CN109039081B - 电力电子变压器、双向直流变换器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，具体提供了一种电力电子变压器、双向直流变换器及其控制方法，旨在解决如何提高电力电子变压器运行可靠性的技术问题。为此目的，本发明中的双向直流变换器包括多个电能变换模块，电能变换模块中逆变子模块的交流侧端口与电源变压器的高压绕组连接，整流子模块的交流侧端口与电源变压器的低压绕组连接。每个逆变子模块的直流侧端口顺次连接形成第一直流端口，每个整流子模块的直流侧端口分别并联形成第二直流端口。基于此，不仅实现了直流电能双向变换，还实现了电能变换模块的冗余配置从而保证双向直流变换器可靠运行。同时，本发明中的电力电子变压器包含上述双向直流变换器，因而能够保证电力电子变压器可靠运行。

Description

电力电子变压器、双向直流变换器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电力电子变压器、双向直流变换器及其控制方法。
背景技术
电力电子变压器(power electronic transformer，PET)是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的电能变换技术相结合，实现将一种电力特征的电能转变为另一种电力特征的电能的新型智能变压器。相较于传统的工频变压器，电力电子变压器不仅具备电压等级变换和电气隔离功能，还能够提供不同电压等级的直流端口，以满足直流电网或交直流混合电网中直流设备的需求。
电力电子变压器主要包括基于级联H桥的电力电子变压器(如公开号为CN103973129A的专利申请公开的电力电子变压器)和基于模块化多电平变流器的电力电子变压器(如公开号为CN103036451A和CN101707443A的专利申请公开电力电子变压器以及《电网技术》(2013年第37卷第9期2592-2601)公开的《面向中高压智能配电网的电力电子变压器研究》)。具体地，基于级联H桥的电力电子变压器往往由于功率半导体器件耐压水平的限制，会使用大量的功率半导体器件、储能元件和变压器。同时，这种电力电子变压器不具有中压直流端口，因此不能更好地适用于直流配电网或交直流混合配电网中。相较于基于级联H桥的电力电子变压器，基于模块化多电平变流器的电力电子变压器可以极大地减小功率半导体器件、储能元件和变压器的使用数量并且也具备中压直流端口。但是，这种电力电子变压器中的高频链环节往往不能实现冗余设置，因而导致整个电力电子变压器的可靠性较低。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决如何提高电力电子变压器运行可靠性的技术问题。为此目的，本发明提供了一种电力电子变压器、双向直流变换器及其控制方法。
在第一方面，本发明中的双向直流变换器包括多个电能变换模块，所述电能变换模块包括逆变子模块、电源变压器和整流子模块；
所述逆变子模块的交流侧端口与所述电源变压器的高压绕组连接，所述整流子模块的交流侧端口与所述电源变压器的低压绕组连接；
每个所述逆变子模块的直流侧端口顺次连接而形成所述双向直流变换器的第一直流端口；每个所述整流子模块的直流侧端口分别并联而形成所述双向直流变换器的第二直流端口。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述电源变压器包括多个高压绕组和一个低压绕组；
所述逆变子模块包括多个逆变单元，每个所述逆变单元的直流侧端口顺次连接而形成所述逆变子模块的直流侧端口，每个所述逆变单元的交流侧端口分别与一个高压绕组连接。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述逆变单元包括H桥逆变电路，所述H桥逆变电路包括第一电力电子器件、第二电力电子器件、第三电力电子器件、第四电力电子器件和第一电容器；
