第一换流桥臂还包括第一二极管、第二二极管、第一分压电容和第二分压电容，所述第一二极管的一端连接所述第一开关管和所述第二开关管的连接点，所述第一二极管的另一端连接所述第二二极管的一端，所述第二二极管的另一端连接所述第三开关管和所述第四开关管的连接点，所述第一分压电容的一端连接所述第一换流桥臂的第一端，所述第一分压电容的另一端连接所述第二分压电容的一端以及所述第一二极管的另一端，所述第二分压电容的另一端连接所述第一换流桥臂的第二端。
采用二极管中点箝位多电平换流桥臂，每个换流桥臂采用四个开关管，可以进一步减少开关管的电压应力。
可选的，所述第一换流桥臂还包括第五开关管、第六开关管、第一分压电容和第二分压电容，所述第五开关管的第一端连接所述第一开关管和所述第二开关管的连接点，所述第五开关管的第二端连接所述第六开关管的第一端，所述第六开关管的第二端连接所述第三开关管和所述第四开关管的连接点，所述第一分压电容的一端连接所述第一换流桥臂的第一端，所述第一分压电容的另一端连接所述第二分压电容的一端以及所述第六开关管的第一端，所述第二分压电容的另一端连接所述第一换流桥臂的第二端。
采用中点有源箝位多电平换流桥臂，每个换流桥臂采用六个开关管，可以进一步减少开关管的电压应力。
本发明实施例第二方面公开了一种能量缓冲电路，应用于变流器中，所述变流器包括正直流母线和负直流母线，所述正直流母线和所述负直流母线之间串接N个母线电容，所述能量缓冲电路包括第一端口、第二端口、N个换流电路以及控制器，所述第一端口连接所述正直流母线，所述第二端口连接所述负直流母线，N为正整数；
所述N个换流电路串联于所述第一端口与所述第二端口之间；
第一换流电路包括第一换流桥臂、第一电感、第一电容和第二电容，所述第一换流桥臂包括串接的第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元与所述第二开关单元的公共节点为所述第一换流桥臂的中点，所述第一开关单元远离所述第二开关单元的一端为所述第一换流桥臂的第一端，所述第二开关单元远离所述第一开关单元的一端为所述第一换流桥臂的第二端，所述第一电感的一端连接所述第一换流桥臂的中点，所述第一电感的另一端连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端为所述第一换流电路的第一端，所述第一电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端或所述第一电感的另一端之间，所述第一换流桥臂的第二端为所述第一换流电路的第二端，所述第一换流电路为所述N个换流电路中的任一个；
所述控制器连接所述第一开关单元的控制端和所述第二开关单元的控制端；当所述变流器的直流侧功率大于交流侧功率时，所述控制器向所述第一开关单元的控制端发送第一高频控制信号以及向所述第二开关单元的控制端发送第二高频控制信号，以实现所述N个母线电容向所述第一电容和所述第二电容充电；当所述变流器的交流侧功率大于直流侧功率时，所述控制器向所述第一开关单元的控制端发送所述第二高频控制信号以及向所述第二开关单元的控制端发送所述第一高频控制信号，以实现所述第一电容和所述第二电容向所述N个母线电容充电。
可选的，所述N个母线电容包括N-1个电容连接点，所述N个换流电路包括N-1个电路连接点，所述N-1个电容连接点与所述N-1个电路连接点一一对应连接。
可选的，所述能量缓冲电路还包括旁路开关，所述旁路开关设置在所述第一电感的一端与所述第一换流桥臂的第一端或所述第一换流桥臂的第二端之间，所述旁路开关用于在所述能量缓冲电路处于低功率状态时导通。
可选的，所述第一换流桥臂还包括解耦电容，所述解耦电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间。
可选的，所述第一开关单元包括串接的第一开关管和第二开关管，所述第二开关单元包括串接的第三开关管和第四开关管。
可选的，所述第一换流桥臂还包括飞跨电容，所述飞跨电容跨接在所述第一开关管和所述第二开关管的连接点与所述第三开关管和所述第四开关管的连接点之间。
可选的，所述第一换流桥臂还包括第一二极管、第二二极管、第一分压电容和第二分压电容，所述第一二极管的一端连接所述第一开关管和所述第二开关管的连接点，所述第一二极管的另一端连接所述第二二极管的一端，所述第二二极管的另一端连接所述第三开关管和所述第四开关管的连接点，所述第一分压电容的一端连接所述第一换流桥臂的第一端，所述第一分压电容的另一端连接所述第二分压电容的一端以及所述第一二极管的另一端，所述第二分压电容的另一端连接所述第一换流桥臂的第二端。
可选的，所述第一换流桥臂还包括第五开关管、第六开关管、第一分压电容和第二分压电容，所述第五开关管的第一端连接所述第一开关管和所述第二开关管的连接点，所述第五开关管的第二端连接所述第六开关管的第一端，所述第六开关管的第二端连接所述第三开关管和所述第四开关管的连接点，所述第一分压电容的一端连接所述第一换流桥臂的第一端，所述第一分压电容的另一端连接所述第二分压电容的一端以及所述第六开关管的第一端，所述第二分压电容的另一端连接所述第一换流桥臂的第二端。
本发明实施例第三方面公开了一种能量缓冲电路，应用于变流器中，所述变流器包括正直流母线和负直流母线，所述正直流母线和所述负直流母线之间串接2N个母线电容，所述能量缓冲电路包括第一端口、第二端口、N个换流电路以及控制器，所述第一端口连接所述正直流母线，所述第二端口连接所述负直流母线，N为正整数；
所述N个换流电路串联于所述第一端口与所述第二端口之间，所述N个换流电路用于串接的两端分别为所述N个换流电路的第一端与所述N个换流电路的第二端；
第一换流电路包括第一换流桥臂、第二换流桥臂、第一电感和第一电容，所述第一换流电路为所述N个换流电路中的任一个，所述第一换流电路对应所述2N个母线电容中的第一母线电容和第二母线电容；
所述第一换流桥臂包括串接的第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元与所述第二开关单元的公共节点为所述第一换流桥臂的中点，所述第一开关单元远离所述第二开关单元的一端为所述第一换流桥臂的第一端，所述第二开关单元远离所述第一开关单元的一端为所述第一换流桥臂的第二端；
所述第二换流桥臂包括串接的第三开关单元和第四开关单元，所述第三开关单元与所述第四开关单元的公共节点为所述第二换流桥臂的中点，所述第三开关单元远离所述第四开关单元的一端为所述第二换流桥臂的第一端，所述第四开关单元远离所述第三开关单元的一端为所述第二换流桥臂的第二端；
所述第一换流桥臂的中点与所述第二换流桥臂的中点之间串接所述第一电感和所述第一电容，所述第一换流桥臂的第二端与所述第二换流桥臂的第一端连接，所述第一换流桥臂的第一端为所述第一换流电路的第一端，所述第二换流桥臂的第二端为所述第一换流电路的第二端，所述第一换流桥臂与所述第二换流桥臂的连接点为所述第一换流电路的第三端，所述第一换流电路的第三端连接所述第一母线电容与第二母线电容的连接点；
所述控制器连接所述第一开关单元的控制端和所述第二开关单元的控制端，当所述变流器的直流侧功率大于交流侧功率时，所述控制器向所述第一开关单元的控制端发送第一高频控制信号、向所述第二开关单元的控制端发送第二高频控制信号、向所述第三开关单元的控制端发送所述第二高频控制信号以及向所述第四开关单元的控制端发送所述第一高频控制信号，以实现所述2N个母线电容向所第一电容充电；当所述变流器的交流侧功率大于直流侧功率时，所述控制器向所述第一开关单元的控制端发送所述第二高频控制信号、向所述第二开关单元的控制端发送所述第一高频控制信号、向所述第三开关单元的控制端发送所述第一高频控制信号以及向所述第四开关单元的控制端发送所述第二高频控制信号，以实现所述第一电容向所述2N个母线电容充电。
可选的，所述2N个母线电容包括2N-1个电容连接点，所述N个换流电路包括N-1个电路连接点，所述2N-1个电容连接点中除去与所述N个换流电路的第三端连接的N个电容连接点后的N-1个电容连接点与所述N-1个电路连接点一一对应连接。
可选的，所述第一换流桥臂还包括第一解耦电容，所述第一解耦电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间；所述第二换流桥臂还包括第二解耦电容，所述第二解耦电容跨接在所述第二换流桥臂的第一端与所述第二换流桥臂的第二端之间。
可选的，所述第一开关单元包括串接的第一开关管和第二开关管，所述第二开关单元包括串接的第三开关管和第四开关管；所述第三开关单元包括串接的第五开关管和第六开关管，所述第四开关单元包括串接的第七开关管和第八开关管。可选的，所述第一换流桥臂还包括第一飞跨电容，所述第一飞跨电容跨接在所述第一开关管和所述第二开关管的连接点与所述第三开关管和所述第四开关管的连接点之间；
所述第二换流桥臂还包括第二飞跨电容，所述第二飞跨电容跨接在所述第五开关管和所述第六开关管的连接点与所述第七开关管和所述第八开关管的连接点之间。
