CN109672320A - 一种电能变换电路、电力电子装置、相关系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种电能变换电路、电力电子装置、相关系统和方法，设置在电力电子装置中的电能变换电路，在功率流由受控对象流向交流电网的方向上，可首先将受控对象输出的电能转换为直流电，再将转换得到的直流电升压以及转换为交流电并输出至交流电网，或者，在功率流由交流电网流向受控对象的方向上，首先将交流电网输出的电能转换为直流电，再将转换得到的直流电降压并变换后提供给受控对象，从而可无需在电力电子装置与中/高压交流电网之间设置电力变压器，即可实现电力电子装置的并网，降低了系统的安装难度。

Description

一种电能变换电路、电力电子装置、相关系统和方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电能变换电路、电力电子装置、相关系统和方法。

背景技术

电力电子装置是采用功率半导体器件作为开关器件，构成电压和电流变换电路，实施电磁能量可控变换的装置。电力电子装置不但实施电能的可控变换、传输、处理和控制，而且是将能量与信息高度集成于一体的装置。电力电子装置包括新能源变流器、储能系统并网变流器、电机拖动变流器等，在传统产业、高技术产业，特别是在电力节能领域都得到了广泛应用。

对于我国目前的交流电压等级来说，中压电网指的是1kV～35kV的电网，高压电网指的是35kV～220kV的电网。在现有技术中，将电力电子装置并入中/高压交流电网，通常是通过电力变压器实现的。

但是，本发明的发明人在实施本发明的过程中发现，随着电力电子装置功率等级的提升，电力电子装置与电力变压器之间的电力线缆被设置得越来越粗，导致电力系统的安装愈加困难；同时大功率电力变压器的体积大、质量重，这些都进一步加剧了系统的安装难度。

发明内容

本发明实施例提供了一种电能变换电路、电力电子装置、相关系统和方法，用以解决现有的电力电子装置通过电力变压器并入中/高压交流电网导致的系统的安装难度大的问题。

本发明实施例提供了一种电能变换电路，应用于电力电子装置，包括低压模块、变压模块以及逆变模块，其中：

所述低压模块，用于接收受控对象输出的电能，并将接收到的电能转换为电压幅值为第一设定值的直流电；所述变压模块，用于对所述电压幅值为第一设定值的直流电进行升压，得到电压幅值为第二设定值的直流电；所述逆变模块，用于将所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电后输出至交流电网；其中，所述第二设定值高于所述第一设定值；

或者，

所述逆变模块，用于将交流电网输出的交流电转换为电压幅值为第三设定值的直流电；所述变压模块，用于对所述电压幅值为第三设定值的直流电进行降压，得到电压幅值为第四设定值的直流电；所述低压模块，用于对所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换，并将转换后的电能输出至受控对象；其中，所述第四设定值低于所述第三设定值。

可选地，所述低压模块包括一个或多个低压子模块，任一低压子模块的第一端和与所述任一低压子模块相对应的受控对象连接，第二端通过与所述任一低压子模块相对应的低压直流母线与所述变压模块连接，其中：

所述任一低压子模块，用于将与所述任一低压子模块相对应的受控对象输出的电能转换为所述电压幅值为第一设定值的直流电，并输出至所述变压模块；或者，

用于接收所述变压模块输出的所述电压幅值为第四设定值的直流电，并将所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换后输出至与所述任一低压子模块相对应的受控对象。

进一步可选地，所述任一低压子模块包括一个或两个以上并联的低压子电路，所述低压子电路，包括全桥可控整流电路、多电平可控整流电路以及Boost直流直流变换电路中的任意一个或多个。

可选地，所述变压模块包括一个或多个变压子模块，任一变压子模块的第一端通过所述任一变压子模块所对应的低压直流母线与相对应的低压子模块连接，第二端通过所述任一变压子模块所对应的高压直流母线与所述逆变模块连接，其中：

所述任一变压子模块，用于接收相对应的低压子模块输出的所述电压幅值为第一设定值的直流电，以及将所述电压幅值为第一设定值的直流电转换为电压幅值为第二设定值的直流电后输出至所述逆变模块；或者，

用于将所述逆变模块输出的所述电压幅值为第三设定值的直流电转换为所述电压幅值为第四设定值的直流电，并将所述电压幅值为第四设定值的直流电输出至相对应的低压子模块。

进一步可选地，所述任一变压子模块包括一个或两个以上并联的变压子电路，其中：

所述变压子电路包括DAB(Dual Active Bridge，隔离双向全桥DC-DC转换器)。

可选地，所述逆变模块包括多个逆变子模块，任一逆变子模块的直流端与所述变压模块连接，所述逆变模块的交流端采用星形接法或三角形接法与所述交流电网连接。

进一步可选地，任一逆变子模块包括一个或两个以上级联的逆变子电路，其中：

任一逆变子电路，用于将所述变压模块输出的所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电；或者，用于将所述交流电网输出的交流电转换为所述电压幅值为第三设定值的直流电；