所述第一电力电子器件的第一主电极与所述第三电力电子器件的第一主电极连接，第二主电极与所述逆变单元的正极直流端子连接；
所述第二电力电子器件的第一主电极与所述正极直流端子连接，第二主电极分别与所述逆变单元的负极直流端子和所述第四电力电子器件的第二主电极连接；
所述第三电力电子器件的第二主电极分别与所述第四电力电子器件的第一主电极和相应的高压绕组的正极端子连接；
所述第四电力电子器件的第二主电极还与所述高压绕组的负极端子连接；
所述第一电容器的正极连接于所述第一电力电子器件的第一主电极与所述第三电力电子器件的第一主电极之间，所述第一电容器的负极连接于所述第二电力电子器件的第二主电极与所述第四电力电子器件的第二主电极之间。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述逆变单元还包括旁路开关和第二电容器；
所述旁路开关分别与所述正极直流端子和负极直流端子连接，所述旁路开关用于连通或断开所述正极直流端子与负极直流端子；
所述第二电容器的正极连接于所述第三电力电子器件的第二主电极与所述第四电力电子器件的第一主电极之间，所述第二电容器的负极与所述高压绕组的正极端子连接。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述整流子模块包括全桥整流电路和第三电容器；
所述全桥整流电路的交流正极端子与相应的电源变压器中低压绕组的正极端子连接，交流负极端子与所述低压绕组的负极端子连接；
所述全桥整流电路的直流正极端子与其他电能变换模块中全桥整流电路的直流正极端子连接，所述全桥整流电路的直流负极端子与所述其他电能变换模块中全整流变电路的直流负极端子连接；
所述第三电容器的正极与所述全桥整流电路的直流正极端子连接，所述第三电容器的负极与所述全桥整流电路的直流负极端子连接。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述电源变压器是高频变压器。
在第二方面，本发明中双向直流变换器的控制方法包括如下步骤：
将所述双向直流变换器中每个逆变单元的旁路开关断开；
根据预设的负载功率需求，控制所述双向直流变换器的每个逆变单元按照预设的冗余工作模式或预设的正常工作模式运行，并且控制所述双向直流变换器的每个整流子模块按照所述正常工作模式运行，
其中，所述正常运行模式包括：
控制第一电力电子器件导通和第二电力电子器件关断；
根据预设的第一驱动信号，控制第三电力电子器件和第四电力电子器件交替导通或关断；
根据预设的第二驱动信号，控制所述整流子模块的每个电力电子器件导通或关断；所述第二驱动信号中每个电力电子器件对应的驱动时间和驱动电压占空比分别取决于所述第一驱动信号中第三电力电子器件或第四电力电子器件对应的驱动时间和驱动电压占空比，以使所述电源变压器中高压绕组和低压绕组的交流电压相位相同；
并且其中，所述冗余工作模式包括：
控制第一电力电子器件、第三电力电子器件和第四电力电子器件均关断，控制第二电力电子器件导通。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述方法还包括：
判断逆变单元是否发生故障，
当某个逆变单元发生故障时，将所述逆变单元对应的旁路开关闭合并控制所述逆变单元的第一电力电子器件、第二电力电子器件、第三电力电子器件和第四电力电子器件均关断。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述方法还包括：
判断第一电容器的电容电压是否大于等于预设的电压上限值，
当某个第一电容器的电容电压大于等于所述电压上限值时，控制按照正常工作模式运行的逆变单元的第一电力电子器件关断和第二电力电子器件导通；
接着判断所述某个第一电容器的电容电压是否小于电压上限值，若是则控制所述第一电力电子器件重新导通和第二电力电子器件重新关断。