可选的，所述第一换流桥臂还包括第一二极管、第二二极管、第一分压电容和第二分压电容，所述第一二极管的一端连接所述第一开关管和所述第二开关管的连接点，所述第一二极管的另一端连接所述第二二极管的一端，所述第二二极管的另一端连接所述第三开关管和所述第四开关管的连接点，所述第一分压电容的一端连接所述第一换流桥臂的第一端，所述第一分压电容的另一端连接所述第二分压电容的一端以及所述第一二极管的另一端，所述第二分压电容的另一端连接所述第一换流桥臂的第二端；
所述第二换流桥臂还包括第三二极管、第四二极管、第三分压电容和第四分压电容，所述第三二极管的一端连接所述第五开关管和所述第六开关管的连接点，所述第三二极管的另一端连接所述第四二极管的一端，所述第四二极管的另一端连接所述第七开关管和所述第八开关管的连接点，所述第三分压电容的一端连接所述第二换流桥臂的第一端，所述第三分压电容的另一端连接所述第四分压电容的一端以及所述第三二极管的另一端，所述第四分压电容的另一端连接所述第二换流桥臂的第二端。
可选的，所述第一换流桥臂还包括第九开关管、第十开关管、第一分压电容和第二分压电容，所述第九开关管的第一端连接所述第一开关管和所述第二开关管的连接点，所述第九开关管的第二端连接所述第十开关管的第一端，所述第十开关管的第二端连接所述第三开关管和所述第四开关管的连接点，所述第一分压电容的一端连接所述第一换流桥臂的第一端，所述第一分压电容的另一端连接所述第二分压电容的一端以及所述第十开关管的第一端，所述第二分压电容的另一端连接所述第一换流桥臂的第二端；
所述第二换流桥臂还包括第十一开关管、第十二开关管、第三分压电容和第四分压电容，所述第十一开关管的第一端连接所述第五开关管和所述第六开关管的连接点，所述第十一开关管的第二端连接所述第十二开关管的第一端，所述第十二开关管的第二端连接所述第七开关管和所述第八开关管的连接点，所述第三分压电容的一端连接所述第二换流桥臂的第一端，所述第三分压电容的另一端连接所述第四分压电容的一端以及所述第十二开关管的第一端，所述第四分压电容的另一端连接所述第二换流桥臂的第二端。
本发明实施例第四方面公开了一种变流器，所述变流器包括直流电压源、交流电压源、正直流母线、负直流母线、变换单元以及本发明实施例第一方面所述的能量缓冲电路或本发明实施例第二方面所述的能量缓冲电路或本发明实施例第三方面所述的能量缓冲电路，所述直流电压源通过所述正直流母线与所述负直流母线分别连接所述变换单元的正直流端口与负直流端口，所述交流电压源通过所述正交流母线与所述负交流母线分别连接所述变换单元的正交流端口与负交流端口，所述正直流母线和所述负直流母线之间串接N个母线电容，所述能量缓冲电路的两端分别连接所述正直流母线与所述负直流母线。
可选的，所述变换单元的直流端包括至少两个直流端口，所述至少两个直流端口分别连接到所述正直流母线、所述负直流母线以及所述正直流母线与所述负直流母线之间串联的电容节点处。
可选的，所述变换单元的交流端为单相输出或多相输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1(a)是现有技术公开的一种变流器的结构示意图；
图1(b)是现有技术公开的一种变流器中瞬时功率不平衡现象的示意图；
图2是现有技术公开的一种能量缓冲电路的结构示意图；
图3(a)是本发明实施例公开的一种能量缓冲电路的结构示意图；
图3(b)是本发明实施例公开的另一种能量缓冲电路的结构示意图；
图3(c)是本发明实施例公开的另一种能量缓冲电路的结构示意图；
图3(d)是本发明实施例公开的一种包含旁路开关的能量缓冲电路结构示意图；
图3(e)是本发明实施例公开的另一种包含旁路开关的能量缓冲电路结构示意图；
图4是本发明实施例公开的一种换流桥臂的结构示意图；
图5是本发明实施例公开的另一种换流桥臂的结构示意图；
图6(a)是本发明实施例公开的一种包含一个换流电路的能量缓冲电路的结构示意图；
图6(b)是本发明实施例公开的一种能量缓冲电路中电容电压波形变化示意图；
图6(c)是本发明实施例公开的一种包含一个换流电路的能量缓冲电路的结构示意图；
图6(d)是本发明实施例公开的另一种包含一个换流电路的能量缓冲电路的结构示意图；
图6(e)是本发明实施例公开的另一种包含一个换流电路的能量缓冲电路的结构示意图；
图7(a)是本发明实施例公开的一种包含两个换流电路的能量缓冲电路的结构示意图；
图7(b)是本发明实施例公开的另一种能量缓冲电路中电容电压波形变化示意图；
图7(c)是本发明实施例公开的另一种包含两个换流电路的能量缓冲电路的结构示意图；
图7(d)是本发明实施例公开的另一种包含两个换流电路的能量缓冲电路的结构示意图；
图7(e)是本发明实施例公开的另一种包含两个换流电路的能量缓冲电路的结构示意图；
图8(a)是本发明实施例公开的另一种能量缓冲电路的结构示意图；
图8(b)是本发明实施例公开的另一种能量缓冲电路的结构示意图；
图8(c)是本发明实施例公开的另一种能量缓冲电路的结构示意图；
图8(d)是本发明实施例公开的另一种能量缓冲电路的结构示意图；
图9是本发明实施例公开的另一种能量缓冲电路的结构示意图；
图10是本发明实施例公开的一种变流器的结构示意图；
图11是本发明实施例公开的另一种变流器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图对本发明实施例进行描述。
请参见图3(a)，图3(a)是本发明实施例公开的一种能量缓冲电路的结构示意图，该能量缓冲电路20应用于变流器10中，该变流器10包括直流电压源DC、交流电压源AC、正直流母线11、负直流母线12、变换单元13和能量缓冲电路20，直流电压源DC通过正直流母线11与负直流母线12分别连接变换单元13的正直流端口131与负直流端口132，交流电压源AC通过正交流母线14与负交流母线15分别连接变换单元13的正交流端口133与负交流端口134，正直流母线11和负直流母线12之间串接N个母线电容(如图3(a)所示的Cbus1、Cbus2、...、CbusN)，能量缓冲电路20包括第一端口21、第二端口22、N个换流电路(如图3(a)所示的231、232、...、23N)以及控制器24，第一端口21连接正直流母线11，第二端口22连接负直流母线12，其中，N为正整数。
N个换流电路串联于第一端口21与第二端口22之间。
第一换流电路231包括第一换流桥臂A、第一电感LS、第一电容CS1和第二电容CS2，第一换流桥臂A包括串接的第一开关单元T1和第二开关单元T2，第一开关单元T1与第二开关单元T2的公共节点为第一换流桥臂A的中点A3，第一开关单元T1远离第二开关单元T2的一端为第一换流桥臂A的第一端A1，第二开关单元T2远离第一开关单元T1的一端为第一换流桥臂A的第二端A2，第一电感LS的一端连接第一换流桥臂A的中点A3，第一电感LS的另一端为第一换流电路231的第一端2311，第一电容CS1跨接在第一换流桥臂A的第一端A1与第一换流桥臂A的第二端A2之间，第二电容CS2的一端连接第一换流桥臂A的第二端A2，第二电容CS2的另一端为第一换流电路231的第二端2312，第一换流电路231为N个换流电路中的任一个；第一端口21与第二端口22之间串接N个换流电路。
控制器24连接N个换流电路中的开关单元(例如，第一换流电路231中的第一开关单元T1和第二开关单元T2)的控制端，控制器24用于控制N个换流电路中的开关单元的开启或关闭以实现N个母线电容与N个换流电路中的电容(例如，第一换流电路231中的第一电容CS1和第二电容CS2)之间的能量交换。
当变流器10的直流侧功率大于交流侧功率时，控制器24向第一开关单元T1的控制端发送第一高频控制信号以及向第二开关单元T2的控制端发送第二高频控制信号，以实现N个母线电容向第一电容CS1和第二电容CS2充电；当变流器10的交流侧功率大于直流侧功率时，控制器24向第一开关单元T1的控制端发送第二高频控制信号以及向第二开关单元T2的控制端发送第一高频控制信号，以实现第一电容CS1和第二电容CS2向N个母线电容充电。
本发明实施例中，变流器10可以为光伏逆变器、车载逆变器等逆变器，也可以为半波整流器、全波整流器等整流器。变流器10为逆变器时，变流器10中的变换单元13为直流变交流(Direct Current/Alternating Current，DC/AC)电路，变流器10可以将直流电转换为交流电。变流器10为整流器时，变流器10中的变换单元13为交流变直流(AlternatingCurrent/Direct Current，AC/DC)电路时，变流器10可以将交流电转换为直流电。在变流器10的直流母线中加入能量缓冲电路20，可以在直流侧瞬时功率大于交流侧瞬时功率时，吸收直流侧的能量，也可以在直流侧瞬时功率小于交流侧瞬时功率时，释放吸收的能量，以保持直流侧瞬时功率与交流侧瞬时功率的平衡。
本发明实施例中的能量缓冲电路20包括串接的N个换流电路，上述N个换流电路串接在变流器10中的正直流母线11与负直流母线12之间，N个母线电容同样串接在正直流母线11与负直流母线12之间。上述N个母线电容串联后，与仅采用一个母线电容相比，N个母线电容的总体耐压能力增加，N个母线电容均可以采用耐压较小的贴片电容。