所述逆变子电路包括单相H桥逆变电路以及多电平逆变电路中的任意一个或多个。

可选地，所述电能变换电路还包括第一电容模块和/或第二电容模块，其中：

所述第一电容模块，设置于所述低压模块与所述变压模块之间，用于建立并维持所述电压幅值为第一设定值的直流电压或所述电压幅值为第四设定值的直流电压；

所述第二电容模块，设置于所述变压模块与所述逆变模块之间，用于建立并维持所述电压幅值为第二设定值的直流电压或所述电压幅值为第三设定值的直流电压。

相应地，本发明实施例还提供了一种电力电子装置，包括上述的电能变换电路。

相应地，本发明实施例还提供了一种电力系统，包括受控对象、电力电子装置以及交流电网，其中：

所述受控对象，用于向所述电力电子装置输出电能；

所述电力电子装置，用于将接收到的电能转换为电压幅值为第一设定值的直流电；并对所述电压幅值为第一设定值的直流电进行升压，得到电压幅值为第二设定值的直流电；以及，将所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电；其中，所述第二设定值高于所述第一设定值；

所述交流电网，用于接收所述电力电子装置输出的所述交流电。

本发明实施例还提供了另一种电力系统，包括受控对象、电力电子装置以及交流电网，其中：

所述交流电网，用于向所述电力电子装置输出交流电；

所述电力电子装置，用于将接收到的交流电转换为电压幅值为第三设定值的直流电；并对所述电压幅值为第三设定值的直流电进行降压，得到电压幅值为第四设定值的直流电；以及对所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换并输出；其中，所述第四设定值低于所述第三设定值；

所述受控对象，用于接收所述电力电子装置输出的电能。

相应地，本发明实施例还提供了一种电能变换方法，应用于电力电子装置，所述方法包括：

接收受控对象输出的电能，并将接收到的电能转换为电压幅值为第一设定值的直流电；

对所述电压幅值为第一设定值的直流电进行升压，得到电压幅值为第二设定值的直流电；其中，所述第二设定值高于所述第一设定值；

将所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电后输出至交流电网。

本发明实施例还提供了另一种电能变换方法，应用于电力电子装置，所述方法包括：

将交流电网输出的交流电转换为电压幅值为第三设定值的直流电；

对所述电压幅值为第三设定值的直流电进行降压，得到电压幅值为第四设定值的直流电；其中，所述第四设定值低于所述第三设定值；

对所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换，并将转换后的电能输出至受控对象。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供了一种电能变换电路、电力电子装置、相关系统和方法，电能变换电路包括低压模块、变压模块以及逆变模块，所述低压模块用于接收受控对象输出的电能，并将接收到的电能转换为电压幅值为第一设定值的直流电，所述变压模块用于对所述电压幅值为第一设定值的直流电进行升压，得到电压幅值为第二设定值的直流电，所述逆变模块用于将所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电后输出至交流电网，其中，所述第二设定值高于所述第一设定值；或者，所述逆变模块用于将交流电网输出的交流电转换为电压幅值为第三设定值的直流电，所述变压模块用于对所述电压幅值为第三设定值的直流电进行降压，得到电压幅值为第四设定值的直流电，所述低压模块用于对所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换，并将转换后的电能输出至受控对象，其中，所述第四设定值低于所述第三设定值。也就是说，设置在电力电子装置中的电能变换电路，在功率流由受控对象流向交流电网的方向上，可首先将受控对象输出的电能转换为直流电，再将转换得到的直流电升压以及转换为交流电并输出至交流电网，或者，在功率流由交流电网流向受控对象的方向上，首先将交流电网输出的电能转换为直流电，再将转换得到的直流电降压并变换后提供给受控对象，从而可无需在电力电子装置与中/高压交流电网之间设置电力变压器，即可实现电力电子装置的并网，降低了系统的安装难度。

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要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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。