在第三方面，本发明中的电力电子变压器包括交流端口、交流-直流变换器和上述技术方案所述的双向直流变换器；
所述交流-直流变换器的交流侧端口与所述交流端口连接，所述交流-直流变换器的直流侧端口与所述双向直流变换器的第一直流端口连接。
进一步地，本发明提供的一个优选技术方案是：
所述交流-直流变换器是模块化多电平变流器。
与最接近的现有技术相比，上述技术方案至少具有如下有益效果：
1、本发明中的双向直流变换器包括多个电能变换模块并且电能变换模块可以包括逆变子模块、电源变压器和整流子模块。具体地，逆变子模块的交流侧端口与电源变压器的高压绕组连接，整流子模块的交流侧端口与电源变压器的低压绕组连接。每个逆变子模块的直流侧端口顺次连接而形成双向直流变换器的第一直流端口，每个整流子模块的直流侧端口分别并联而形成双向直流变换器的第二直流端口。基于上述结构不仅可以实现直流电能双向变换，还可以将一部分电能变换模块作为冗余模块来保证双向直流变换器能够可靠运行。
2、本发明中的逆变单元可以包括旁路开关，该旁路开关分别与逆变单元的正极直流端子和负极直流端子连接，用于连通或断开正极直流端子与负极直流端子。基于上述结构，当逆变单元发生故障时可以通过闭合旁路开关切断逆变单元，从而保证双向直流变换器可靠运行。
3、本发明中的逆变单元还可以包括H桥逆变电路和第二电容器，该第二电容器的正极与H桥逆变电路连接，第二电容器的负极与电源变压器的高压绕组连接。基于上述结构，第二电容器与高压绕组可以形成串联谐振，当驱动电能变换模块中的电力电子器件导通或关断时可以利用谐振电流/电压对电力电子器件进行软开关控制，从而降低电力电子器件的导通损耗和关断损耗。
附图说明
图1是本发明实施例中一种双向直流变换器的主要结构示意图；
图2是本发明实施例中一种电力电子变压器的主要结构示意图；
图3是本发明实施例中一种交流-直流变换器的主要结构示意图；
图4是图3所示交流-直流变换器中一个功率子模块的主要结构示意图；
图5是图2所示电力电子变压器中交流-直流变换器的直流侧端口的电压波形示意图；
图6是图2所示电力电子变压器中交流-直流变换器的交流侧端口的电流波形示意图；
图7是图2所示电力电子变压器中双向直流变换器的第二直流端口的电压波形示意图；
图8是图1所示双向直流变换器的某个电能变换模块中某个逆变子模块的电压波形、整流子模块的电压波形和电源变压器高压侧的电流波形示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明提供的双向直流变换器进行说明。
参阅附图1，图1示例性示出了本发明实施例中一种双向直流变换器的主要结构。如图1所示，本实施例中双向直流变换器可以包括多个电能变换模块(图1所示的电能变换模块1～电能变换模块N)，每个电能变换模块都包括逆变子模块、电源变压器和整流子模块。
具体地，本实施例中逆变子模块的交流侧端口与电源变压器的高压绕组连接，整流子模块的交流侧端口与电源变压器的低压绕组连接。每个逆变子模块的直流侧端口顺次连接而形成双向直流变换器的第一直流端口。每个整流子模块的直流侧端口分别并联而形成双向直流变换器的第二直流端口。可选的，本实施例中电源变压器是高频变压器。
在本实施例中的一个优选实施方案中，图1所示的电源变压器可以包括多个高压绕组和一个低压绕组，逆变子模块可以包括多个逆变单元。具体地，每个逆变单元的直流侧端口顺次连接而形成逆变子模块的直流侧端口，每个逆变单元的交流侧端口分别与一个高压绕组连接。
