CN110661433A - 一种电力电子变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电力电子变压器，包括第一级变流器、第二级变流器和第三级变流器，第一级变流器包括第一AC/DC和第二AC/DC，第二级变流器包括第一DC/DC和第二DC/DC，第三级变流器包括多个变流器，其中至少一个为BPVB；第一AC/DC、第一DC/DC和第三级变流器中的变流器依次级联，第二AC/DC、第二DC/DC和第三级变流器中的变流器依次级联，第一AC/DC的第二输出端和第二AC/DC的第一输出端串联并接地，形成第一接地端，第一AC/DC的第一输出端、第二AC/DC的第二输出端和第一接地端构成第一直流电压输出端口。本发明实施例提供的电力电子变压器，提高了电力电子变压器的可靠性。

Description

一种电力电子变压器
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。
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高频电能变换技术相结合，实现的具有但不限于传统工频交流变压器功能的新型电力电子设备，在分布式新能源及储能应用、船舶和电力机车牵引、智能电网/能源互联网等领域具有广泛的应用前景和巨大的市场价值。
电力电子变压器的功能至少包括传统交流变压器的电压等级变换、能量传输和电气隔离功能，还包括交流侧无功功率补偿、功率因数调节及谐波治理、可再生能源/储能设备直流接入、端口间的故障隔离功能以及与其他智能设备的通讯功能等。现有技术中，电力电子变压器通常包括高压交流端口，高压直流端口，低压直流端口和低压交流端口。其中，直流电压端口可以是单极性或者伪双极性，当单极短路或者开路故障情况下，直流电压端口无法工作，会造成整体直流配电系统的瘫痪。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种电力电子变压器，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。
本发明实施例提供一种电力电子变压器，包括第一级变流器、第二级变流器和第三级变流器，其中：
所述第一级变流器包括第一交直流变流器和第二交直流变流器，所述第二级变流器包括第一直流变流器和第二直流变流器，所述第三级变流器包括多个变流器，所述多个变流器中至少一个为双极性电压平衡变流器；
所述第一交直流变流器、所述第一直流变流器和所述第三级变流器中的变流器依次级联，所述第二交直流变流器、所述第二直流变流器和所述第三级变流器中的变流器依次级联，所述第一交直流变流器和所述第二交直流变流器的输入端并联，所述第一交直流变流器的第二输出端和所述第二交直流变流器的第一输出端串联并接地，形成第一接地端，所述第一交直流变流器的第一输出端、所述第二交直流变流器的第二输出端和所述第一接地端构成第一直流电压输出端口。
其中，所述双极性电压平衡变流器的直流电压输出端口为真双极性直流输出端口。
其中，所述双极性电压平衡变流器包括第一开关管、第二开关管、第一分压电容、第二分压电容和第一电感，其中：
所述第一开关管的第一端与所述第一分压电容的第一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，所述第一分压电容的第二端与所述第二分压电容的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述第二分压电容的第二端连接，所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一分压电容与所述第二分压电容串联，所述第一开关管和所述第二开关管的连接端与所述第一分压电容和所述第二分压电容的连接端通过所述第一电感连接，所述第一分压电容和所述第二分压电容的连接端接地形成第二接地端，所述第一分压电容的第一端、所述第二分压电容的第二端和所述第二接地端构成第二直流电压输出端口。
其中，所述双极性电压平衡变流器包括第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第三分压电容、第四分压电容、第二电感和第三电感，其中：