图1所示为本发明实施例一中的电能变换电路的结构示意图；

图2(a)～图2(c)所示为本发明实施例一中的低压模块的三种可能的结构示意图；

图3(a)～图3(b)所示为本发明实施例一中的低压子模块的两种可能的结构示意图；

图4(a)～图4(b)所示为本发明实施例一中的低压子模块的两种可能的结构示意图；

图5(a)～图5(b)所示为本发明实施例一中的变压模块的两种可能的结构示意图；

图6(a)～图6(b)所示为本发明实施例一中的变压子模块的两种可能的结构示意图；

图7所示为本发明实施例一中的变压子模块的一种可能的结构示意图；

图8所示为本发明实施例一中的逆变模块的结构示意图；

图9所示为本发明实施例一中的逆变子模块的结构示意图；

图10所示为本发明实施例一中的逆变子模块的一种可能的结构示意图；

图11(a)所示为本发明实施例一中的三相桥式整流电路的简化符号示意图；

图11(b)所示为本发明实施例一中的DAB的简化符号示意图；

图11(c)所示为本发明实施例一中的单相H桥逆变电路的简化符号示意图；

图12所示为本发明实例一中的电能变换电路的结构示意图；

图13所示为本发明实例二中的电能变换电路的结构示意图；

图14所示为本发明实例二中的电能变换电路的另一种结构示意图；

图15所示为本发明实例三中的电能变换电路的结构示意图；

图16所示为本发明实例四中的电能变换电路的结构示意图；

图17所示为本发明实例五中的电能变换电路的结构示意图；

图18所示为本发明实例六中的电能变换电路的结构示意图；

图19所示为本发明实例七中的电能变换电路的结构示意图；

图20所示为本发明实施例二中的电力系统的结构示意图；

图21所示为本发明实施例三中的电能变换方法的步骤流程图；

图22所示为本发明实施例三中的另一种电能变换方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本发明实施例一提供了一种电能变换电路，可应用于新能源变流器、储能系统并网变流器，或者电机拖动变流器等电力电子装置，具体地，如图1所示，其为本发明实施例一中所述电能变换电路的结构示意图，所述电能变换电路可包括低压模块101、变压模块102以及逆变模块103，其中：

所述低压模块101，可用于接收受控对象输出的电能，并将接收到的电能转换为电压幅值为第一设定值的直流电；所述变压模块102，可用于对所述电压幅值为第一设定值的直流电进行升压，得到电压幅值为第二设定值的直流电；所述逆变模块103，可用于将所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电后输出至交流电网；其中，所述第二设定值高于所述第一设定值；

或者，

所述逆变模块103，可用于将交流电网输出的交流电转换为电压幅值为第三设定值的直流电；所述变压模块102，可用于对所述电压幅值为第三设定值的直流电进行降压，得到电压幅值为第四设定值的直流电；所述低压模块101，可用于对所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换，并将转换后的电能输出至受控对象；其中，所述第四设定值低于所述第三设定值。

也就是说，设置在电力电子装置中的电能变换电路，在功率流由受控对象流向交流电网的方向上(即受控对象提供电能，交流电网吸收电能)，可首先将受控对象输出的电能转换为直流电，再将转换得到的直流电升压以及转换为交流电；或者，在功率流由交流电网流向受控对象的方向上(即交流电网提供电能，受控对象吸收电能)，可首先将交流电网输出的电能转换为直流电，再将转换得到的直流电降压并变换后提供给受控对象，从而可无需在电力电子装置与中/高压交流电网之间设置电力变压器，即可实现电力电子装置的并网，降低了系统的安装难度。

可选地，所述受控对象包括但不限于电机、光伏板、储能装置等提供或吸收电能的装置，本实施例在此不作任何限定。例如，当所述电能变换电路应用于低压风电变流器时，则所述受控对象可具体为风力发电机；当所述电能变换电路应用于光伏变流器时，所述受控对象可具体为光伏板。

另外，需要说明的是，所述受控对象输出/吸收的电能既可为交流电，也可为直流电；也就是说，在功率流由受控对象流向交流电网的方向上，所述低压模块101可将受控对象提供的交流电转换为电压幅值为第一设定值的直流电，或者也可将受控对象提供的直流电转换为电压幅值为第一设定值的直流电；在功率流由交流电网流向受控对象的方向上，所述低压模块101可对所述变压模块102输出的所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换，得到合适的交流电并提供给受控对象，或者也可对所述变压模块102输出的所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换，得到合适的直流电并提供给受控对象。

所述第一设定值可根据实际使用需求灵活设置，进一步地，所述第一设定值可根据所述受控对象输出的电能的电压值确定；所述第二设定值可根据实际使用需求灵活设置；进一步地，所述第二设定值可根据所述第一设定值以及变压模块102的升压比确定。

所述第三设定值可根据实际使用需求灵活设置，进一步地，所述第三设定值可根据所述交流电网输出的电能的电压值确定；所述第四设定值可根据实际使用需求灵活设置；进一步地，所述第四设定值可根据所述第三设定值以及变压模块102的降压比确定。

另外，需要说明的是，所述第一设定值可等于或不等于所述第四设定值，所述第二设定值可等于或不等于所述第三设定值，本实施例在此不作任何限定。

可选地，如图2(a)、图2(b)和图2(c)所示，所述低压模块101可包括一个或多个低压子模块201(图2(b)和图2(c)中以包括两个低压子模块201为示例)，任一低压子模块201的第一端和与所述任一低压子模块201相对应的受控对象连接，第二端通过与所述任一低压子模块201相对应的低压直流母线与所述变压模块102连接，其中：

所述任一低压子模块201，在功率流由受控对象流向交流电网的方向上，可用于将与所述任一低压子模块201相对应的受控对象输出的电能转换为所述电压幅值为第一设定值的直流电，并输出至所述变压模块102；或者，

在功率流由交流电网流向受控对象的方向上，可用于接收所述变压模块102输出的所述电压幅值为第四设定值的直流电，并将所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换后输出至与所述任一低压子模块201相对应的受控对象。