继续参阅附图1，本实施例中逆变单元可以包括H桥逆变电路、旁路开关K和第二电容器Cr。H桥逆变电路可以包括第一电力电子器件S1、第二电力电子器件S2、第三电力电子器件S3、第四电力电子器件S4和第一电容器C。可选的，本实施例中第一电力电子器件S1、第二电力电子器件S2、第三电力电子器件S3、第四电力电子器件S4可以是全控型功率半导体器件，如金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)或集成门极换流晶闸管(Integrated Gate Commutated Thyristors，IGCT)等器件。同时，这些全控型功率半导体器件均为三端器件，如MOSFET包含源极、漏极和门极，IGBT包含集电极、发射极和栅极，IGCT包含集电极、发射极和栅极。其中，源极、漏极、集电极和发射极是主电极，门极和栅极是控制极。为了清楚描述逆变单元的结构，本发明中将电力电子器件中电源输入方向的主电极描述为第一主电极(如MOSFET的漏极和IGBT的集电极)，电源输出方向的主电极描述为第二主电极(如MOSFET的源极和IGBT的发射极)。
在本实施例中图1所示的某个H桥逆变电路中第一电力电子器件S1、第二电力电子器件S2、第三电力电子器件S3、第四电力电子器件S4均是IGBT。
具体地，第一电力电子器件S1的第一主电极(集电极)与第三电力电子器件S3的第一主电极(集电极)连接，第一电力电子器件S1的第二主电极(发射极)与逆变单元的正极直流端子连接(图1中逆变单元的正极直流端子与端子a1连接)。第二电力电子器件S2的第一主电极(集电极)与逆变单元的正极直流端子连接(图1中逆变单元的正极直流端子与端子a1连接)，第二电力电子器件S2的第二主电极(发射极)分别与逆变单元的负极直流端子(图1中逆变单元的负极直流端子与端子b1连接)和第四电力电子器件S4的第二主电极(发射极)连接。第四电力电子器件S4的第二主电极(发射极)还与相应的高压绕组的负极端子连接。第三电力电子器件S3的第二主电极(发射极)分别与第四电力电子器件S4的第一主电极(集电极)和相应的高压绕组的正极端子连接。第一电容器C的正极连接于第一电力电子器件S1的第一主电极(集电极)与第三电力电子器件S3的第一主电极(集电极)之间，第一电容器C的负极连接于第二电力电子器件S2的第二主电极(发射极)与第四电力电子器件S4的第二主电极(发射极)之间。
旁路开关K分别与逆变单元的正极直流端子连接(图1中逆变单元的正极直流端子与端子a1连接)和逆变单元的负极直流端子(图1中逆变单元的负极直流端子与端子b1连接)连接。旁路开关K可以用于连通或断开正极直流端子与负极直流端子。
第二电容器Cr的正极连接于第三电力电子器件S3的第二主电极(发射极)与第四电力电子器件S4的第一主电极(集电极)之间，第二电容器Cr的负极与相应的高压绕组的正极端子连接。
在本实施例中的一个优选实施方案中，整流子模块可以包括全桥整流电路和第三电容器。具体地，全桥整流电路的交流正极端子与相应的电源变压器中低压绕组的正极端子连接，交流负极端子与低压绕组的负极端子连接。全桥整流电路的直流正极端子与其他电能变换模块中全桥整流电路的直流正极端子连接，全桥整流电路的直流负极端子与其他电能变换模块中全整流变电路的直流负极端子连接。第三电容器的正极与全桥整流电路的直流正极端子连接，第三电容器的负极与全桥整流电路的直流负极端子连接。
继续参阅附图1，本实施例中全桥整流电路可以包括电力电子器件Q1～Q4。可选的，本实施例中电力电子器件Q1～Q4也可以是全控型功率半导体器件，如MOSFET、IGBT或IGCT等器件。
在本实施例中图1所示的某个全桥整流电路中电力电子器件Q1～Q4均是IGBT。具体地，电力电子器件Q1的第一主电极(集电极)分别与电力电子器件Q3的第一主电极(集电极)和全桥整流电路的正极直流端子(图1所示的T1端子)连接，电力电子器件Q1的第二主电极(发射极)分别与相应的电源变压器的低压绕组的正极端子(图1所示的p1端子)和电力电子器件Q2的第一主电极(集电极)连接。电力电子器件Q2的第二主电极(发射极)分别与电力电子器件Q4的第二主电极(发射极)和全桥整流电路的负极直流端子(图1所示的T2端子)连接。电力电子器件Q3的第二主电极(发射极)分别与相应的电源变压器的低压绕组的负极端子(图1所示的p2端子)和电力电子器件Q4的第一主电极(集电极)连接。电力电子器件Q4的第二主电极(发射极)还与全桥整流电路的负极直流端子(图1所示的T2端子)连接。
