CN115989624A - Ac-dc电源 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种AC‑DC转换器，包括：AC侧输入端口；第一DC连接部和第二DC连接部，其限定可与负载相连的DC侧输出端口；AC‑DC整流器，其具有与AC侧输入端口相连的AC整流器侧和包括第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部的DC整流器侧，其中第一DC整流器连接部与第一DC连接部相连；DC‑AC转换器，其具有第一DC输入和第二DC输入，其中第一DC输入与第二DC连接部相连，以及第一AC输出和第二AC输出，其中第一AC输出和第二AC输出与AC侧输入端口相连，或具有第一AC输入和第二AC输入的AC‑AC转换器，其中第一AC输入与第二DC连接部相连，以及第一AC输出和第二AC输出，其中第一AC输出和第二AC输出与AC侧输入端口相连。本公开进一步涉及一种通过AC‑DC转换器向负载供应电力的方法。

Description

AC-DC电源
技术领域
本公开涉及一种AC-DC转换器，特别是一种用于高功率应用的统一功率因数AC-DC转换器。
背景技术
AC-DC转换器是将交流电(AC)输入转化为直流电(DC)输出的电气电路。AC-DC转换器被用于一系列的应用和产品，包括电机驱动、计算机、电子装置的充电器和其他电子设备等。
在用于高功率应用的传统AC-DC转换器中，AC-DC转换器与负载并联或级联连接，这意味着AC-DC转换器的额定电压以及由此产生的额定功率必须与负载的规格相符。对于高电压负载，如电池或电解堆，AC-DC转换器也必须具有高额定电压。因此，必须利用高额定电压的功率部件，这些功率部件很昂贵，而且会产生较高的损耗。
实现高效率的最常见解决方案是使用高额定功率的功率部件，这导致了重大的设计挑战，因为转换器在非常恶劣的环境中操作，并经受高热应力，这增加了热崩溃(thermalbreakdown)的风险，从而降低了其可靠性。
已知实施方案的进一步挑战包括输入电流的低功率因数和谐波失真。
发明内容
目前公开的AC-DC转换器的第一实施方式包括：
-AC侧输入端口；
-第一DC连接部和第二DC连接部，其限定可与负载相连的DC侧输出端口；
-AC-DC整流器，其具有与AC侧输入端口相连的AC整流器侧和包括第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部的DC整流器侧，其中第一DC整流器连接部与第一DC连接部相连；
-DC-AC转换器，其具有第一DC输入和第二DC输入，其中第一DC输入与第二DC连接部相连，以及第一AC输出和第二AC输出，其中第一AC输出和第二AC输出与AC侧输入端口相连。
AC-DC转换器可以具有连接在第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部之间的第一电容。
备选地，在第二实施方式中，AC-DC转换器可以包括：
-AC侧输入端口；
-第一DC连接部和第二DC连接部，其限定可与负载相连的DC侧输出端口；
-AC-DC整流器，其具有与AC侧输入端口相连的AC整流器侧和包括第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部的DC整流器侧，其中第一DC整流器连接部与第一DC连接部相连；以及
-AC-AC转换器，其具有第一AC输入和第二AC输入，其中第一AC输入与第二DC连接部相连，以及第一AC输出和第二AC输出，其中第一AC输出和第二AC输出与AC侧输入端口相连。
上述AC-DC转换器的共同概念是让负载与DC-AC转换器或AC-AC转换器串联连接。DC-AC或AC-AC转换器的输出与电网相连，从而可以将实功率和无功功率(实现功率因数校正)反馈给市电。由于DC-AC或AC-AC转换器与负载串联布置，因此电压在负载和DC-AC或AC-AC转换器之间共享。因此，DC-AC或AC-AC转换器将只具有总电压的一部分。正如所解释的，DC-AC或AC-AC转换器的输出被反馈到AC-DC转换器的AC输入端口。
目前公开的AC-DC转换器对至少一个电池或电解池形式的负载特别有用。在这样的配置中，可以说负载使用的是这样的电力，其提供给AC侧输入端口，转换为DC，最后提供给负载。