上述N个换流电路中的每个换流电路都包括一个换流桥臂(包括第一开关单元和第二开关单元)、一个电感和两个电容(包括第一电容和第二电容)，并且每个换流电路中的第一电容与第二电容串联，第一电容与第二电容可以是直接串联(即第一电容与第二电容直接连接)，也可以是间接串联(即第一电容与第二电容之间还串联电感或者开关单元)。第一开关单元或第二开关单元与上述两个电容中的一个(第一电容或第二电容)并联。第一电容与第二电容用于在直流侧瞬时功率大于交流侧瞬时功率时从N个母线电容吸收能量，或者在直流侧瞬时功率小于交流侧瞬时功率时向N个母线电容释放能量。换流电路中的换流桥臂用于在控制器的高频作用下，控制换流桥臂中电流的流向，从而实现N个母线电容对换流电路中第一电容和第二电容的储能和放电，换流电路中的电感用于限流和储能。由于每个换流电路中采用两个电容串联，与采用一个电容相比，分摊在两个电容中的每个电容两端的电压降低，由于第一开关单元或第二开关单元与上述两个电容中的一个(第一电容或第二电容)并联，每个电容两端的电压降低，第一开关单元和第二开关单元两端承受的电压也降低，从而可以降低开关单元的电压应力。
上述第一开关单元或第二开关单元可以包括一个或多个开关管，开关管可以是金属—氧化物—半导体(metal oxide semiconductor，MOS)场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、三极管等半导体开关管。以MOS管为例，一个开关单元可以包括一个MOS管或者多个串联的MOS管，多个串联的MOS管用于串联的两端为MOS管的源极和漏极，MOS管的控制端为MOS管的栅极。当一个开关单元包括多个串联的MOS管时，与一个开关单元仅包括一个MOS管相比，分摊在在每个MOS管的两端(源极与漏极)的电压降低，从而可以进一步降低开关单元的电压应力。
如果开关单元为MOS管，开关单元的电压应力可以理解为MOS管在工作时，MOS管的漏极与源极之间的电压值。如果开关单元为三极管或IGBT，开关单元的电压应力可以理解为三极管或IGBT的集电极和发射极之间的电压值。由于高耐压的开关单元的性能通常较差，采用低耐压的开关单元，可以提高变流器的性能。
请参见图3(b)，图3(b)是本发明实施例公开的另一种能量缓冲电路的结构示意图，图3(b)所示的能量缓冲电路与图3(a)的区别在于换流电路中的电路结构的区别。在图3(a)的换流电路中，第一电容CS1跨接在第一换流桥臂A的第一端A1与第一换流桥臂A的第二端A2之间；在图3(b)的换流电路中，第一电容CS1跨接在第一换流桥臂A的第一端A1与第一换流电路231的第一端2311之间。图3(b)是本发明实施例中的缓冲电路的另一种实现方式，原理类似，只是电路结构略有不同。
上述图3(a)与图3(b)中的第一开关单元T1和第二开关单元T2均以一个MOS管作为示例。显然，上述图3(a)与图3(b)中的第一开关单元T1和第二开关单元T2均可以包括一个或多个MOS管、或三极管、或IGBT等。
可选的，上述N个母线电容可以包括N-1个电容连接点，上述N个换流电路可以包括N-1个电路连接点，N-1个电容连接点与N-1个电路连接点一一对应连接。如图3(c)所示，图3(c)是本发明实施例公开的另一种能量缓冲电路的结构示意图。图3(c)中，第一母线电容Cbus1与第二母线电容Cbus2的电容连接点连接第一换流电路231与第二换流电路232的电路连接点，第二母线电容Cbus2与第三母线电容Cbus3的电容连接点连接第二换流电路232与第三换流电路233的电路连接点，...，第N-1母线电容CbusN-1与第N母线电容CbusN的电容连接点连接第N-1换流电路23N-1与第N换流电路23N的电路连接点。
可选的，上述能量缓冲电路还可以包括旁路开关，上述旁路开关设置在第一换流电路的第一端与第一换流桥臂的第一端或第一换流桥臂的第二端之间，上述旁路开关用于在能量缓冲电路处于低功率状态时导通。如图3(d)和图3(e)所示，图3(d)中，第一旁路开关P1设置在第一电感LS和第一开关单元T1之间。图3(e)中，第一旁路开关P1设置在第一电感LS和第二开关单元T2之间。旁路开关用于在变流器输出功率下降时，让电流不经过第一电感LS和开关单元，以使母线电容直接与能量缓冲电路中的电容并联，可以在变流器输出功率下降时减少电感和开关单元上的功耗。
可选的，上述第一换流桥臂还可以包括解耦电容，上述解耦电容跨接在第一换流桥臂的第一端与第一换流桥臂的第二端之间。如图4所示，图4是本发明实施例公开的一种换流桥臂的结构示意图。图4左边的图(a)为没有加入解耦电容的换流桥臂，图4右边的图4(b)为加入解耦电容的换流桥臂。解耦电容Cc跨接在第一开关单元T1和第二开关单元T2之间。解耦电容用于减小换流桥臂中的寄生电感，以降低换流桥臂中开关单元的电压过冲。
可选的，上述第一换流桥臂还可以包括飞跨电容Cc，上述第一开关单元T1可以包括串接的第一开关管T11和第二开关管T12，上述第二开关单元T2包括串接的第三开关管T21和第四开关管T22，上述飞跨电容Cc跨接在第一开关管T11和第二开关管T12的连接点与第三开关管T21和第四开关管T22的连接点之间。如图5所示，图5是本发明实施例公开的另一种换流桥臂的结构示意图。图(5)中的图(a)为上述实施例中采用的换流桥臂，也称为半桥换流桥臂；图(5)中的图(b)为本发明实施例中采用的一种换流桥臂可能的结构示意图，也称为飞跨电容多电平换流桥臂。图(5)中的图(b)所示的换流桥臂采用四个开关管，可以进一步减少开关管的电压应力。
可选的，上述第一换流桥臂还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一分压电容Cc1和第二分压电容Cc2，上述第一开关单元T1可以包括串接的第一开关管T11和第二开关管T12，上述第二开关单元T2包括串接的第三开关管T21和第四开关管T22，第一二极管D1的一端连接第一开关管T11和第二开关管T12的连接点，第一二极管D1的另一端连接第二二极管D2的一端，第二二极管D2的另一端连接第三开关管T21和第四开关管T22的连接点，第一分压电容Cc1的一端连接上述第一换流桥臂的第一端，第一分压电容Cc1的另一端连接第二分压电容Cc2的一端以及第一二极管D1的另一端，第二分压电容Cc2的另一端连接上述第一换流桥臂的第二端。如图5所示，图5是本发明实施例公开的另一种换流桥臂的结构示意图。图(5)中的图(a)为上述实施例中采用的换流桥臂，也称为半桥换流桥臂；图(5)中的图(c)为本发明实施例中采用的另一种换流桥臂可能的结构示意图，也称为二极管中点箝位多电平换流桥臂。图(5)中的图(c)所示的换流桥臂采用四个开关管，可以进一步减少开关管的电压应力。
可选的，上述第一开关单元T1可以包括串接的第一开关管T11和第二开关管T12，上述第二开关单元T2包括串接的第三开关管T21和第四开关管T22，第一换流桥臂还包括第五开关管T5、第六开关管T6、第一分压电容Cc1和第二分压电容Cc2，第五开关管T5的第一端连接第一开关管T11和第二开关管T12的连接点，第五开关管T5的第二端连接第六开关管T6的第一端，第六开关管T6的第二端连接第三开关管T21和第四开关管T22的连接点，第一分压电容Cc1的一端连接第一换流桥臂的第一端，第一分压电容Cc1的另一端连接第二分压电容Cc2的一端以及第六开关管T6的第一端，第二分压电容Cc2的另一端连接第一换流桥臂的第二端。如图5所示，图(5)中的图(a)为上述实施例中采用的换流桥臂，也称为半桥换流桥臂；图(5)中的图(d)为本发明实施例中采用的另一种换流桥臂可能的结构示意图，也称为中点有源箝位多电平换流桥臂。图(5)中的图(d)所示的换流桥臂采用六个开关管，可以进一步减少开关管的电压应力。
由于上述N个换流电路中的每个换流电路的原理都是类似的，下面以N等于1和N等于2为例阐述能量缓冲电路20的工作原理。
当N等于1时，能量缓冲电路可以如图6(a)所示，图6(a)是本发明实施例公开的一种包含一个换流电路的能量缓冲电路的结构示意图。该能量缓冲电路20应用于变流器10中，该变流器10包括直流电压源DC、交流电压源AC、正直流母线11、负直流母线12、变换单元13和能量缓冲电路20，直流电压源DC通过正直流母线11与负直流母线12分别连接变换单元13的正直流端口131与负直流端口132，交流电压源AC通过正交流母线14与负交流母线15分别连接变换单元13的正交流端口133与负交流端口134，正直流母线11和负直流母线12之间串接母线电容Cbus，能量缓冲电路20包括第一端口21、第二端口22、第一换流桥臂A、第一电感LS、第一电容CS1、第二电容CS2以及控制器24，第一端口21连接正直流母线11，第二端口22连接负直流母线12。
第一换流桥臂A包括串接的第一开关单元T1和第二开关单元T2，第一开关单元T1与第二开关单元T2的公共节点为第一换流桥臂A的中点A3，第一开关单元T1远离第二开关单元T2的一端为第一换流桥臂A的第一端A1，第二开关单元T2远离第一开关单元T1的一端为第一换流桥臂A的第二端A2，第一电感LS的一端连接第一换流桥臂A的中点A3，第一电感LS的另一端连接第一端口21，第一电容CS1跨接在第一换流桥臂A的第一端A1与第一换流桥臂A的第二端A2之间，第二电容CS2的一端连接第一换流桥臂A的第二端A2，第二电容CS2的另一端连接第二端口22。