下面以上述双向直流变换器实施例中图1所示的双向直流变换器为例，对双向直流变换器的控制方法进行说明。其中，假设图1所示的双向直流变换器包括N个电能变换模块，每个逆变子模块包含m个逆变单元。具体地，本发明实施例中可以按照如下步骤对双向直流变换器进行控制：
步骤S11：将双向直流变换器中每个逆变单元的旁路开关断开，即将图1所示双向直流变换器中的m×N个逆变单元的旁路开关K均断开。
步骤S12：根据预设的负载功率需求，控制双向直流变换器的每个逆变单元按照预设的冗余工作模式或预设的正常工作模式运行，并且控制双向直流变换器的每个整流子模块按照正常工作模式运行。
本实施例中正常运行模式包括：
步骤S121：控制第一电力电子器件导通和第二电力电子器件关断。即控制图1所示逆变单元中的第一电力电子器件S1导通和第二电力电子器件S2关断。
步骤S122：根据预设的第一驱动信号，控制第三电力电子器件和第四电力电子器件交替导通或关断。即控制图1所示逆变单元中的第三电力电子器件S3和第四电力电子器件S4交替导通或关断。
步骤S123：根据预设的第二驱动信号，控制整流子模块的每个电力电子器件导通或关断。即控制图1所示整流子模块中的电力电子器件Q1～Q4导通或关断。当第三电力电子器件S3导通且第四电力电子器件S4关断时同时控制电力电子器件Q1和Q4导通，控制电力电子器件Q2和Q3关断。当第三电力电子器件S3关断且第四电力电子器件S4导通时同时控制电力电子器件Q1和Q4关断，控制电力电子器件Q2和Q3导通。
在本实施例中第二驱动信号中每个电力电子器件对应的驱动时间和驱动电压占空比分别取决于第一驱动信号中第三电力电子器件或第四电力电子器件对应的驱动时间和驱动电压占空比，以使电源变压器中高压绕组和低压绕组的交流电压相位相同。当电源变压器中高压绕组和低压绕组的交流电压相位相同时，电能变换模块中的第二电容器Cr和电源变压器的高压绕组会形成串联谐振电路发生谐振，利用谐振电流和谐振电压可以实现对电能变换模块中电力电子器件的软开关控制。
本实施例中冗余工作模式包括：
控制第一电力电子器件、第三电力电子器件和第四电力电子器件均关断，控制第二电力电子器件导通。即控制图1所示逆变单元中的第一电力电子器件S1、第三电力电子器件S3和第四电力电子器件S4均关断，控制第二电力电子器件S2导通。
进一步地，本实施例中还可以按照如下步骤对双向直流变换器进行故障处理：判断逆变单元是否发生故障，当某个逆变单元发生故障时，将逆变单元对应的旁路开关闭合并控制逆变单元的第一电力电子器件、第二电力电子器件、第三电力电子器件和第四电力电子器件均关断。例如，当图1所示逆变子模块中某个逆变单元发生故障后，将该逆变单元的旁路开关K闭合并控制第一电力电子器件S1、第二电力电子器件S2、第三电力电子器件S3和第四电力电子器件S4均关断。
在本实施例中通过闭合旁路开关可以切断故障逆变单元，从而保证双向直流变换器正常运行。当双向直流变换器的第一直流端口输入中压直流电时每个旁路开关均承受低压直流电，可以降低旁路开关的制造难度。
进一步地，本实施例中还可以按照如下步骤对双向直流变换器进行电压均衡控制：
步骤S21：判断第一电容器的电容电压是否大于等于预设的电压上限值，当某个第一电容器的电容电压大于等于电压上限值时，控制按照正常工作模式运行的逆变单元的第一电力电子器件关断和第二电力电子器件导通。即控制图1所示逆变单元中的第一电力电子器件S1关断和第二电力电子器件S2导通。
步骤S22：继续判断这个第一电容器的电容电压是否小于电压上限值，若是则控制第一电力电子器件重新导通和第二电力电子器件重新关断。即控制图1所示逆变单元中的第一电力电子器件S1重新导通和第二电力电子器件S2重新关断。
基于上述双向直流变换器实施例，本发明还提供了一种电力电子变压器。下面结合附图对本发明中的电力电子变压器进行说明。