也就是说，所述低压模块101的输入功率/输出功率可来自于/输出至一个受控对象，也可来自于/输出至多个不同的受控对象；所述低压模块101可通过一路低压直流母线与所述变压模块102连接，也可通过多路各自分立的低压直流母线与所述变压模块102连接；另外，所述低压模块101与受控对象以及所述变压模块102连接的结构，也可灵活采用上述各连接方式的组合，本实施例在此不作任何限定。

进一步可选地，如图3(a)和图3(b)所示，所述任一低压子模块201可包括一个或两个以上并联的低压子电路301(图3(b)中以包括两个低压子电路301为示例)，也就是说，针对任一低压子模块201，其中可包括单个低压子电路301，也可为了降低每个低压子电路301的功率负荷，采用多个并联的低压子电路301，本实施例在此不作任何限定。

进一步可选地，所述低压子电路301，可包括但不限于全桥可控整流电路、多电平可控整流电路以及Boost直流直流变换电路中的任意一个或多个。以全桥可控整流电路为例，若任一低压子模块201包括一个低压子电路301，则该任一低压子模块201的结构可如图4(a)所示；若任一低压子模块201包括两个并联的低压子电路301，则该任一低压子模块201的结构可如图4(b)所示。其中，所述低压模块101中包括的各变换子电路的规格参数可相同也可不同，优选地，所述低压模块101中包括的各变换子电路的规格参数相同，本实施例在此不再赘述。

需要说明的是，由于在现有的电力电子装置的主回路系统中，一般都设置有整流模块以及该整流模块对应的低压直流母线，例如，低压风电变流器的机侧设置有机侧整流器，用于将风力发电机输出的交流电转换为直流电；因此，可保留现有的电力电子装置中设置的整流模块以及该整流模块对应的低压直流母线，将该整流模块直接作为低压模块101，再用变压模块102以及逆变模块103替换低压直流母线连接的原有的逆变模块103，即可实现将现有的电力电子装置改装为直入中/高压交流电网的电力电子装置，改装方法简单，且成本较低。

可选地，如图5(a)和5(b)所示，所述变压模块102可包括一个或多个变压子模块501(图5(b)中以包括两个变压子模块501为示例)，任一变压子模块501的低压直流端(第一端)通过所述任一变压子模块501所对应的低压直流母线与相对应的低压子模块201连接，高压直流端(第二端)通过所述任一变压子模块所对应的高压直流母线与所述逆变模块103连接，其中：

所述任一变压子模块501，在功率流由受控对象流向交流电网的方向上，可用于接收相对应的低压子模块201输出的所述电压幅值为第一设定值的直流电，以及将所述电压幅值为第一设定值的直流电转换为电压幅值为第二设定值的直流电后输出至所述逆变模块103；或者，

在功率流由交流电网流向受控对象的方向上，可用于将所述逆变模块103输出的所述电压幅值为第三设定值的直流电转换为所述电压幅值为第四设定值的直流电，并将所述电压幅值为第四设定值的直流电输出至相对应的低压子模块201。

可见，所述变压模块102的功能为将低压直流侧电压变换至高压直流侧电压或将高压直流侧电压变换至低压直流侧电压，以及将低压直流侧电压与高压直流侧电压隔离。另外，所述变压模块102包括的变压子模块501可通过低压直流母线的连接与所述低压模块101中的低压子模块201一一对应。

进一步可选地，如图6(a)和6(b)所示，所述任一变压子模块501可包括一个或两个以上并联的变压子电路601(图6(b)中以包括两个并联的变压子电路601为示例)，其中，所述变压子电路601可包括但不限于DAB，任一DAB的原副边绕组数之比可为1∶N，其中，N为大于等于1的正整数。以DAB为例，若任一变压子模块501包括两个并联的DAB，且DAB的原副边绕组数之比为1∶1，则该任一变压子模块501的结构可如图7所示。

可选地，所述变压模块102中包括的各变压子电路601的规格参数可相同也可不同，优选地，所述变压模块102中包括的各变压子电路601的规格参数相同，本实施例在此不再赘述。

可选地，如图8所示，所述逆变模块103可包括多个逆变子模块801，任一逆变子模块的直流端与所述变压模块102连接，所述逆变模块801的交流端采用星形接法或三角形接法与所述交流电网连接，图8以所述三个逆变子模块801的交流端采用三角形接法与所述交流电网连接为示例。

也就是说，在功率流由受控对象流向交流电网的方向上，逆变模块103中的每个逆变子模块801，均可用于将所述变压模块102输出的电压幅值为第二设定值的直流电转换为单相交流电，再将逆变子模块801输出以星形接法或三角形接法转换为三相电便可并入交流电网；在功率流由交流电网流向受控对象的方向上，逆变模块103中的每个逆变子模块801，可接收交流电网输出的单相交流电，再将接收到的单相交流电转换成所述电压幅值为第三设定值的直流电，并输出至所述变压模块102。