控制器24连连接第一开关单元T1的控制端和第二开关单元T2的控制端，控制器24用于控制第一开关单元T1和第二开关单元T2的开启或关闭以实现母线电容Cbus与第一电容CS1和第二电容CS2之间的能量交换。
图6(a)中的控制器24可以通过输出脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号来控制第一开关单元T1和第二开关单元T2的开启或关闭。具体的，控制器24可以通过控制输出的PWM信号的占空比来控制第一开关单元T1和第二开关单元T2的开启和关闭。举例来说，当PWM信号的占空比为0时，控制器24可以控制开关单元完全关闭状态；当PWM信号的占空比为100％时，控制器24可以控制开关单元完全开启状态；当PWM信号的占空比为0-100％之间时，控制器24可以控制开关单元处于0-100％开启状态。控制器24可以通过输出的PWM信号的占空比调节开关单元的开启状态，进而可以调整能量缓冲电路20中第一电容CS1与第二电容CS2的充放电速度，从而调整能量缓冲电路20的充放电速度。
图6(a)中的能量缓冲电路为升压型电路，第一电容CS1两端的电压与第二电容CS2两端的电压之和大于母线电容Cbus两端的电压。
其中，图6(a)中的能量缓冲电路还可以有图6(c)的变换结构。
为了方便说明，图6(a)中的第一开关单元T1和第二开关单元T2均以MOS管作为示例。图6(a)中的变流器10以逆变器作为示例，即图6(a)中的变流器10直流侧的电压为定值。
图6(a)中第一电容CS1和第二电容CS2的电压波形图如图6(b)所示，图6(b)是本发明实施例公开的一种能量缓冲电路中电容电压波形变化示意图。图6(b)中的横坐标为时间，纵坐标为电压，由于母线电容Cbus与变流器10直流侧的直流电压源DC并联，母线电容Cbus两端的电压Vbus等于直流电压源DC的电压，故母线电容Cbus两端的电压为定值。第一电容CS1两端的电压为Vcs1，第二电容CS2两端的电压为Vcs2。需要说明的是，图6(b)中示出的Vcs1小于Vcs2仅仅是一种可能的示例。由于图6(a)中的能量缓冲电路为升压型电路，在图6(b)中的任意时刻，Vcs1与Vcs2之和要大于Vbus。Vcs1与Vcs2的大小具体和第一电容CS1与第二电容CS2的容值大小以及控制器24输出的PWM信号的占空比有关。
如图6(b)所示，在t1、t2以及t3时刻，直流侧瞬时功率等于交流侧瞬时功率。在t1-t2时间段内，直流侧瞬时功率大于交流侧瞬时功率，在t2-t3时间段内，直流侧瞬时功率小于交流侧瞬时功率。图6(a)中，t1-t3时间段为一个高频动作周期，在每个高频动作周期内，控制器24可以向第一开关单元T1与第二开关单元T2分别发送高频控制信号以控制第一开关单元T1与第二开关单元T2的开启或关闭以实现能量的流动。在t1-t2时间段内，控制器24控制能量从母线电容Cbus流向第一电容CS1和第二电容CS2；在t2-t3时间段内，控制器24控制能量从第一电容CS1和第二电容CS2流向母线电容Cbus。由于第一电容CS1两端的电压Vcs1往往较小，第一开关单元T1与第二开关单元T2的漏源极承受的电压应力也较小。
从图6(b)可以看出，第一电容CS1两端的电压Vcs1和第二电容CS2两端的电压Vcs2均要小于母线电容Cbus两端的电压Vbus。图6(b)中的第一开关单元T1与第二开关单元T2的漏源极承受的电压为第一电容CS1两端的电压Vcs1，与现有技术中仅采用一个电容相比，可以大幅降低开关单元的电压应力，可以在能量缓冲电路中采用低耐压器件的开关单元，从而提升变流器性能。同时，由于第一电感LS与第一电容CS1和第二电容CS2串联，与现有技术中仅采用一个电容相比，分摊到第一电感LS两端的电压也会相应降低，可以降低第一电感LS的伏秒值，进而可以减小第一电感的体积，从而进一步提升变流器性能。
伏秒值，也可称为伏秒积，即为电压与时间的乘积，在单位时间内，如果降低第一电感LS两端的电压，即可降低第一电感LS的伏秒值。由于电感的伏秒值越大，电感的体积越大，故降低电感的伏秒值后，可以采用伏秒值较低的电感，从而达到降低电感体积的目的。
当N等于1时，能量缓冲电路还可以如图6(d)所示，图6(d)是本发明实施例公开的另一种包含一个换流电路的能量缓冲电路的结构示意图。该能量缓冲电路20应用于变流器10中，该变流器10包括直流电压源DC、交流电压源AC、正直流母线11、负直流母线12、变换单元13和能量缓冲电路20，直流电压源DC通过正直流母线11与负直流母线12分别连接变换单元13的正直流端口131与负直流端口132，交流电压源AC通过正交流母线14与负交流母线15分别连接变换单元13的正交流端口133与负交流端口134，正直流母线11和负直流母线12之间串接母线电容Cbus，能量缓冲电路20包括第一端口21、第二端口22、第一换流桥臂A、第一电感LS、第一电容CS1、第二电容CS2以及控制器24，第一端口21连接正直流母线11，第二端口22连接负直流母线12。
第一换流桥臂A包括串接的第一开关单元T1和第二开关单元T2，第一开关单元T1与第二开关单元T2的公共节点为第一换流桥臂A的中点A3，第一开关单元T1远离第二开关单元T2的一端为第一换流桥臂A的第一端A1，第二开关单元T2远离第一开关单元T1的一端为第一换流桥臂A的第二端A2，第一电感LS的一端连接第一换流桥臂A的中点A3，第一电感LS的另一端连接第一端口21，第一电容CS1跨接在第一换流桥臂A的第一端A1与第一电感LS的另一端之间，第二电容CS2的一端连接第一换流桥臂A的第二端A2，第二电容CS2的另一端连接第二端口22。
控制器24连连接第一开关单元T1的控制端和第二开关单元T2的控制端，控制器24用于控制第一开关单元T1和第二开关单元T2的开启或关闭以实现母线电容Cbus与第一电容CS1和第二电容CS2之间的能量交换。
图6(d)中的控制器24也可以通过PWM信号来控制第一开关单元T1和第二开关单元T2的开启或关闭。具体可以参见上述对图6(a)的相关描述。控制器24可以通过输出的PWM信号的占空比调节开关单元的开启状态，进而可以调整能量缓冲电路20中第一电容CS1与第二电容CS2的充放电速度，从而调整能量缓冲电路20的充放电速度。
图6(d)中的能量缓冲电路为升压型电路，第一电容CS1两端的电压与第二电容CS2两端的电压之和大于母线电容Cbus两端的电压。
其中，图6(d)中的能量缓冲电路还可以有图6(e)的变换结构。
为了方便说明，图6(d)中的第一开关单元T1和第二开关单元T2均以MOS管作为示例。图6(d)中的变流器10以逆变器作为示例，即图6(d)中的变流器10直流侧的电压为定值。
图6(d)中第一电容CS1和第二电容CS2的电压波形图可以参见图6(b)所示。图6(b)中的横坐标为时间，纵坐标为电压，由于母线电容Cbus与变流器10直流侧的直流电压源DC并联，母线电容Cbus两端的电压Vbus等于直流电压源DC的电压，故母线电容Cbus两端的电压为定值。第一电容CS1两端的电压为Vcs1，第二电容CS2两端的电压为Vcs2。需要说明的是，在图6(b)中的任意时刻，Vcs1与Vcs2之和要大于Vbus，但第一电容CS1两端的电压Vcs1较低，而第二电容CS2两端的电压Vcs2接近直流母线电容Cbus两端的电压Vbus。因此，第一电容CS1可以采用贴片电容，第二电容CS2与母线电容Cbus可以采用同一种型号的薄膜电容，可以减少变流器中用到的电容的种类，有利于降低变流器的成本与制造难度。
当N等于2时，能量缓冲电路可以如图7(a)所示，图7(a)是本发明实施例公开的一种包含两个换流电路的能量缓冲电路的结构示意图。该能量缓冲电路20应用于变流器10中，该变流器10包括直流电压源DC、交流电压源AC、正直流母线11、负直流母线12、变换单元13和能量缓冲电路20，直流电压源DC通过正直流母线11与负直流母线12分别连接变换单元13的正直流端口131与负直流端口132，交流电压源AC通过正交流母线14与负交流母线15分别连接变换单元13的正交流端口133与负交流端口134，正直流母线11和负直流母线12之间串接第一母线电容Cbus1和第二母线电容Cbus2，能量缓冲电路20包括第一端口21、第二端口22、第一换流电路231、第二换流电路232以及控制器24，第一端口21连接正直流母线11，第二端口22连接负直流母线12。
第一换流电路231包括第一换流桥臂A、第一电感LS1、第一电容CS1以及第二电容CS2。第二换流电路232包括第二换流桥臂B、第二电感LS2、第三电容CS3以及第四电容CS4。
第一换流桥臂A包括串接的第一开关单元T1和第二开关单元T2，第一开关单元T1与第二开关单元T2的公共节点为第一换流桥臂A的中点A3，第一开关单元T1远离第二开关单元T2的一端为第一换流桥臂A的第一端A1，第二开关单元T2远离第一开关单元T1的一端为第一换流桥臂A的第二端A2，第一电感LS1的一端连接第一换流桥臂A的中点A3，第一电感LS1的另一端连接第一端口21，第一电容CS1跨接在第一换流桥臂A的第一端A1与第一换流桥臂A的第二端A2之间，第二电容CS2的一端连接第一换流桥臂A的第二端A2，第二电容CS2的另一端连接第四电容CS4的一端。