所述第三开关管的第一端、所述第五开关管的第一端和所述第三分压电容的第一端连接，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端连接，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端连接，所述第三分压电容的第二端与所述第四分压电容的第一端连接，所述第四开关管的第二端、所述第六开关管的第二端和所述第四分压电容的第二端连接，所述第三开关管和所述第四开关管串联，所述第五开关管和所述第六开关管串联，所述第三分压电容和所述第四分压电容串联，所述第三开关管和所述第四开关管的连接端与所述第三分压电容和所述第四分压电容的连接端通过所述第二电感连接，所述第五开关管和所述第六开关管的连接端与所述第三分压电容和第四分压电容的连接端通过所述第三电感连接，所述第三分压电容和所述第四分压电容的连接端接地形成第三接地端，所述第三分压电容的第一端、所述第四分压电容的第二端和所述第三接地端构成第三直流电压输出端口。
其中，所述双极性电压平衡变流器包括第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第五分压电容、第六分压电容、第四电感、第一二极管和第二二极管，其中：
所述第七开关管的第一端与所述第五分压电容的第一端连接，所述第五分压电容的第二端与所述第六分压电容的第一端连接，所述第十开关管的第二端与所述第六分压电容的第二端连接，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管连接，所述第十开关管的第一端与所述第九开关管连接，所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管和所述第十开关管依次串联，所述第五分压电容和所述第六分压电容串联，所述第八开关管和所述第九开关管的连接端与所述第五分压电容和所述第六分压电容的连接端通过所述第四电感连接，所述第七开关管和所述第八开关管的连接端与所述第五分压电容和所述第六分压电容的连接端通过所述第一二极管连接，所述第九开关管和所述第十开关管的连接端与所述第五分压电容和第六分压电容的连接端通过所述第二二极管连接，所述第五分压电容和所述第六分压电容的连接端接地形成第四接地端，所述第五分压电容的第一端、所述第六分压电容的第二端和所述第四接地端构成第四直流电压输出端口。
其中，所述第一交直流变流器和第二交直流变流器的结构相同，包括三相六桥臂，每相的上下两桥臂并联，每个桥臂包括依次串联的一个第五电感和第一预设数量个第一单元。
其中，所述预设数量个第一单元为半桥电路、全桥电路或者预设比例的全桥电路和半桥电路。
其中，所述第一直流变流器和所述第二直流变流器的结构相同，包括第二预设数量个第二单元，所述第二预设数量个第二单元的输入端串联且输出端并联。
其中，所述第二预设数量个第二单元包括双有源桥直流变流器、LLC直流变流器、半桥双有源桥直流变流器、三相双有源桥直流变流器和三电平双有源桥直流变流器中的至少一种。
其中，所述多个变流器包括两个双极性电压平衡变流器和一个直交流变流器，两个所述双极性电压平衡变流器的输出直流电压不同，所述直交流变流器的输入端与输出直流电压较高的双极性电压平衡变流器的输入端并联。
本发明实施例提供的电力电子变压器，包括第一级变流器、第二级变流器和第三级变流器，第一级变流器包括第一交直流变流器和第二交直流变流器，第二级变流器包括第一直流变流器和第二直流变流器，第三级变流器包括多个变流器，多个变流器中至少一个为双极性电压平衡变流器，第一交直流变流器、第一直流变流器和第三级变流器中的变流器依次级联，第二交直流变流器、第二直流变流器和第三级变流器中的变流器依次级联，第一交直流变流器和第二交直流变流器的输入端并联，第一交直流变流器的第二输出端和第二交直流变流器的第一输出端串联并接地，形成第一接地端，第一交直流变流器的第一输出端、第二交直流变流器的第二输出端和第一接地端构成第一直流电压输出端口，第一直流电压输出端口为真双极性，提高了电力电子变压器的可靠性。
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他的附图。在附图中：