由于整流器(可能是二极管整流器)，AC-DC转换器的输入电流可能被扭曲。这可能产生的后果是，它不能满足高功率应用的电流谐波要求。在本公开的范围内的高功率应用可以定义为40W以上的应用。因此，低频变压器(例如50或60Hz)可以连接在DC-AC转换器或AC-AC转换器和AC侧输入端口之间，其可以提供谐波补偿，使电网电流igrid为正弦波，并与输入AC电压同相，从而具有单一功率因数(unity power factor)。因此，目前公开的AC-DC转换器可以是用于高功率应用的单一功率因数AC-DC转换器。
然而，第一和第二实施方式之间的一个区别是，在第二实施方式中没有第一电容器，这两个实施方式共享负载和DC-AC或AC-AC转换器的串联布置以及连接回AC输入端口的一般概念。在电力电子系统中，电解电容可能会限制整个系统的使用寿命。因此，去除这种电容器可以降低系统成本，同时增加使用寿命。然而，在没有电容器的情况下，AC-DC整流器之后的DC电压是整流的正弦波。因此，当AC-DC整流器后的DC电压低于跨过负载的电压时，DC-AC转换器或AC-AC转换器的输入电压必须为负值。出于这个原因，使用了AC-AC转换器(第二实施方式)。
在一个实施方式中，AC-DC整流器是二极管整流器。二极管整流器不一定受主动控制。AC-DC整流器可以配置为在第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部之间提供整流器输出电压，而不需要对AC-DC整流器进行任何主动控制。而控制单元可以配置为控制通过负载的电流，优选地，其中DC-DC转换器部分配置为控制通过负载的电流。此外，AC-DC转换器可以配置为控制AC-DC整流器的输入电流，优选地，其中DC-AC逆变器部分配置为控制输入电流。控制单元可以配置为将DC-AC或AC-AC转换器作为有源整流器进行控制。控制单元可以配置为控制从AC-DC整流器输送的负载电压，使其尽可能接近预定的负载电压。下面将进一步描述目前公开的AC-DC转换器的控制如何操作的这些和其他方面。
AC-DC整流器可以配置为将一部分负载功率携带到负载，而DC-AC转换器/AC-AC转换器配置为将另一部分负载功率携带到负载。DC-AC转换器/AC-AC转换器可以是双向的DC-AC或AC-AC转换器。
本公开进一步涉及一种通过AC-DC转换器向负载供应电力的方法，该方法包括以下步骤：
-提供AC-DC转换器，其具有AC侧输入端口；DC侧输出端口；AC-DC整流器；以及DC-AC转换器或AC-AC转换器；
-将AC侧输入端口与电网相连；
-将AC-DC整流器与负载相连；
-将DC-AC转换器或AC-AC转换器与负载串联连接；
-将DC-AC转换器或AC-AC转换器的输出与电网相连。
正如本领域技术人员所认识到的那样，目前所公开的方法可以使用目前所公开的AC-DC转换器的任何实施方式来执行。这包括该方法可以包括对应于以AC-DC转换器，更具体地说，AC-DC转换器的控制单元配置为做什么的任何步骤。
附图说明
图1示出目前公开的使用基于DC-AC反馈的AC-DC转换器的两个单相实施方式。
图2示出目前公开的使用基于AC-AC反馈的AC-DC转换器的两个进一步的单相实施方式。
图3示出目前公开的使用基于DC-AC反馈的AC-DC转换器的进一步的单相实施方式。
图4示出AC-DC转换器的DC电流控制回路和AC电流控制回路的示例。
图5示出目前公开的使用基于DC-AC反馈的AC-DC转换器的两个三相实施方式。
图6示出目前公开的使用基于AC-AC反馈的AC-DC转换器的两个进一步的三相实施方式。
图7示出目前公开的使用基于DC-AC反馈的AC-DC转换器的三相实施方式。
图8示出可用于目前公开的使用基于AC-AC反馈的AC-DC转换器部分的实施方式的示例。
图9示出AC-DC转换器的功率计算回路、DC电流控制回路和AC电流控制回路的示例。
图10-13示出目前公开的AC-DC转换器的实施方式的仿真结果。
图14示出根据目前公开的通过AC-DC转换器向负载供应电力的实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
本公开涉及一种AC-DC转换器，包括：
-AC侧输入端口；
-DC侧输出端口；
-AC-DC整流器；和
-DC-AC转换器或AC-AC转换器。