第二换流桥臂B包括串接的第三开关单元T3和第四开关单元T4，第三开关单元T3与第四开关单元T4的公共节点为第一换流桥臂B的中点B3，第三开关单元T3远离第四开关单元T4的一端为第二换流桥臂B的第一端B1，第四开关单元T4远离第三开关单元T3的一端为第二换流桥臂B的第二端B2，第二电感LS2的一端连接第一换流桥臂B的中点B3，第二电感LS2的另一端连接第二端口22，第三电容CS3跨接在第二换流桥臂B的第一端B1与第二换流桥臂B的第二端B2之间，第四电容CS4的另一端连接第二换流桥臂B的第二端B2。
控制器24连接第一开关单元T1的控制端、第二开关单元T2的控制端、第三开关单元T3的控制端以及第四开关单元T4的控制端，控制器24用于控制第一开关单元T1、第二开关单元T2、第三开关单元T3和第四开关单元T4的开启或关闭以实现第一母线电容Cbus1和第二母线电容Cbus2与第一电容CS1、第二电容CS2、第三电容CS3和第四电容CS4之间的能量交换。
图7(a)中的控制器24可以通过控制输出的PWM信号的占空比来控制第一开关单元T1、第二开关单元T2、第三开关单元T3和第四开关单元T4的开启和关闭。控制器24可以通过输出的PWM信号的占空比调节开关单元的开启状态，进而可以调整能量缓冲电路20中第一电容CS1、第二电容CS2、第三电容CS3和第四电容CS4的充放电速度，从而调整能量缓冲电路20的充放电速度。
其中，图7(a)中的能量缓冲电路还可以有图7(c)、图7(d)、图7(e)的变换结构。
为了方便说明，图7(a)中的第一开关单元T1、第二开关单元T2、第三开关单元T3和第四开关单元T4均以MOS管作为示例。图7(a)中的变流器10以逆变器作为示例，即图7(a)中的变流器10直流侧的电压为定值。
图7(a)中第一电容CS1、第二电容CS2、第三电容CS3和第四电容CS4的电压波形图如图7(b)所示，图7(b)是本发明实施例公开的另一种能量缓冲电路中电容电压波形变化示意图。图7(b)中的横坐标为时间，纵坐标为电压，由于第一母线电容Cbus1和第二母线电容Cbus2串联后与变流器10直流侧的直流电压源DC并联，第一母线电容Cbus1两端的电压Vbus1和第二母线电容Cbus2两端的电压Vbus2之和等于直流电压源DC的电压，故第一母线电容Cbus1两端的电压Vbus1和第二母线电容Cbus2两端的电压Vbus2之和为定值。第一电容CS1两端的电压为Vcs1，第二电容CS2两端的电压为Vcs2、第三电容CS3两端的电压为Vcs3，第四电容CS4两端的电压为Vcs4。需要说明的是，图7(b)中示出的Vcs1小于Vcs2、Vcs3小于Vcs4仅仅是一种可能的示例，Vcs1可以大于Vcs2，Vcs1也可以等于Vcs2，Vcs3可以大于Vcs4，Vcs3也可以等于Vcs4。由于图7(a)中的能量缓冲电路为升压型电路，在图7(b)中的任意时刻，Vcs1与Vcs2之和要大于Vbus1，Vcs3与Vcs4之和要大于Vbus2。Vcs1、Vcs2、Vcs3与Vcs4的大小具体和第一电容CS1、第二电容CS2、第三电容CS3和第四电容CS4的容值大小以及控制器24输出的PWM信号的占空比有关。
如图7(b)所示，在t1、t2以及t3时刻，直流侧瞬时功率等于交流侧瞬时功率。在t1-t2时间段内，直流侧瞬时功率大于交流侧瞬时功率，在t2-t3时间段内，直流侧瞬时功率小于交流侧瞬时功率。图7(a)中，t1-t3时间段为一个高频动作周期，在每个高频动作周期内，控制器24可以向第一开关单元T1与第二开关单元T2分别发送高频控制信号以控制第一开关单元T1与第二开关单元T2的开启或关闭以实现能量的流动。在t1-t2时间段内，控制器24控制能量从第一母线电容Cbus1和第二母线电容Cbus2流向第一电容CS1、第二电容CS2、第三电容CS3和第四电容CS4；在t2-t3时间段内，控制器24控制能量从第一电容CS1、第二电容CS2、第三电容CS3和第四电容CS4流向第一母线电容Cbus1和第二母线电容Cbus2。由于第一电容CS1两端的电压Vcs1与第三电容CS3两端的电压Vcs3往往较小，第一开关单元T1、第二开关单元T2、第三开关单元T3和第四开关单元T4的漏源极承受的电压应力也较小。
从图7(b)可以看出，第一电容CS1两端的电压Vcs1和第二电容CS2两端的电压Vcs2均要小于第一母线电容Cbus1两端的电压Vbus1，第三电容CS3两端的电压Vcs3和第四电容CS4两端的电压Vcs4均要小于第二母线电容Cbus2两端的电压Vbus2。图7(b)中的第一开关单元T1与第二开关单元T2的漏源极承受的电压为第一电容CS1两端的电压Vcs1，第三开关单元T3与第四开关单元T4的漏源极承受的电压为第三电容CS3两端的电压Vcs3，与现有技术中仅采用一个电容相比，可以大幅降低开关单元的电压应力，可以在能量缓冲电路中采用低耐压器件的开关单元，从而提升变流器性能。
请参阅图8(a)，图8(a)是本发明实施例公开的另一种能量缓冲电路的结构示意图。如图8(a)所示，该能量缓冲电路20应用于变流器10中，该变流器10包括直流电压源DC、交流电压源AC、正直流母线11、负直流母线12、变换单元13和能量缓冲电路20，直流电压源DC通过正直流母线11与负直流母线12分别连接变换单元13的正直流端口131与负直流端口132，交流电压源AC通过正交流母线14与负交流母线15分别连接变换单元13的正交流端口133与负交流端口134，正直流母线11和负直流母线12之间串接N个母线电容(如图8(a)所示的Cbus1、Cbus2、...、CbusN)，能量缓冲电路20包括第一端口21、第二端口22、N个换流电路(如图8(a)所示的231、232、...、23N)以及控制器24，第一端口21连接正直流母线11，第二端口22连接负直流母线12，其中，N为正整数。
第一换流电路231包括第一换流桥臂A、第一电感LS、第一电容CS1和第二电容CS2，第一换流桥臂A包括串接的第一开关单元T1和第二开关单元T2，第一开关单元T1与第二开关单元T2的公共节点为第一换流桥臂A的中点A3，第一开关单元T1远离第二开关单元T2的一端为第一换流桥臂A的第一端A1，第二开关单元T2远离第一开关单元T1的一端为第一换流桥臂A的第二端A2，第一电感LS的一端连接第一换流桥臂A的中点A3，第一电感LS的另一端连接第二电容CS2的一端，第二电容CS2的另一端为第一换流电路231的第一端2311，第一电容CS1跨接在第一换流桥臂A的第一端A1与第一换流桥臂A的第二端A2或第一电感LS的另一端之间，第一换流桥臂A的第二端A2为第一换流电路231的第二端2312，第一换流电路231为N个换流电路中的任一个；第一端口21与第二端口22之间串接N个换流电路。
控制器24连接N个换流电路中的开关单元(例如，第一换流电路231中的第一开关单元T1和第二开关单元T2)的控制端，控制器24用于控制N个换流电路中的开关单元的开启或关闭以实现N个母线电容与N个换流电路中的电容(例如，第一换流电路231中的第一电容CS1和第二电容CS2)之间的能量交换。
上述N个换流电路中的每个换流电路都包括一个换流桥臂(包括第一开关单元和第二开关单元)、一个电感和两个电容(包括第一电容和第二电容)，并且每个换流电路中的第一电容与第二电容串联，第一电容与第二电容可以是直接串联(即第一电容与第二电容直接连接)，也可以是间接串联(即第一电容与第二电容之间还串联电感或者开关单元)。第一开关单元或第二开关单元与上述两个电容中的一个(第一电容或第二电容)并联。第一电容与第二电容用于在直流侧瞬时功率大于交流侧瞬时功率时从N个母线电容吸收能量，或者在直流侧瞬时功率小于交流侧瞬时功率时向N个母线电容释放能量。换流电路中的换流桥臂用于在控制器的高频作用下，控制换流桥臂中电流的流向，从而实现N个母线电容对换流电路中第一电容和第二电容的储能和放电，换流电路中的电感用于限流和储能。由于每个换流电路中采用两个电容串联，与采用一个电容相比，分摊在两个电容中的每个电容两端的电压降低，由于第一开关单元或第二开关单元与上述两个电容中的一个(第一电容或第二电容)并联，每个电容两端的电压降低，第一开关单元和第二开关单元两端承受的电压也降低，从而可以降低开关单元的电压应力。
上述第一开关单元或第二开关单元可以包括一个或多个开关管，开关管可以是MOS管、IGBT、三极管等半导体开关管。以MOS管为例，一个开关单元可以包括一个MOS管或者多个串联的MOS管，多个串联的MOS管用于串联的两端为MOS管的源极和漏极，MOS管的控制端为MOS管的栅极。当一个开关单元包括多个串联的MOS管时，与一个开关单元仅包括一个MOS管相比，分摊在在每个MOS管的两端(漏极与源极)的电压降低，从而可以进一步降低开关单元的电压应力。
如果开关单元为MOS管，开关单元的电压应力可以理解为MOS管在工作时，MOS管的漏极与源极之间的电压值。如果开关单元为三极管或IGBT，开关单元的电压应力可以理解为三极管或IGBT的集电极和发射极之间的电压值。由于高耐压的开关单元的性能通常较差，采用低耐压的开关单元，可以提高变流器的性能。