图1是本发明第一实施例提供的电力电子变压器的结构示意图。
图2是本发明第二实施例提供的电力电子变压器的结构示意图。
图3是本发明第三实施例提供的电力电子变压器的结构示意图。
图4是本发明第四实施例提供的电力电子变压器的结构示意图。
图5是本发明第五实施例提供的双极性电压平衡变流器的结构示意图。
图6是本发明第六实施例提供的双极性电压平衡变流器的结构示意图。
图7是本发明第七实施例提供的双极性电压平衡变流器的结构示意图。
图8是本发明第八实施例提供的交直流变流器的结构示意图。
图9是本发明第九实施例提供的半桥电路的结构示意图。
图10是本发明第十实施例提供的全桥电路的结构示意图。
图11是本发明第十一实施例提供的直流变流器的结构示意图。
图12是本发明第十二实施例提供的双有源桥直流变流器的结构示意图。
图13是本发明第十三实施例提供的直交流变流器的结构示意图。
附图标记说明：
1-第一交直流变流器； 2-第二交直流变流器；
3-第一直流变流器； 4-第二直流变流器；
5-双极性电压平衡变流器； 6-双极性电压平衡变流器；
7-直交流变流器； 8-直交流变流器；
9-桥臂； 10-第一单元；
11-第五电感； 12-第二单元。
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明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
图1是本发明第一实施例提供的电力电子变压器的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的电力电子变压器，包括第一级变流器、第二级变流器和第三级变流器，其中：
所述第一级变流器包括第一交直流变流器(以下简称AC/DC)1和第二交直流变流器2，用于将交流电变换成直流电，所述第二级变流器包括第一直流变流器(以下简称DC/DC)3和第二直流变流器4，用于不同电压的直流电之间的变换，所述第三级变流器包括多个变流器，所述变流器用于不同电压的直流电之间的变换或者将直流电变换成交流电，所述多个变流器中至少一个为双极性电压平衡变流器(以下简称BPVB)；
第一AC/DC1、第一DC/DC3和所述第三级变流器中的变流器依次级联，即第一AC/DC1的输出端连接第一DC/DC3的输入端，第一DC/DC3的输出端连接所述第三级变流器中的变流器的输入端，第二AC/DC2、第二DC/DC4和所述第三级变流器中的变流器依次级联，即第二AC/DC2的输出端连接第二DC/DC4的输入端，第二DC/DC4的输出端连接所述第三级变流器中的变流器的输入端，第一AC/DC1和第二AC/DC2的输入端并联，第一AC/DC1的第二输出端和第二DC/DC4的第一输出端串联并接地，形成第一接地端，第一AC/DC1的第一输出端、第二AC/DC2的第二输出端和所述第一接地端构成第一直流电压输出端口。
具体地，第一AC/DC1和第二AC/DC2是两个独立的工作的变流器，第一AC/DC1和第二AC/DC2的输入端可以连接端口1，端口1输出交流电，可以为10kV。第一AC/DC1和第二AC/DC2分别用于将高压交流电变换成高压直流电，并可以控制高压交流电与高压直流电之间的有功和无功功率，还可以调节高压交流端口的功率因数、谐波电流、电能质量等性能指标。
第一AC/DC1的第一输出端、第二AC/DC2的第二输出端和所述第一接地端构成第一直流电压输出端口，即图1中的端口2。所述第一直流电压输出端口和端口1通过第一AC/DC1和第二AC/DC2相连接，第一AC/DC1和第二AC/DC2分别用于将端口1输入的交流电转换成所述第一直流电压输出端口输出的直流电，例如所述第一直流电压输出端口输出±10kV直流电，所述第一直流电压输出端口的正极和负极都可以独立接负载，为真双极端口，也就是说所述第一直流电压输出端口的正极或者负极如果有一端出现故障，不影响另一端正常工作，提高了电力电子变压器的可靠性。
第一DC/DC1变流器的输入端与所述第一直流电压输出端口的正极对地输出相连接，第一DC/DC1变流器的输出端与所述第三级变流器中的变流器的输入端相连接。第二DC/DC2变流器的输入端与所述第一直流电压输出端口的负极地对输出相连接，第二DC/DC2变流器的输出端与所述第三级变流器中的变流器的输入端相连接。