进一步可选地，如图9所示，任一所述逆变子模块801可包括一个或两个以上级联的逆变子电路901(图9以逆变子模块801包括三个级联的逆变子电路901为示例)，任一逆变子电路901，在功率流由受控对象流向交流电网的方向上，可用于将所述变压模块102输出的所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电；或者，在功率流由交流电网流向受控对象的方向上，可用于将所述交流电网输出的交流电转换为所述电压幅值为第三设定值的直流电。其中，所述逆变模块103中包括的各逆变子电路901的规格参数可相同也可不同，优选地，所述逆变模块103中包括的各逆变子电路901的规格参数相同，本实施例在此不再赘述。

进一步可选的，所述逆变子电路901可包括但不限于单相H桥逆变电路或多电平逆变电路中的任意一个或多个；以单相H桥逆变电路为例，若任一逆变子模块801包括三个级联的单相H桥逆变电路，则该任一逆变子模块801的结构可如图10所示。

需要说明的是，优选地，任一所述逆变子模块801包括两个以上级联的逆变子电路901，多个逆变子电路901级联，在功率流由受控对象流向交流电网的方向上，可使得逆变子模块801输出的交流电的电压幅值为任一逆变子电路901输出的交流电的电压幅值的设定倍数，该设定倍数取决于逆变子模块801包括的逆变子电路901的级数；也就是说，若变压模块102输出的直流电的电压幅值有限，逆变后不足以直接并入中/高压交流电网，则逆变模块103还可采用逆变电路级联的结构，以进一步对逆变得到的交流电进行升压。在功率流由交流电网流向受控对象的方向上，所述逆变子模块801采用逆变子电路901级联的结构的有益效果同理，此处不再赘述。需要说明的是，各逆变子模块801中的逆变子电路901级联的级数可相同也可不同，本实施例在此不作任何限定。

进一步地，由上述内容可知，在功率流由受控对象流向交流电网的方向上，所述受控对象输出的电能的电压值决定低压模块101输出的直流电的电压幅值，根据低压模块101输出的直流电的电压幅值以及变压模块102的升压比(升压比可由原副边绕组匝数比以及相关开关控制占空比确定)，即可确定变压模块102输出的直流电的电压幅值，再根据变压模块102输出的直流电的电压幅值以及逆变子模块801包括的逆变子电路901的级数，便可确定逆变模块103输出的交流电的电压值；因此，在交流电网的电压值以及受控对象输出的电能的电压值确定的情况下，通过将变压模块102的升压比以及逆变子模块801包括的逆变子电路901的级数设置为合适的设定值，即可使得逆变模块103输出的交流电的电压值与交流电网的电压值相等。同理，在功率流由交流电网流向受控对象的方向上，在交流电网的电压值以及受控对象的额定电压值确定的情况下，通过将变压模块102的降压比(可由原副边绕组匝数比以及相关开关控制占空比确定)以及逆变子模块801包括的逆变子电路901的级数设置为合适的设定值，即可使得低压模块101输出的电能的电压值与受控对象的额定电压值相等。

可选地，所述电能变换电路，还可包括第一电容模块和/或第二电容模块，其中：

所述第一电容模块，可设置于所述低压模块101与所述变压模块102之间，可用于建立并维持所述电压幅值为第一设定值的直流电压或所述电压幅值为第四设定值的直流电压；

所述第二电容模块，可设置于所述变压模块102与所述逆变模块103之间，可用于建立并维持所述电压幅值为第二设定值的直流电压或所述电压幅值为第三设定值的直流电压。

也就是说，电容模块的主要功能为建立和维持直流母线上的电压。需要说明的是，所述第一电容模块和所述第二电容模块均可采用一个电容器或采用多个电容器串并联的组合，本实施例在此不作任何限定。例如，如图4(b)所示，其中，正、负低压直流母线之间可连接多个串联的电容，用于建立并维持低压直流母线上的电压。

下面将以具体实例为例，对本实施例提供的所述电能变换电路的结构进行详细说明。

假设受控对象具体为风力发电机，所述电能变换电路应用于低压风电变流器，所述低压模块101具体采用三相桥式整流电路实现，三相桥式整流电路的简化符号如图11(a)所示；所述变压模块102具体采用DAB实现，DAB的简化符号如图11(b)所示，图11(b)以DAB的原副边绕组数之比为1∶1为示例；所述逆变模块103具体采用单相H桥逆变电路实现，单相H桥逆变电路的简化符号如图11(c)所示，则所述电能变换电路可包括但不限于以下示例的结构：

实例一：

如图12所示，低压模块包括一个低压子模块，该低压子模块包括一个或多个并联的三相桥式整流电路(虚线表示可并联多个三相桥式整流电路)；低压模块通过单一低压直流母线与变压模块连接；变压模块包括一个变压子模块，该变压子模块包括一个DAB，且DAB的原副边绕组数之比为1∶9；逆变模块包括9个单相H桥逆变电路，每三个单相H桥逆变电路级联组成逆变子模块，三个逆变子模块的交流端采用三角形接法与交流电网连接。