图8(a)中的能量缓冲电路可以理解为图3(a)所示的能量缓冲电路的结构的变形，工作原理类似，此处不再赘述。
其中，图8(a)中的能量缓冲电路还可以有图8(b)、图8(c)、图8(d)的变换结构。
上述图8(a)、图8(b)、图8(c)和图8(d)中的第一开关单元T1和第二开关单元T2均以一个MOS管作为示例。显然，上述图8(a)、图8(b)、图8(c)和图8(d)中的第一开关单元T1和第二开关单元T2均可以包括一个或多个MOS管、或三极管、或IGBT等。
可选的，上述图8(a)、图8(b)、图8(c)和图8(d)中的换流桥臂还可以有图4或图5的变形，此处不再赘述。
请参阅图9，图9是本发明实施例公开的另一种能量缓冲电路的结构示意图，该能量缓冲电路20应用于变流器10中。如图9所示，该变流器10包括直流电压源DC、交流电压源AC、正直流母线11、负直流母线12、变换单元13和能量缓冲电路20，直流电压源DC通过正直流母线11与负直流母线12分别连接变换单元13的正直流端口131与负直流端口132，交流电压源AC通过正交流母线14与负交流母线15分别连接变换单元13的正交流端口133与负交流端口134，正直流母线11和负直流母线12之间串接2N个母线电容(如图9所示的Cbus1、Cbus2、...、Cbus2N)，能量缓冲电路20包括第一端口21、第二端口22、N个换流电路(如图9所示的231、232、...、23N)以及控制器24，第一端口21连接正直流母线11，第二端口22连接负直流母线12，其中，N为正整数。
第一换流电路231包括第一换流桥臂A、第二换流桥臂B、第一电感LS和第一电容CS，第一换流电路231为N个换流电路中的任一个，第一换流电路231对应2N个母线电容中的第一母线电容Cbus1和第二母线电容Cbus2。
第一换流桥臂A包括串接的第一开关单元T1和第二开关单元T2，第一开关单元T1与第二开关单元T2的公共节点为第一换流桥臂A的中点A3，第一开关单元T1远离第二开关单元T2的一端为第一换流桥臂A的第一端A1，第二开关单元T2远离第一开关单元T1的一端为第一换流桥臂A的第二端A2。
第二换流桥臂B包括串接的第三开关单元T3和第四开关单元T4，第三开关单元T3与第四开关单元T4的公共节点为第一换流桥臂B的中点B3，第三开关单元T3远离第四开关单元T4的一端为第二换流桥臂B的第一端B1，第四开关单元T4远离第三开关单元T3的一端为第二换流桥臂B的第二端B2。
第一换流桥臂A的中点A3与第二换流桥臂B的中点B3之间串接LS和第一电容CS，第一换流桥臂A的第二端A2与第二换流桥臂B的第一端B1连接，第一换流桥臂A的第一端A1为第一换流电路231的第一端2311，第二换流桥臂B的第二端B2为第一换流电路231的第二端2312，第一换流桥臂A与第二换流桥臂B的连接点为第一换流电路的第三端2313，第一换流电路231的第三端2313连接第一母线电容Cbus1与第二母线电容Cbus2的连接点。
第一端口21与第二端口22之间串接N个换流电路，N个换流电路用于串接的两端分别为N个换流电路的第一端(例如，第一换流电路231的第一端2311)与N个换流电路的第二端(例如，第一换流电路231的第二端2312)。
控制器24连接N个换流电路中的开关单元的控制端，控制器24用于控制N个换流电路中的开关单元的开启或关闭以实现2N个母线电容与N个换流电路中的电容之间的能量交换。
图9中的能量缓冲电路中的开关单元以MOS管为例进行说明。图9中每个换流电路对应两个母线电容，由于图9采用2N个母线电容，与采用一个母线电容相比，可以大幅降低母线电容所需的电压。图9中的第一开关单元T1和第二开关单元T2与第一母线电容Cbus1并联，第三开关单元T3和第四开关单元T4与第二母线电容Cbus2并联，每个开关单元的电压应力都小于一个母线电容两端的电压，由于采用2N个母线电容，与采用一个母线电容相比，每个母线电容两端的电压大幅降低，从而可以降低开关单元的电压应力，从而提升变流器的性能。
可选的，上述图9中的换流桥臂还可以有图4或图5的变形，此处不再赘述。
请参阅图10，图10是本发明实施例公开的一种变流器的结构示意图，该变流器10包括直流电压源DC、交流电压源AC、正直流母线11、负直流母线12、变换单元13和上述实施例中描述的能量缓冲电路20，直流电压源DC通过正直流母线11与负直流母线12分别连接变换单元13的正直流端口131与负直流端口132，交流电压源AC通过正交流母线14与负交流母线15分别连接变换单元13的正交流端口133与负交流端口134，正直流母线11和负直流母线12之间串接至少一个母线电容(如图10所示的Cbus1、Cbus2、...、CbusN)。
请参阅图11，图11是本发明实施例公开的另一种变流器的结构示意图。本发明实施例公开的变流器中的变换单元13可根据实际应用选择多电平电路，此时变换单元13直流侧可能会有多个直流端子连接在直流母线的串联电容的连接节点上。变换单元的直流侧端子跟串联电容的连接节点可根据需要连接，不一定一一对应。
可选的，变换单元13的交流输出侧可根据实际应用选择单相输出或多相输出，本发明中不加限定。
下面以图11为例进行说明，图11中，该变流器10包括一个直流电压源DC、三个交流电压源(如图11所示的三相交流源：第一交流电压源AC1、第二交流电压源AC2以及第三交流电压源AC3)、正直流母线11、负直流母线12、变换单元13和上述实施例中描述的能量缓冲电路20，直流电压源DC通过正直流母线11与负直流母线12分别连接变换单元13的直流端口131与直流端口13(N+1)，第一交流电压源AC1通过交流母线15连接变换单元13的交流端口141，第二交流电压源AC2通过交流母线16连接变换单元13的交流端口142，第三交流电压源AC3通过交流母线17连接变换单元13的交流端口143。正直流母线11和负直流母线12之间串接至少一个母线电容(如图10所示的Cbus1、Cbus2、...、CbusN)。任意两个母线电容的连接点与变换单元13的直流端口连接，例如，第一母线电容Cbus1与第二母线电容Cbus2的连接点与变换单元13的直流端口132连接，第二母线电容Cbus2与第三母线电容Cbus3的连接点与变换单元13的直流端口133连接。
可以理解的是，图11仅为一种可能的示例，变换单元的直流侧端子跟串联电容的连接节点可根据需要连接，不一定一一对应。
本发明实施例中，变流器10可以为光伏逆变器、车载逆变器等逆变器，也可以为半波整流器、全波整流器等整流器。变流器10为逆变器时，变流器10中的变换单元13为DC/AC电路，变流器10可以将直流电转换为交流电。变流器10为整流器时，变流器10中的变换单元13为交流变直流AC/DC电路时，变流器10可以将交流电转换为直流电。在变流器10的直流母线中加入能量缓冲电路20，可以在直流侧瞬时功率大于交流侧瞬时功率时，吸收直流侧的能量，也可以在直流侧瞬时功率小于交流侧瞬时功率时，释放吸收的能量，以保持直流侧瞬时功率与交流侧瞬时功率的平衡。

Claims (35)

1.一种能量缓冲电路，应用于变流器中，其特征在于，所述变流器包括正直流母线和负直流母线，所述正直流母线和所述负直流母线之间串接N个母线电容，所述能量缓冲电路包括第一端口、第二端口、N个换流电路以及控制器，所述第一端口连接所述正直流母线，所述第二端口连接所述负直流母线，N为正整数；
所述N个换流电路串联于所述第一端口与所述第二端口之间；
第一换流电路包括第一换流桥臂、第一电感、第一电容和第二电容，
所述第一换流桥臂包括串接的第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元与所述第二开关单元的公共节点为所述第一换流桥臂的中点，所述第一开关单元远离所述第二开关单元的一端为所述第一换流桥臂的第一端，所述第二开关单元远离所述第一开关单元的一端为所述第一换流桥臂的第二端，
所述第一电感的一端连接所述第一换流桥臂的中点，所述第一电感的另一端为所述第一换流电路的第一端，所述第一电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间，或跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流电路的第一端之间，所述第二电容的一端连接所述第一换流桥臂的第二端，所述第二电容的另一端为所述第一换流电路的第二端，所述第一换流电路为所述N个换流电路中的任一个；
所述控制器连接所述第一开关单元的控制端和所述第二开关单元的控制端；当所述变流器的直流侧功率大于交流侧功率时，所述控制器向所述第一开关单元的控制端发送第一高频控制信号以及向所述第二开关单元的控制端发送第二高频控制信号，以实现所述N个母线电容向所述第一电容和所述第二电容充电；当所述变流器的交流侧功率大于直流侧功率时，所述控制器向所述第一开关单元的控制端发送所述第二高频控制信号以及向所述第二开关单元的控制端发送所述第一高频控制信号，以实现所述第一电容和所述第二电容向所述N个母线电容充电。
2.根据权利要求1所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述N个母线电容包括N-1个电容连接点，所述N个换流电路包括N-1个电路连接点，所述N-1个电容连接点与所述N-1个电路连接点一一对应连接。