所述第三级变流器包括的多个变流器中至少一个为BPVB，例如所述多个变流器包括一个BPVB和一个直交流变流器(以下简称DC/AC)，或者所述多个变流器包括两个BPVB，或者所述多个变流器包括两个BPVB和一个DC/AC，或者所述多个变流器包括两个BPVB和两个DC/AC。其中，所述第三级变流器包括的变流器的数量和种类根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。
例如，如图1所示，所述多个变流器包括BPVB5、BPVB6和DC/AC7，第一AC/DC1、第一DC/DC3和BPVB5依次级联，第二AC/DC2、第二DC/DC4和BPVB6依次级联，第二AC/DC2、第二DC/DC4和DC/AC7依次级联，BPVB6的输入端和DC/AC7的输入端并联。BPVB5的输出端口为端口3，可以输出直流电，比如±750V直流电，BPVB6的输出端口为端口4，可以输出直流电，比如±375V直流电，DC/AC7的输出端口为端口5，可以输出交流电，比如400V交流电。其中，端口1、端口2、端口3、端口4和端口5的电压根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。
例如，图2是本发明第二实施例提供的电力电子变压器的结构示意图，如图2所示，所述多个变流器包括BPVB5和BPVB6，第一AC/DC1、第一DC/DC3和BPVB5依次级联，第二AC/DC2、第二DC/DC4和BPVB6依次级联。
例如，图3是本发明第三实施例提供的电力电子变压器的结构示意图，如图3所示，所述多个变流器包括BPVB5和DC/AC7，第一AC/DC1、第一DC/DC3和BPVB5依次级联，第二AC/DC2、第二DC/DC4和DC/AC7的依次级联。
例如，图4是本发明第四实施例提供的电力电子变压器的结构示意图，如图4所示，所述多个变流器包括BPVB5、BPVB6、DC/AC7和DC/AC8，第一AC/DC1、第一DC/DC3和BPVB5依次级联，第一AC/DC1、第一DC/DC3和DC/AC8依次级联，BPVB5的输入端和DC/AC8的输入端并联，第二AC/DC2、第二DC/DC4和BPVB6依次级联，第二AC/DC2、第二DC/DC4和DC/AC7依次级联，BPVB6的输入端和DC/AC7的输入端并联。端口6为DC/AC8的输出端口，输出交流电。
本发明实施例提供的电力电子变压器，包括第一级变流器、第二级变流器和第三级变流器，第一级变流器包括第一交直流变流器和第二交直流变流器，第二级变流器包括第一直流变流器和第二直流变流器，第三级变流器包括多个变流器，多个变流器中至少一个为双极性电压平衡变流器，第一交直流变流器、第一直流变流器和第三级变流器中的变流器依次级联，第二交直流变流器、第二直流变流器和第三级变流器中的变流器依次级联，第一交直流变流器和第二交直流变流器的输入端并联，第一交直流变流器的第二输出端和第二交直流变流器的第一输出端串联并接地，形成第一接地端，第一交直流变流器的第一输出端、第二交直流变流器的第二输出端和第一接地端构成第一直流电压输出端口，第一直流电压输出端口为真双极性，提高了电力电子变压器的可靠性。此外，电力电子变压器的第一级变流器、第二级变流器和第三级变流器为独立的电路，每级电路都可以分为独立的功能模块，简化了设计难度，并降低了使用后的维护成本。另外，降低了多路输出双极性电力电子变压器的成本和体积。
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述双极性电压平衡变流器的直流电压输出端口为真双极性直流输出端口，即所述双极性电压平衡变流器的直流电压输出端口的正极和负极都可以独立接负载，正极或者负极如果有一端出现故障，不会影响另一端的正常工作，提高了电力电子变压器的可靠性。
例如，如图1所示，端口3为BPVB5的直流电压输出端口，包括正极、负极和接地端，端口3为真双极性直流输出端口。端口4为BPVB6的直流电压输出端口，包括正极、负极和接地端，端口4为真双极性直流输出端口。