实例二：

如图13所示，低压模块包括一个低压子模块，该低压子模块包括一个或多个并联的三相桥式整流电路；低压模块通过单一低压直流母线与变压模块连接；变压模块包括一个变压子模块，该变压子模块包括三个并联的DAB，任一DAB的原副边绕组数之比为1∶3；逆变模块包括9个单相H桥逆变电路，每三个单相H桥逆变电路级联组成逆变子模块，三个逆变子模块的交流端采用三角形接法与交流电网连接。

在图13中，针对任一DAB，该任一DAB对应的三个单相H桥逆变电路级联组成逆变子模块并连接在交流电网的相同相间，这种接法可称为顺序连接。各单相H桥逆变电路还可采用非顺序连接，如图14所示，存在一个DAB，其对应的全部的单相H桥逆变电路未连接在交流电网的相同相间，这种接法可称为非顺序连接；需要说明的是，图14仅仅为一种示例，非顺序连接还可包括其它连接形式，此处不再赘述。

实例三：

如图15所示，低压模块包括一个低压子模块，该低压子模块包括一个或两个并联的三相桥式整流电路；低压模块通过单一低压直流母线与变压模块连接；变压模块包括一个变压子模块，该变压子模块包括9个并联的DAB，且DAB的原副边绕组数之比为1∶1；逆变模块包括9个单相H桥逆变电路，每三个单相H桥逆变电路级联组成逆变子模块，三个逆变子模块的交流端采用三角形接法与交流电网连接。

实例四：

如图16所示，低压模块包括3个低压子模块，任一低压子模块包括一个或两个并联的三相桥式整流电路；各低压子模块通过各自分立的低压直流母线与变压子模块连接；任一变压子模块包括一个DAB，DAB的原副边绕组数之比为1∶3；逆变模块包括9个单相H桥逆变电路，每三个单相H桥逆变电路级联组成逆变子模块，三个逆变子模块的交流端采用三角形接法与交流电网连接。

实例五：

如图17所示，低压模块包括3个低压子模块，任一低压子模块包括一个或两个并联的三相桥式整流电路；各低压子模块通过各自分立的低压直流母线与变压子模块连接；任一变压子模块包括3个并联的DAB，DAB的原副边绕组数之比为1∶1；逆变模块包括9个单相H桥逆变电路，每三个单相H桥逆变电路级联组成逆变子模块，三个逆变子模块的交流端采用三角形接法与交流电网连接。

实例六：

如图18所示，低压模块包括2个低压子模块，任一低压子模块包括一个或两个并联的三相桥式整流电路；各低压子模块通过各自分立的低压直流母线与变压子模块连接；任一变压子模块包括3个并联的DAB，DAB的原副边绕组数之比为1∶2；逆变模块包括12个单相H桥逆变电路，每4个单相H桥逆变电路级联组成逆变子模块，三个逆变子模块的交流端采用三角形接法与交流电网连接。

实例七：

如图19所示，低压模块包括9个低压子模块，任一低压子模块包括一个或两个并联的三相桥式整流电路；各低压子模块通过各自分立的低压直流母线与变压子模块连接；任一变压子模块包括1个DAB，DAB的原副边绕组数之比为1∶1；逆变模块包括9个单相H桥逆变电路，每3个单相H桥逆变电路级联组成逆变子模块，三个逆变子模块的交流端采用三角形接法与交流电网连接。

综上所述，本发明实施例提供的电能变换电路，可应用于电力电子装置，包括低压模块、变压模块以及逆变模块，所述低压模块用于接收受控对象输出的电能，并将接收到的电能转换为电压幅值为第一设定值的直流电，所述变压模块用于对所述电压幅值为第一设定值的直流电进行升压，得到电压幅值为第二设定值的直流电，所述逆变模块用于将所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电后输出至交流电网，其中，所述第二设定值高于所述第一设定值；或者，所述逆变模块用于将交流电网输出的交流电转换为电压幅值为第三设定值的直流电，所述变压模块用于对所述电压幅值为第三设定值的直流电进行降压，得到电压幅值为第四设定值的直流电，所述低压模块用于对所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换，并将转换后的电能输出至受控对象，其中，所述第四设定值低于所述第三设定值。也就是说，设置在电力电子装置中的电能变换电路，可首先将受控对象输出的电能转换为直流电，再将转换得到的直流电升压以及转换为交流电，或者首先将交流电网输出的电能转换为直流电，再将转换得到的直流电降压后提供给受控对象，从而可无需在电力电子装置与中/高压交流电网之间设置电力变压器，即可实现电力电子装置的并网，降低了系统的安装难度。