其中DC-AC转换器或AC-AC转换器与AC-DC转换器的负载串联连接，并且其中DC-AC转换器或AC-AC转换器的输出被反馈到AC侧输入端口。
更具体地说，AC-DC转换器可以是两种备选之一：
第一实施方式是AC-DC转换器，包括：
-AC侧输入端口；
-第一DC连接部和第二DC连接部，其限定可与负载相连的DC侧输出端口；
-AC-DC整流器，其具有与AC侧输入端口相连的AC整流器侧和包括第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部的DC整流器侧，其中第一DC整流器连接部与第一DC连接部相连；
-DC-AC转换器，其具有第一DC输入和第二DC输入，其中第一DC输入与第二DC连接部相连，以及第一AC输出和第二AC输出，其中第一AC输出和第二AC输出与AC侧输入端口相连。
AC-DC转换器可以具有连接在第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部之间的第一电容。
这样的实施方式在图1A和图1B中得到了说明。
第二实施方式是一种AC-DC转换器，包括：
-AC侧输入端口；
-第一DC连接部和第二DC连接部，其限定可与负载相连的DC侧输出端口；
-AC-DC整流器，其具有与AC侧输入端口相连的AC整流器侧和包括第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部的DC整流器侧，其中第一DC整流器连接部与第一DC连接部相连；
-AC-AC转换器，其具有第一AC输入和第二AC输入，其中第一AC输入与第二DC连接部相连，以及第一AC输出和第二AC输出，其中第一AC输出和第二AC输出与AC侧输入端口相连。
这样的实施方式在图2A和图2B中得到了说明。
AC-DC转换器可以是切换模式脉宽调制的AC-DC转换器。
在单相配置中，负载可能有大的电压。负载和DC-AC或AC-AC转换器的串联布置将电压在负载和DC-AC或AC-AC转换器上划分。这种解决方案可以大大降低DC-AC或AC-AC转换器的转换器额定功率。由DC-AC转换器或AC-AC转换器操作的功率可以被送回AC侧输入端口。
由于二极管整流器，输入电流igrid可能会失真。因此，在常规操作下，它可能无法满足高功率应用中的电流谐波要求。本公开的范围内的大功率应用可以限定为40W以上的应用。目前公开的AC-DC转换器可以配置为在功率应用中操作，其中由负载操作的功率大于50W，优选地大于1kW，更优选地大于10kW。可以使用低频变压器来分离AC侧和DC侧的地线。如果DC-AC或AC-AC转换器被作为有源整流器进行控制，则可以对谐波进行补偿，使电网电流igrid为正弦，并与输入AC电压同相。低频变压器可以是50Hz或60Hz的变压器。
备选地，也可以使用高频链路逆变器。在具有DC-AC转换器的实施方式中，DC-AC转换器可以是高频链路DC-AC逆变器。在具有AC-AC转换器的实施方式中，AC-AC转换器可以是高频链路AC-AC逆变器。正如本领域技术人员所认识到的那样，高频切换式电力电子变压器是轻型和高效的。高频链路的DC-AC逆变器或高频链路的AC-AC逆变器配置为在大于10kHz的频率下、优选地在大于20kHz的频率下操作。DC-AC转换器可以包括DC-DC转换器部分和DC-AC逆变器部分，优选地与DC-DC转换器部分和DC-AC逆变器部分并联连接，如图3所示。
AC-DC转换器适合作为单相AC-DC转换器或三相AC-DC转换器实施。根据目前公开的AC-DC转换器的三相AC-DC转换器的示例在图5-图6中示出。
如上所述，第一和第二实施方式之间的一个区别是，第二实施方式中没有典型的大电容，并且使用AC-AC转换器而不是DC-AC转换器。同样的逻辑也可以应用于三相AC-DC转换器。如图5-图6所示，这个概念可以应用于三相AC-DC转换器。在图5中，由于三相配置，DC整流器侧上的第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部的电压纹波(voltage ripple)较小。如果不使用电解电容，则DC-AC转换器可以控制负载电流，使电压纹波只出现在DC-AC的输入上。可以分别采用带有低频变压器的非隔离式DC-AC转换器，或三相高频链路逆变器，进行实功率和无功功率调整。AC-DC转换器可以相应地配置为将实功率和无功功率反馈回与AC侧输入端口相连的电网。可以控制带有低频变压器的DC-AC转换器，或三相高频链路逆变器，使电网电流是带有统一功率因数的正弦波。在负载电压可以低于或高于第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部之间的电压的情况下，DC-AC转换器的输入上的电压vc将是正的或负的。因此，在这种情况下，可以使用AC-AC转换器，如图6A-图6B所示。