图5是本发明第五实施例提供的双极性电压平衡变流器的结构示意图，如图5所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，所述双极性电压平衡变流器包括第一开关管S1、第二开关管S2、第一分压电容C1、第二分压电容C2和第一电感L1，其中：
第一开关管S1的第一端与第一分压电容C1的第一端连接，第一开关管S1的第二端与第二开关管S2的第一端连接，第一分压电容C1的第二端与第二分压电容C2的第一端连接，第二开关管S2的第二端与第二分压电容C2的第二端连接，第一开关管S1和第二开关管串联S2，第一分压电容C1与第二分压电容C2串联，第一开关管S1和第二开关管S2的连接端与第一分压电容C1和第二分压电容C2的连接端通过第一电感L1连接，即第一电感L1的第一端连接第一开关管S1的第二端和第二开关管S2的第一端，第一电感L1的第二端连接第一分压电容C1的第二端和第二分压电容C2的第一端，第一分压电容C1和第二分压电容C2的连接端接地形成第二接地端，即第一分压电容C1的第二端和第二分压电容C2的第一端接地，第一分压电容C1的第一端、第二分压电容C2的第二端和所述第二接地端构成第二直流电压输出端口，所述第二直流电压输出端口的正极和负极都可以独立接负载，为真双极端口，也就是说所述第二直流电压输出端口的正极或者负极如果有一端出现故障，不影响另一端正常工作，提高了电力电子变压器的可靠性。
其中，当所述双极性电压平衡变流器的输入电压为2Ud时，第一分压电容C1的电压为U1和第二分压电容C2的电压为U2，第一开关管S1的驱动信号占空比为d，第二开关管S2的驱动信号占空比为1-d，通过调节占空比d可以控制U1＝U2＝Ud。
图6是本发明第六实施例提供的双极性电压平衡变流器的结构示意图，如图6所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，所述双极性电压平衡变流器包括第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6、第三分压电容C3、第四分压电容C4、第二电感L2和第三电感L3，其中：
第三开关管S3的第一端、第五开关管S5的第一端和第三分压电容C3的第一端连接，第三开关管S3的第二端与第四开关管S4的第一端连接，第五开关管S5的第二端与第六开关管S6的第一端连接，第三分压电容C3的第二端与第四分压电容C4的第一端连接，第四开关管S4的第二端、第六开关管S6的第二端和第四分压电容C4的第二端连接，第三开关管S3和第四开关管S4串联，第五开关管S5和第六开关管S6串联，第三分压电容C3和第四分压电容C4串联，第三开关管S3和第四开关管S4的连接端与第三分压电容C3和第四分压电容C4的连接端通过第二电感L2连接，即第二电感L2的第一端连接第三开关管S3的第二端与第四开关管S4的第一端，第二电感L2的第二端连接第三分压电容C3的第二端与第四分压电容C4的第一端，第五开关管S5和第六开关管S6的连接端与第三分压电容C3和第四分压电容C4的连接端通过第三电感L3连接，即第三电感L3的第一端连接第五开关管S5的第二端与第六开关管S6的第一端，第三电感L3的第二端连接第三分压电容C3的第二端与第四分压电容C4的第一端，第三分压电容C3和第四分压电容C4的连接端接地形成第三接地端，即第三分压电容C3的第二端与第四分压电容C4的第一端接地，第三分压电容C3的第一端、第四分压电容C4的第二端和所述第三接地端构成第三直流电压输出端口，所述第三直流电压输出端口的正极和负极都可以独立接负载，为真双极端口，也就是说所述第三直流电压输出端口的正极或者负极如果有一端出现故障，不影响另一端正常工作，提高了电力电子变压器的可靠性。
其中，当所述双极性电压平衡变流器的输入电压为2Ud时，第三分压电容C3的电压为U3和第四分压电容C4的电压为U4，通过调节第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5和第六开关管S6的驱动信号占空比，可以控制U3＝U4＝Ud。