参阅附图2，图2示例性示出了本实施例中电力电子变压器的主要结构。如图2所示，本实施例中电力电子变压器可以包括交流端口、交流-直流变换器和上述双向直流变换器实施例所述的双向直流变换器。具体地，本实施例中交流-直流变换器的交流侧端口与交流端口连接，交流-直流变换器的直流侧端口与双向直流变换器的第一直流端口连接。可选的，交流-直流变换器可以是模块化多电平变流器。
参阅附图3，图3示例性示出了本实施例中一种模块化多电平变流器的主要结构。如图3所示，本实施例中模块化多电平变流器包括三个桥臂，每个桥臂包括上下两个功率单元，每个功率单元包括n个串联的功率子模块(功率子模块SM1～SMn)。
继续参阅附图4，图4示例性示出了本实施例中模块化多电平变流器的功率子模块的主要结构。如图4所示，本实施例中功率子模块是半桥结构并包括电力电子器件S1、电力电子器件S2和电容器C。
在本实施例的一个优选实施方案中，图2所示的电力电子变压器中双向直流变换器可以包括4个电能变换模块并且电能变换模块中的每个逆变子模块可以包括6个逆变单元。电源变压器的功率频率可以是8kHz。电力电子变压器的额定容量可以是1MVA，交流端口的输入电压可以是10kV的三相交流电压。可选的，本实施例中5个逆变单元按照正常工作模式运行，1个逆变单元按照冗余工作模式运行。
参阅附图5～8，图5示例性示出了本实施例中交流-直流变换器的直流侧端口的电压波形，图6示例性示出了本实施例中交流-直流变换器的交流侧端口的电流波形，图7示例性示出了本实施例中双向直流变换器的第二直流端口的电压波形，图8示例性示出了本实施例中双向直流变换器的某个电能变换模块中某个逆变子模块的电压波形、整流子模块的电压波形和电源变压器高压侧的电流波形。其中，曲线11～13表示交流-直流变换器的交流侧端口的A、B和C三相交流电的电流波形，曲线21是某个电能变换模块中整流子模块的电压波形，曲线22是某个电能变换模块中某个逆变子模块的电压波形，曲线23是某个电能变换模块中电源变压器高压侧的电流波形。如图5～8所示，电力电子变压器交流端口的输入电流约是87A，交流-直流变换器的直流侧端口输出的直流电压可以是20kV直流电压，双向直流变换器的第二直流端口输出的直流电压可以是750V直流电压。
本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本发明的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的PC来实现。在列举了若干模块的单元权利要求中，这些模块中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双向直流变换器，其特征在于包括多个电能变换模块，所述电能变换模块包括逆变子模块、电源变压器和整流子模块；
所述逆变子模块的交流侧端口与所述电源变压器的高压绕组连接，所述整流子模块的交流侧端口与所述电源变压器的低压绕组连接；
每个所述逆变子模块的直流侧端口顺次连接而形成所述双向直流变换器的第一直流端口；每个所述整流子模块的直流侧端口分别并联而形成所述双向直流变换器的第二直流端口；
所述电源变压器包括多个高压绕组和一个低压绕组；所述逆变子模块包括多个逆变单元，每个所述逆变单元的直流侧端口顺次连接而形成所述逆变子模块的直流侧端口，每个所述逆变单元的交流侧端口分别与一个高压绕组连接；
所述逆变单元包括H桥逆变电路，所述H桥逆变电路包括第一电力电子器件、第二电力电子器件、第三电力电子器件、第四电力电子器件和第一电容器；
所述第一电力电子器件的第一主电极与所述第三电力电子器件的第一主电极连接，第二主电极与所述逆变单元的正极直流端子连接；
所述第二电力电子器件的第一主电极与所述正极直流端子连接，第二主电极分别与所述逆变单元的负极直流端子和所述第四电力电子器件的第二主电极连接；
所述第三电力电子器件的第二主电极分别与所述第四电力电子器件的第一主电极和相应的高压绕组的正极端子连接；