3.根据权利要求1所述的能量缓冲电路，其特征在于，
所述能量缓冲电路还包括旁路开关，所述旁路开关设置在所述第一换流电路的第一端与所述第一换流桥臂的第一端之间，或设置在所述第一换流电路的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间，所述旁路开关用于在所述能量缓冲电路处于低功率状态时导通。
4.根据权利要求2所述的能量缓冲电路，其特征在于，
所述能量缓冲电路还包括旁路开关，所述旁路开关设置在所述第一换流电路的第一端与所述第一换流桥臂的第一端之间，或设置在所述第一换流电路的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间，所述旁路开关用于在所述能量缓冲电路处于低功率状态时导通。
5.根据权利要求1所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括解耦电容，所述解耦电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间。
6.根据权利要求2所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括解耦电容，所述解耦电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间。
7.根据权利要求3所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括解耦电容，所述解耦电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间。
8.根据权利要求4所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括解耦电容，所述解耦电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间。
9.根据权利要求1-8任一项所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一开关单元包括串接的第一开关管和第二开关管，所述第二开关单元包括串接的第三开关管和第四开关管。
10.根据权利要求9所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括飞跨电容，所述飞跨电容跨接在所述第一开关管和所述第二开关管的连接点与所述第三开关管和所述第四开关管的连接点之间。
11.根据权利要求9所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括第一二极管、第二二极管、第一分压电容和第二分压电容，所述第一二极管的一端连接所述第一开关管和所述第二开关管的连接点，所述第一二极管的另一端连接所述第二二极管的一端，所述第二二极管的另一端连接所述第三开关管和所述第四开关管的连接点，所述第一分压电容的一端连接所述第一换流桥臂的第一端，所述第一分压电容的另一端连接所述第二分压电容的一端以及所述第一二极管的另一端，所述第二分压电容的另一端连接所述第一换流桥臂的第二端。
12.根据权利要求9所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括第五开关管、第六开关管、第一分压电容和第二分压电容，所述第五开关管的第一端连接所述第一开关管和所述第二开关管的连接点，所述第五开关管的第二端连接所述第六开关管的第一端，所述第六开关管的第二端连接所述第三开关管和所述第四开关管的连接点，所述第一分压电容的一端连接所述第一换流桥臂的第一端，所述第一分压电容的另一端连接所述第二分压电容的一端以及所述第六开关管的第一端，所述第二分压电容的另一端连接所述第一换流桥臂的第二端。
13.一种能量缓冲电路，应用于变流器中，其特征在于，所述变流器包括正直流母线和负直流母线，所述正直流母线和所述负直流母线之间串接N个母线电容，所述能量缓冲电路包括第一端口、第二端口、N个换流电路以及控制器，所述第一端口连接所述正直流母线，所述第二端口连接所述负直流母线，N为正整数；
所述N个换流电路串联于所述第一端口与所述第二端口之间；
第一换流电路包括第一换流桥臂、第一电感、第一电容和第二电容，所述第一换流桥臂包括串接的第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元与所述第二开关单元的公共节点为所述第一换流桥臂的中点，所述第一开关单元远离所述第二开关单元的一端为所述第一换流桥臂的第一端，所述第二开关单元远离所述第一开关单元的一端为所述第一换流桥臂的第二端，所述第一电感的一端连接所述第一换流桥臂的中点，所述第一电感的另一端连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端为所述第一换流电路的第一端，所述第一电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间，或跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一电感的另一端之间，所述第一换流桥臂的第二端为所述第一换流电路的第二端，所述第一换流电路为所述N个换流电路中的任一个；
所述控制器连接所述第一开关单元的控制端和所述第二开关单元的控制端；当所述变流器的直流侧功率大于交流侧功率时，所述控制器向所述第一开关单元的控制端发送第一高频控制信号以及向所述第二开关单元的控制端发送第二高频控制信号，以实现所述N个母线电容向所述第一电容和所述第二电容充电；当所述变流器的交流侧功率大于直流侧功率时，所述控制器向所述第一开关单元的控制端发送所述第二高频控制信号以及向所述第二开关单元的控制端发送所述第一高频控制信号，以实现所述第一电容和所述第二电容向所述N个母线电容充电。
14.根据权利要求13所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述N个母线电容包括N-1个电容连接点，所述N个换流电路包括N-1个电路连接点，所述N-1个电容连接点与所述N-1个电路连接点一一对应连接。
15.根据权利要求13所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述能量缓冲电路还包括旁路开关，
所述旁路开关设置在所述第一电感的一端与所述第一换流桥臂的第一端之间，或设置在在所述第一电感的一端与所述第一换流桥臂的第二端之间，所述旁路开关用于在所述能量缓冲电路处于低功率状态时导通。
16.根据权利要求14所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述能量缓冲电路还包括旁路开关，
所述旁路开关设置在所述第一电感的一端与所述第一换流桥臂的第一端之间，或设置在在所述第一电感的一端与所述第一换流桥臂的第二端之间，所述旁路开关用于在所述能量缓冲电路处于低功率状态时导通。
17.根据权利要求13所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括解耦电容，所述解耦电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间。
18.根据权利要求14所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括解耦电容，所述解耦电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间。
19.根据权利要求15所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括解耦电容，所述解耦电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间。
20.根据权利要求16所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括解耦电容，所述解耦电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间。
21.根据权利要求13-20任一项所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一开关单元包括串接的第一开关管和第二开关管，所述第二开关单元包括串接的第三开关管和第四开关管。
22.根据权利要求21所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括飞跨电容，所述飞跨电容跨接在所述第一开关管和所述第二开关管的连接点与所述第三开关管和所述第四开关管的连接点之间。