图7是本发明第七实施例提供的双极性电压平衡变流器的结构示意图，如图7所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，所述双极性电压平衡变流器包括第七开关管S7、第八开关管S8、第九开关管S9、第十开关管S10、第五分压电容C5、第六分压电容C6、第四电感L4、第一二极管D1和第二二极管D2，其中：
第七开关管S7的第一端与第五分压电容C5的第一端连接，第五分压电容C5的第二端与第六分压电容C6的第一端连接，第十开关管S10的第二端与第六分压电容C6的第二端连接，第七开关管S7、第八开关管S8、第九开关管S9和第十开关管S10依次串联，即第七开关管S7的第二端与第八开关管S8的第一端连接，第八开关管S8的第二端与第九开关管S9的第一端连接，第九开关管S9的第二端与第十开关管S10的第一端连接，第五分压电容C5和第六分压电容C6串联，第八开关管S8和第九开关管S9的连接端与第五分压电容C5和第六分压电容C6的连接端通过第四电感L4连接，即第四电感L4的第一端连接第八开关管S8的第二端和第九开关管S9的第一端，第四电感L4的第二端连接第五分压电容C5的第二端和第六分压电容C6的第一端，第七开关管S7和第八开关管S8的连接端与第五分压电容C5和第六分压电容C6的连接端通过第一二极管D1连接，第九开关管S9和第十开关管S10的连接端与第五分压电容C5和第六分压电容的连接端通过第二二极管D2连接，第五分压电容C5和第六分压电容C6的连接端接地形成第四接地端，即第五分压电容C5的第二端和第六分压电容C6的第一端接地，第五分压电容C5的第一端、第六分压电容C6的第二端和所述第四接地端构成第四直流电压输出端口，所述第四直流电压输出端口的正极和负极都可以独立接负载，为真双极端口，也就是说所述第四直流电压输出端口的正极或者负极如果有一端出现故障，不影响另一端正常工作，提高了电力电子变压器的可靠性。
其中，当所述双极性电压平衡变流器的输入电压为2Ud时，第五分压电容C5的电压为U5和第六分压电容C6的电压为U6，通过调节第七开关管S7、第八开关管S8、第九开关管S9和第十开关管S10的驱动信号占空比，可以控制U5＝U6＝Ud。
需要说明的是，本发明实施例所采用的开关管可以选择金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET)，或者绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)，或者其他全控型半导体开关器件或者功率模块，根据实际需要进行选择，本发明实施例不做限定。
图8是本发明第八实施例提供的交直流变流器的结构示意图，如图8所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，第一AC/DC1和第二AC/DC2的结构相同，包括三相六桥臂，每相的上下两桥臂9并联，每个桥臂9包括依次串联的一个第五电感11和第一预设数量个第一单元10。其中，第一单元10可以采用半桥电路或者全桥电路；所述第一预设数量根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。
例如，图9是本发明第九实施例提供的半桥电路的结构示意图，如图9所示，所述半桥电路包括第十一开关管S11、第十二开关管S12和第七电容C7，第十一开关管S11和第十二开关管S12串联后与第七电容C7并联。图10是本发明第十实施例提供的全桥电路的结构示意图，如图10所示，所述全桥电路包括第十三开关管S13、第十四开关管S14、第十五开关管S15、第十六开关管S16和第八电容C8，第十三开关管S13和第十四开关管S14串联后与第八电容C8并联，第十五开关管S15和第十六开关管S16串联后与第八电容C8并联。
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述预设数量个第一单元10为半桥电路、全桥电路或者预设比例的全桥电路和半桥电路。
具体地，所述预设数量个第一单元10中的每个第一单元10都采用半桥电路。或者，所述预设数量个第一单元10中的每个第一单元10都采用全桥电路。或者，所述预设数量个第一单元10中采用n个半桥电路和m个全桥电路，n/m等于所述预设比例，n和m为正整数。其中，所述预设比例根据实际经验进行设置，本发明实施例不做限定。