另外，逆变模块中的任一逆变子模块可包括两个以上级联的逆变子电路，多个逆变子电路级联，在功率流由受控对象流向交流电网的方向上，可使得逆变子模块输出的交流电的电压幅值为任一逆变子电路输出的交流电的电压幅值的设定倍数；也就是说，若变压模块输出的直流电的电压幅值有限，逆变后不足以直接并入中/高压交流电网，则逆变模块还可采用逆变电路级联的结构，以进一步对逆变得到的交流电进行升压。

另外，本发明实施例还提供了一种电力电子装置，包括上述的电能变换电路。

实施例二：

基于同样的发明构思，本发明实施例二提供了一种电力系统，具体地，如图20所示，其为本发明实施例二中所述电力系统的结构示意图，所述电力系统可包括受控对象2001、电力电子装置2002以及交流电网2003，其中：

所述受控对象2001，可用于向所述电力电子装置2002输出电能；

所述电力电子装置2002，可用于将接收到的电能转换为电压幅值为第一设定值的直流电；并对所述电压幅值为第一设定值的直流电进行升压，得到电压幅值为第二设定值的直流电；以及，将所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电；其中，所述第二设定值高于所述第一设定值；

所述交流电网2003，可用于接收所述电力电子装置2002输出的所述交流电。

本发明实施例二还提供了另一种电力系统，具体地，如图20所示，其为本发明实施例二中所述电力系统的结构示意图，所述电力系统可包括受控对象2001、电力电子装置2002以及交流电网2003，其中：

所述交流电网2003，可用于向所述电力电子装置2002输出交流电；

所述电力电子装置2002，可用于将接收到的交流电转换为电压幅值为第三设定值的直流电；并对所述电压幅值为第三设定值的直流电进行降压，得到电压幅值为第四设定值的直流电；以及对所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换并输出；其中，所述第四设定值低于所述第三设定值；

所述受控对象2001，可用于接收所述电力电子装置2002输出的电能。

也就是说，电力电子装置可首先将受控对象输出的电能转换为直流电，再将转换得到的直流电升压以及转换为交流电并输出至交流电网，或者首先将交流电网输出的电能转换为直流电，再将转换得到的直流电降压后提供给受控对象，从而可无需在电力电子装置与中/高压交流电网之间设置电力变压器，即可实现电力电子装置的并网，降低了系统的安装难度。

所述电力电子装置的主回路系统的具体实现方式可参照实施例一，本实施例在此不再赘述。

实施例三：

基于同样的发明构思，本发明实施例三提供了一种电能变换方法，可应用于电力电子装置。具体地，如图21所示，其为本发明实施例三中所述方法的步骤流程图，所述方法可包括：

步骤2101：接收受控对象输出的电能，并将接收到的电能转换为电压幅值为第一设定值的直流电；

步骤2102：对所述电压幅值为第一设定值的直流电进行升压，得到电压幅值为第二设定值的直流电；其中，所述第二设定值高于所述第一设定值；

步骤2103：将所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电后输出至交流电网。

本发明实施例三还提供了另一种电能变换方法，可应用于电力电子装置。具体地，如图22所示，其为本发明实施例三中所述方法的步骤流程图，所述方法可包括：

步骤2201：将交流电网输出的交流电转换为电压幅值为第三设定值的直流电；

步骤2202：对所述电压幅值为第三设定值的直流电进行降压，得到电压幅值为第四设定值的直流电；其中，所述第四设定值低于所述第三设定值；

步骤2203：对所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换，并将转换后的电能输出至受控对象。

也就是说，电力电子装置可首先将受控对象输出的电能转换为直流电，再将转换得到的直流电升压以及转换为交流电并输出至交流电网，或者首先将交流电网输出的电能转换为直流电，再将转换得到的直流电降压并变换后提供给受控对象，从而可无需在电力电子装置与中/高压交流电网之间设置电力变压器，即可实现电力电子装置的并网，降低了系统的安装难度。

需要说明的是，可由设置在所述电力电子装置中的相关控制器控制所述电力电子装置的主回路系统实施所述电能变换方法，所述电力电子装置的主回路系统的具体实现方式可参照实施例一，本实施例在此不再赘述。

此外，附图和说明书中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。

本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其它可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其它可编程数据处理设备上，使得在计算机或其它可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种电能变换电路，其特征在于，应用于电力电子装置，包括低压模块、变压模块以及逆变模块，其中：

所述低压模块，用于接收受控对象输出的电能，并将接收到的电能转换为电压幅值为第一设定值的直流电；所述变压模块，用于对所述电压幅值为第一设定值的直流电进行升压，得到电压幅值为第二设定值的直流电；所述逆变模块，用于将所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电后输出至交流电网；其中，所述第二设定值高于所述第一设定值；

或者，

所述逆变模块，用于将交流电网输出的交流电转换为电压幅值为第三设定值的直流电；所述变压模块，用于对所述电压幅值为第三设定值的直流电进行降压，得到电压幅值为第四设定值的直流电；所述低压模块，用于对所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换，并将转换后的电能输出至受控对象；其中，所述第四设定值低于所述第三设定值。