所述第四电力电子器件的第二主电极还与所述高压绕组的负极端子连接；
所述第一电容器的正极连接于所述第一电力电子器件的第一主电极与所述第三电力电子器件的第一主电极之间，所述第一电容器的负极连接于所述第二电力电子器件的第二主电极与所述第四电力电子器件的第二主电极之间。
2.根据权利要求1所述的双向直流变换器，其特征在于，所述逆变单元还包括旁路开关和第二电容器；
所述旁路开关分别与所述正极直流端子和负极直流端子连接，所述旁路开关用于连通或断开所述正极直流端子与负极直流端子；
所述第二电容器的正极连接于所述第三电力电子器件的第二主电极与所述第四电力电子器件的第一主电极之间，所述第二电容器的负极与所述高压绕组的正极端子连接。
3.根据权利要求1或2所述的双向直流变换器，其特征在于，所述整流子模块包括全桥整流电路和第三电容器；
所述全桥整流电路的交流正极端子与相应的电源变压器中低压绕组的正极端子连接，交流负极端子与所述低压绕组的负极端子连接；
所述全桥整流电路的直流正极端子与其他电能变换模块中全桥整流电路的直流正极端子连接，所述全桥整流电路的直流负极端子与所述其他电能变换模块中全整流变电路的直流负极端子连接；
所述第三电容器的正极与所述全桥整流电路的直流正极端子连接，所述第四电容器的负极与所述全桥整流电路的直流负极端子连接。
4.根据权利要求1或2所述的双向直流变换器，其特征在于，所述电源变压器是高频变压器。
5.一种权利要求1或3所述的双向直流变换器的控制方法，其特征在于包括：
将所述双向直流变换器中每个逆变单元的旁路开关断开；
根据预设的负载功率需求，控制所述双向直流变换器的每个逆变单元按照预设的冗余工作模式或预设的正常工作模式运行，并且控制所述双向直流变换器的每个整流子模块按照所述正常工作模式运行，
其中，所述正常运行模式包括：
控制第一电力电子器件导通和第二电力电子器件关断；
根据预设的第一驱动信号，控制第三电力电子器件和第四电力电子器件交替导通或关断；
根据预设的第二驱动信号，控制所述整流子模块的每个电力电子器件导通或关断；所述第二驱动信号中每个电力电子器件对应的驱动时间和驱动电压占空比分别取决于所述第一驱动信号中第三电力电子器件或第四电力电子器件对应的驱动时间和驱动电压占空比，以使所述电源变压器中高压绕组和低压绕组的交流电压相位相同；
并且其中，所述冗余工作模式包括：
控制第一电力电子器件、第三电力电子器件和第四电力电子器件均关断，控制第二电力电子器件导通。
6.根据权利要求根据权利要求5所述的直流变换器控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断逆变单元是否发生故障，
当某个逆变单元发生故障时，将所述逆变单元对应的旁路开关闭合并控制所述逆变单元的第一电力电子器件、第二电力电子器件、第三电力电子器件和第四电力电子器件均关断。
7.根据权利要求根据权利要求5所述的直流变换器控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断第一电容器的电容电压是否大于等于预设的电压上限值，
当某个第一电容器的电容电压大于等于所述电压上限值时，控制按照正常工作模式运行的逆变单元的第一电力电子器件关断和第二电力电子器件导通；
接着判断所述某个第一电容器的电容电压是否小于电压上限值，若是则控制所述第一电力电子器件重新导通和第二电力电子器件重新关断。
8.一种电力电子变压器，其特征在于包括交流端口、交流-直流变换器和权利要求1-4中任一项所述的双向直流变换器；
所述交流-直流变换器的交流侧端口与所述交流端口连接，所述交流-直流变换器的直流侧端口与所述双向直流变换器的第一直流端口连接。
9.根据权利要求8所述的电力电子变压器，其特征在于，
所述交流-直流变换器是模块化多电平变流器。
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