图11是本发明第十一实施例提供的直流变流器的结构示意图，如图11所示，第一DC/DC3和第二DC/DC4的结构相同，包括第二预设数量个第二单元12，所述第二预设数量个第二单元12的输入端串联且输出端并联。其中，所述第二预设数量根据实际需要进行设置，本发明实施例不做限定。
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述预设数量个第二单元12包括双有源桥直流变流器、LLC直流变流器、半桥双有源桥直流变流器、三相双有源桥直流变流器和三电平双有源桥直流变流器中的至少一种。
具体地，所述预设数量个第二单元12中的每个第二单元12可以采用双有源桥直流变流器、LLC直流变流器、半桥双有源桥直流变流器、三相双有源桥直流变流器和三电平双有源桥直流变流器中的一种，也可以采用双有源桥直流变流器、LLC直流变流器、半桥双有源桥直流变流器、三相双有源桥直流变流器和三电平双有源桥直流变流器中的多种。
例如，图12是本发明第十二实施例提供的双有源桥直流变流器的结构示意图，如图12所示，所述双有源桥直流变流器包括两个H桥HB1和HB2以及一个高频变压器T，HB1包括Q1、Q2、Q3和Q4四个开关管，HB2包括Q5、Q6、Q7和Q8四个开关管，HB1的开关管和HB2的开关管具有相同的频率，每个开关管的占空比为50％，通过调节HB1和HB2的开关管驱动信号之间的相位控制能量双相流动。其中，HB1的开关管和HB2的开关管可以采用IGBT或者MOSFET。
如图1所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，所述多个变流器包括两个双极性电压平衡变流器：BPVB5和BPVB6，以及一个直交流变流器：DC/AC7。BPVB5和BPVB6的输出直流电压不同，例如，端口1输入10kV交流电，第一AC/DC1和第二AC/DC2分别输出10kV直流电，第一DC/DC3输出1500V直流电，BPVB5的端口3输出±750V直流电，端口3为真双极直流电压输出端口，第二DC/DC4输出750V直流电，BPVB6的端口4输出±375V直流电，端口4为真双极直流电压输出端口，DC/AC7的端口5输出400V交流电。BPVB5的输出直流电压高于BPVB6的输出直流电压，DC/AC7的输入端与BPVB6的输入端并联。
例如，图13是本发明第十三实施例提供的直交流变流器的结构示意图，DC/AC7可以采用如图13所示的两电平三相四线逆变器实现将输入的750V直流电压转换成400V交流电压输出。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电力电子变压器，其特征在于，包括第一级变流器、第二级变流器和第三级变流器，其中：
所述第一级变流器包括第一交直流变流器和第二交直流变流器，所述第二级变流器包括第一直流变流器和第二直流变流器，所述第三级变流器包括多个变流器，所述多个变流器中至少一个为双极性电压平衡变流器；
所述第一交直流变流器、所述第一直流变流器和所述第三级变流器中的变流器依次级联，所述第二交直流变流器、所述第二直流变流器和所述第三级变流器中的变流器依次级联，所述第一交直流变流器和所述第二交直流变流器的输入端并联，所述第一交直流变流器的第二输出端和所述第二交直流变流器的第一输出端串联并接地，形成第一接地端，所述第一交直流变流器的第一输出端、所述第二交直流变流器的第二输出端和所述第一接地端构成第一直流电压输出端口。
2.根据权利要求1所述的电力电子变压器，其特征在于，所述双极性电压平衡变流器的直流电压输出端口为真双极性直流输出端口。
3.根据权利要求1所述的电力电子变压器，其特征在于，所述双极性电压平衡变流器包括第一开关管、第二开关管、第一分压电容、第二分压电容和第一电感，其中：
所述第一开关管的第一端与所述第一分压电容的第一端连接，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端连接，所述第一分压电容的第二端与所述第二分压电容的第一端连接，所述第二开关管的第二端与所述第二分压电容的第二端连接，所述第一开关管和所述第二开关管串联，所述第一分压电容与所述第二分压电容串联，所述第一开关管和所述第二开关管的连接端与所述第一分压电容和所述第二分压电容的连接端通过所述第一电感连接，所述第一分压电容和所述第二分压电容的连接端接地形成第二接地端，所述第一分压电容的第一端、所述第二分压电容的第二端和所述第二接地端构成第二直流电压输出端口。