23.根据权利要求21所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括第一二极管、第二二极管、第一分压电容和第二分压电容，所述第一二极管的一端连接所述第一开关管和所述第二开关管的连接点，所述第一二极管的另一端连接所述第二二极管的一端，所述第二二极管的另一端连接所述第三开关管和所述第四开关管的连接点，所述第一分压电容的一端连接所述第一换流桥臂的第一端，所述第一分压电容的另一端连接所述第二分压电容的一端以及所述第一二极管的另一端，所述第二分压电容的另一端连接所述第一换流桥臂的第二端。
24.根据权利要求21所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括第五开关管、第六开关管、第一分压电容和第二分压电容，所述第五开关管的第一端连接所述第一开关管和所述第二开关管的连接点，所述第五开关管的第二端连接所述第六开关管的第一端，所述第六开关管的第二端连接所述第三开关管和所述第四开关管的连接点，所述第一分压电容的一端连接所述第一换流桥臂的第一端，所述第一分压电容的另一端连接所述第二分压电容的一端以及所述第六开关管的第一端，所述第二分压电容的另一端连接所述第一换流桥臂的第二端。
25.一种能量缓冲电路，应用于变流器中，其特征在于，所述变流器包括正直流母线和负直流母线，所述正直流母线和所述负直流母线之间串接2N个母线电容，所述能量缓冲电路包括第一端口、第二端口、N个换流电路以及控制器，所述第一端口连接所述正直流母线，所述第二端口连接所述负直流母线，N为正整数；
所述N个换流电路串联于所述第一端口与所述第二端口之间，所述N个换流电路用于串接的两端分别为所述N个换流电路的第一端与所述N个换流电路的第二端；
第一换流电路包括第一换流桥臂、第二换流桥臂、第一电感和第一电容，所述第一换流电路为所述N个换流电路中的任一个，所述第一换流电路对应所述2N个母线电容中的第一母线电容和第二母线电容；
所述第一换流桥臂包括串接的第一开关单元和第二开关单元，所述第一开关单元与所述第二开关单元的公共节点为所述第一换流桥臂的中点，所述第一开关单元远离所述第二开关单元的一端为所述第一换流桥臂的第一端，所述第二开关单元远离所述第一开关单元的一端为所述第一换流桥臂的第二端；
所述第二换流桥臂包括串接的第三开关单元和第四开关单元，所述第三开关单元与所述第四开关单元的公共节点为所述第二换流桥臂的中点，所述第三开关单元远离所述第四开关单元的一端为所述第二换流桥臂的第一端，所述第四开关单元远离所述第三开关单元的一端为所述第二换流桥臂的第二端；
所述第一换流桥臂的中点与所述第二换流桥臂的中点之间串接所述第一电感和所述第一电容，所述第一换流桥臂的第二端与所述第二换流桥臂的第一端连接，所述第一换流桥臂的第一端为所述第一换流电路的第一端，所述第二换流桥臂的第二端为所述第一换流电路的第二端，所述第一换流桥臂与所述第二换流桥臂的连接点为所述第一换流电路的第三端，所述第一换流电路的第三端连接所述第一母线电容与第二母线电容的连接点；
所述控制器连接所述第一开关单元的控制端和所述第二开关单元的控制端，当所述变流器的直流侧功率大于交流侧功率时，所述控制器向所述第一开关单元的控制端发送第一高频控制信号、向所述第二开关单元的控制端发送第二高频控制信号、向所述第三开关单元的控制端发送所述第二高频控制信号以及向所述第四开关单元的控制端发送所述第一高频控制信号，以实现所述2N个母线电容向所第一电容充电；当所述变流器的交流侧功率大于直流侧功率时，所述控制器向所述第一开关单元的控制端发送所述第二高频控制信号、向所述第二开关单元的控制端发送所述第一高频控制信号、向所述第三开关单元的控制端发送所述第一高频控制信号以及向所述第四开关单元的控制端发送所述第二高频控制信号，以实现所述第一电容向所述2N个母线电容充电。
26.根据权利要求25所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述2N个母线电容包括2N-1个电容连接点，所述N个换流电路包括N-1个电路连接点，所述2N-1个电容连接点中除去与所述N个换流电路的第三端连接的N个电容连接点后的N-1个电容连接点与所述N-1个电路连接点一一对应连接。
27.根据权利要求25所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括第一解耦电容，所述第一解耦电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间；所述第二换流桥臂还包括第二解耦电容，所述第二解耦电容跨接在所述第二换流桥臂的第一端与所述第二换流桥臂的第二端之间。
28.根据权利要求26所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括第一解耦电容，所述第一解耦电容跨接在所述第一换流桥臂的第一端与所述第一换流桥臂的第二端之间；所述第二换流桥臂还包括第二解耦电容，所述第二解耦电容跨接在所述第二换流桥臂的第一端与所述第二换流桥臂的第二端之间。
29.根据权利要求25-28任一项所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一开关单元包括串接的第一开关管和第二开关管，所述第二开关单元包括串接的第三开关管和第四开关管；所述第三开关单元包括串接的第五开关管和第六开关管，所述第四开关单元包括串接的第七开关管和第八开关管。
30.根据权利要求29所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括第一飞跨电容，所述第一飞跨电容跨接在所述第一开关管和所述第二开关管的连接点与所述第三开关管和所述第四开关管的连接点之间；
所述第二换流桥臂还包括第二飞跨电容，所述第二飞跨电容跨接在所述第五开关管和所述第六开关管的连接点与所述第七开关管和所述第八开关管的连接点之间。
31.根据权利要求29所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括第一二极管、第二二极管、第一分压电容和第二分压电容，所述第一二极管的一端连接所述第一开关管和所述第二开关管的连接点，所述第一二极管的另一端连接所述第二二极管的一端，所述第二二极管的另一端连接所述第三开关管和所述第四开关管的连接点，所述第一分压电容的一端连接所述第一换流桥臂的第一端，所述第一分压电容的另一端连接所述第二分压电容的一端以及所述第一二极管的另一端，所述第二分压电容的另一端连接所述第一换流桥臂的第二端；
所述第二换流桥臂还包括第三二极管、第四二极管、第三分压电容和第四分压电容，所述第三二极管的一端连接所述第五开关管和所述第六开关管的连接点，所述第三二极管的另一端连接所述第四二极管的一端，所述第四二极管的另一端连接所述第七开关管和所述第八开关管的连接点，所述第三分压电容的一端连接所述第二换流桥臂的第一端，所述第三分压电容的另一端连接所述第四分压电容的一端以及所述第三二极管的另一端，所述第四分压电容的另一端连接所述第二换流桥臂的第二端。
32.根据权利要求29所述的能量缓冲电路，其特征在于，所述第一换流桥臂还包括第九开关管、第十开关管、第一分压电容和第二分压电容，所述第九开关管的第一端连接所述第一开关管和所述第二开关管的连接点，所述第九开关管的第二端连接所述第十开关管的第一端，所述第十开关管的第二端连接所述第三开关管和所述第四开关管的连接点，所述第一分压电容的一端连接所述第一换流桥臂的第一端，所述第一分压电容的另一端连接所述第二分压电容的一端以及所述第十开关管的第一端，所述第二分压电容的另一端连接所述第一换流桥臂的第二端；
所述第二换流桥臂还包括第十一开关管、第十二开关管、第三分压电容和第四分压电容，所述第十一开关管的第一端连接所述第五开关管和所述第六开关管的连接点，所述第十一开关管的第二端连接所述第十二开关管的第一端，所述第十二开关管的第二端连接所述第七开关管和所述第八开关管的连接点，所述第三分压电容的一端连接所述第二换流桥臂的第一端，所述第三分压电容的另一端连接所述第四分压电容的一端以及所述第十二开关管的第一端，所述第四分压电容的另一端连接所述第二换流桥臂的第二端。
33.一种变流器，其特征在于，所述变流器包括直流电压源、交流电压源、正直流母线、负直流母线、变换单元以及如权利要求1-12任一项所述的能量缓冲电路或如权利要求13-24任一项所述的能量缓冲电路或如权利要求25-32任一项所述的能量缓冲电路，
所述直流电压源通过所述正直流母线与所述负直流母线分别连接所述变换单元的正直流端口与负直流端口，所述交流电压源通过正交流母线与负交流母线分别连接所述变换单元的正交流端口与负交流端口，所述正直流母线和所述负直流母线之间串接N个母线电容，所述能量缓冲电路的两端分别连接所述正直流母线与所述负直流母线。
34.根据权利要求33中所述的变流器，其特征在于，所述变换单元的直流端还包括除所述正直流端口与所述负直流端口之外的至少一个直流端口，所述至少一个直流端口分别连接到所述正直流母线与所述负直流母线之间串联的不同电容连接点处。
35.根据权利要求33中所述的变流器，其特征在于，所述变换单元的交流端为单相输出或多相输出。
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