2.如权利要求1所述的电能变换电路，其特征在于，所述低压模块包括一个或多个低压子模块，任一低压子模块的第一端和与所述任一低压子模块相对应的受控对象连接，第二端通过与所述任一低压子模块相对应的低压直流母线与所述变压模块连接，其中：

所述任一低压子模块，用于将与所述任一低压子模块相对应的受控对象输出的电能转换为所述电压幅值为第一设定值的直流电，并输出至所述变压模块；或者，

用于接收所述变压模块输出的所述电压幅值为第四设定值的直流电，并将所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换后输出至与所述任一低压子模块相对应的受控对象。

3.如权利要求2所述的电能变换电路，其特征在于，所述任一低压子模块包括一个或两个以上并联的低压子电路，所述低压子电路，包括全桥可控整流电路、多电平可控整流电路以及Boost直流直流变换电路中的任意一个或多个。

4.如权利要求2所述的电能变换电路，其特征在于，所述变压模块包括一个或多个变压子模块，任一变压子模块的第一端通过所述任一变压子模块所对应的低压直流母线与相对应的低压子模块连接，第二端通过所述任一变压子模块所对应的高压直流母线与所述逆变模块连接，其中：

所述任一变压子模块，用于接收相对应的低压子模块输出的所述电压幅值为第一设定值的直流电，以及将所述电压幅值为第一设定值的直流电转换为电压幅值为第二设定值的直流电后输出至所述逆变模块；或者，

用于将所述逆变模块输出的所述电压幅值为第三设定值的直流电转换为所述电压幅值为第四设定值的直流电，并将所述电压幅值为第四设定值的直流电输出至相对应的低压子模块。

5.如权利要求4所述的电能变换电路，其特征在于，所述任一变压子模块包括一个或两个以上并联的变压子电路，其中：

所述变压子电路包括隔离双向全桥DC-DC转换器。

6.如权利要求1所述的电能变换电路，其特征在于，所述逆变模块包括多个逆变子模块，任一逆变子模块的直流端与所述变压模块连接，所述逆变模块的交流端采用星形接法或三角形接法与所述交流电网连接。

7.如权利要求6所述的电能变换电路，其特征在于，任一逆变子模块包括一个或两个以上级联的逆变子电路，其中：

任一逆变子电路，用于将所述变压模块输出的所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电；或者，用于将所述交流电网输出的交流电转换为所述电压幅值为第三设定值的直流电；

所述逆变子电路包括单相H桥逆变电路以及多电平逆变电路中的任意一个或多个。

8.如权利要求1所述的电能变换电路，其特征在于，还包括第一电容模块和/或第二电容模块，其中：

所述第一电容模块，设置于所述低压模块与所述变压模块之间，用于建立并维持所述电压幅值为第一设定值的直流电压或所述电压幅值为第四设定值的直流电压；

所述第二电容模块，设置于所述变压模块与所述逆变模块之间，用于建立并维持所述电压幅值为第二设定值的直流电压或所述电压幅值为第三设定值的直流电压。

9.一种电力电子装置，其特征在于，包括权利要求1～8任一所述的电能变换电路。

10.一种电力系统，其特征在于，包括受控对象、电力电子装置以及交流电网，其中：

所述受控对象，用于向所述电力电子装置输出电能；

所述电力电子装置，用于将接收到的电能转换为电压幅值为第一设定值的直流电；并对所述电压幅值为第一设定值的直流电进行升压，得到电压幅值为第二设定值的直流电；以及，将所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电；其中，所述第二设定值高于所述第一设定值；

所述交流电网，用于接收所述电力电子装置输出的所述交流电。

11.一种电力系统，其特征在于，包括受控对象、电力电子装置以及交流电网，其中：

所述交流电网，用于向所述电力电子装置输出交流电；

所述电力电子装置，用于将接收到的交流电转换为电压幅值为第三设定值的直流电；并对所述电压幅值为第三设定值的直流电进行降压，得到电压幅值为第四设定值的直流电；以及对所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换并输出；其中，所述第四设定值低于所述第三设定值；

所述受控对象，用于接收所述电力电子装置输出的电能。

12.一种电能变换方法，其特征在于，应用于电力电子装置，所述方法包括：

接收受控对象输出的电能，并将接收到的电能转换为电压幅值为第一设定值的直流电；

对所述电压幅值为第一设定值的直流电进行升压，得到电压幅值为第二设定值的直流电；其中，所述第二设定值高于所述第一设定值；

将所述电压幅值为第二设定值的直流电转换为交流电后输出至交流电网。

13.一种电能变换方法，其特征在于，应用于电力电子装置，所述方法包括：

将交流电网输出的交流电转换为电压幅值为第三设定值的直流电；

对所述电压幅值为第三设定值的直流电进行降压，得到电压幅值为第四设定值的直流电；其中，所述第四设定值低于所述第三设定值；

对所述电压幅值为第四设定值的直流电进行设定转换，并将转换后的电能输出至受控对象。