4.根据权利要求1所述的电力电子变压器，其特征在于，所述双极性电压平衡变流器包括第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第三分压电容、第四分压电容、第二电感和第三电感，其中：
所述第三开关管的第一端、所述第五开关管的第一端和所述第三分压电容的第一端连接，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第一端连接，所述第五开关管的第二端与所述第六开关管的第一端连接，所述第三分压电容的第二端与所述第四分压电容的第一端连接，所述第四开关管的第二端、所述第六开关管的第二端和所述第四分压电容的第二端连接，所述第三开关管和所述第四开关管串联，所述第五开关管和所述第六开关管串联，所述第三分压电容和所述第四分压电容串联，所述第三开关管和所述第四开关管的连接端与所述第三分压电容和所述第四分压电容的连接端通过所述第二电感连接，所述第五开关管和所述第六开关管的连接端与所述第三分压电容和第四分压电容的连接端通过所述第三电感连接，所述第三分压电容和所述第四分压电容的连接端接地形成第三接地端，所述第三分压电容的第一端、所述第四分压电容的第二端和所述第三接地端构成第三直流电压输出端口。
5.根据权利要求1所述的电力电子变压器，其特征在于，所述双极性电压平衡变流器包括第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第五分压电容、第六分压电容、第四电感、第一二极管和第二二极管，其中：
所述第七开关管的第一端与所述第五分压电容的第一端连接，所述第五分压电容的第二端与所述第六分压电容的第一端连接，所述第十开关管的第二端与所述第六分压电容的第二端连接，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管连接，所述第十开关管的第一端与所述第九开关管连接，所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管和所述第十开关管依次串联，所述第五分压电容和所述第六分压电容串联，所述第八开关管和所述第九开关管的连接端与所述第五分压电容和所述第六分压电容的连接端通过所述第四电感连接，所述第七开关管和所述第八开关管的连接端与所述第五分压电容和所述第六分压电容的连接端通过所述第一二极管连接，所述第九开关管和所述第十开关管的连接端与所述第五分压电容和第六分压电容的连接端通过所述第二二极管连接，所述第五分压电容和所述第六分压电容的连接端接地形成第四接地端，所述第五分压电容的第一端、所述第六分压电容的第二端和所述第四接地端构成第四直流电压输出端口。
6.根据权利要求1所述的电力电子变压器，其特征在于，所述第一交直流变流器和第二交直流变流器的结构相同，包括三相六桥臂，每相的上下两桥臂并联，每个桥臂包括依次串联的一个第五电感和第一预设数量个第一单元。
7.根据权利要求6所述的电力电子变压器，其特征在于，所述预设数量个第一单元为半桥电路、全桥电路或者预设比例的全桥电路和半桥电路。
8.根据权利要求1所述的电力电子变压器，其特征在于，所述第一直流变流器和所述第二直流变流器的结构相同，包括第二预设数量个第二单元，所述第二预设数量个第二单元的输入端串联且输出端并联。
9.根据权利要求8所述的电力电子变压器，其特征在于，所述第二预设数量个第二单元包括双有源桥直流变流器、LLC直流变流器、半桥双有源桥直流变流器、三相双有源桥直流变流器和三电平双有源桥直流变流器中的至少一种。
10.根据权利要求1至9任一项所述的电力电子变压器，其特征在于，所述多个变流器包括两个双极性电压平衡变流器和一个直交流变流器，两个所述双极性电压平衡变流器的输出直流电压不同，所述直交流变流器的输入端与输出直流电压较高的双极性电压平衡变流器的输入端并联。
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