由于负载和DC-AC或AC-AC转换器的串联布置可以将电压划分到负载和DC-AC或AC-AC转换器上，因此可使用额定功率较低的DC-AC或AC-AC转换器。根据非限制性的示例，三相AC-DC转换器可以布置成在整流器输出上具有电压Vrec＝565V，即，来自第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部。由于负载和DC-AC或AC-AC转换器的串联布置，因此，负载可以相应地具有例如500V的电压，而DC-AC转换器则相应地具有65V的电压。如果由负载操作的功率为50kW，则通过负载的电流为50kW/500V＝100A。通过DC-AC转换器的电流是相同的，因此DC-AC转换器的功率是65V*100A＝6.5kW。
在目前公开的AC-DC转换器的一个实施方式中，转换器配置为在AC-DC整流器上的电压大于200V、优选地在AC-DC整流器上的电压大于400V、更优选地在AC-DC整流器上的电压大于500V的情况下操作。
此外，目前公开的AC-DC转换器可以配置为在负载上的电压大于200V、优选地在负载上的电压大于400V、更优选地在负载上的电压大于500V的情况下操作。
AC-DC转换器可以进一步包括控制单元，该控制单元配置为控制AC-DC转换器的操作。在一个实施方式中，AC-DC转换器配置为控制通过负载的电流，优选地，其中DC-DC转换器部分配置为控制通过负载的电流。在一个实施方式中，AC-DC转换器配置为控制进入AC-DC整流器的输入电流，优选地，其中DC-AC逆变器部分配置为控制输入电流。DC-AC逆变器部分可以控制注入回电网的实功率和无功功率，即，将实功率馈送回去，同时实现功率因数校正。在一个实施方式中，AC-DC转换器配置为控制第二电容器上的DC电压，优选地，其中DC-AC逆变器部分配置为控制第二电容器上的DC电压。
本公开进一步涉及一种通过AC-DC转换器向负载供应电力的方法，该方法包括以下步骤：
-提供AC-DC转换器，其具有AC侧输入端口；DC侧输出端口；AC-DC整流器；以及DC-AC转换器或AC-AC转换器；
-将AC侧输入端口与电网相连；
-将AC-DC整流器与负载相连；
-将DC-AC转换器或AC-AC转换器与负载串联连接；
-将DC-AC转换器或AC-AC转换器的输出与电网相连。
根据一个实施方式，该方法包括将实功率和无功功率从DC-AC转换器或AC-AC转换器馈送回电网的步骤。
该方法可以包括调节AC侧输入端口处的实功率和无功功率(实现功率因数校正)的步骤。以这种方式，可以实现统一功率因数的AC-DC操作。调整AC侧输入端口处的实功率和无功功率的步骤可以通过控制DC-AC转换器或AC-AC转换器的操作来执行。该方法可以包括以下步骤：控制DC-AC转换器或AC-AC转换器，使AC侧输入端口处的电压和电流同相。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行更详细的描述。附图是示范性的，旨在说明目前公开的AC-DC转换器的一些特征，而不应该被解释为对目前公开的发明的限制。
图1A示出目前公开的AC-DC转换器(100)的单相实施方式。AC-DC转换器(100)包括具有第一AC连接部(101)和第二AC连接部(102)的AC侧输入端口(117)。AC-DC转换器(100)进一步包括具有第一DC连接部(103)和第二DC连接部(104)的DC侧输出端口，负载(113)与该DC侧输出端口相连。AC-DC转换器(100)进一步包括AC-DC整流器(105)和连接在第一DC整流器连接部(106)和第二DC整流器连接部(107)之间的电容器(108)。电容器(108)与AC-DC整流器(105)并联连接。AC-DC转换器(100)进一步包括经由低频变压器(112)联接回AC侧输入端口的DC-AC转换器(109)。DC-AC转换器(109)具有第一DC输入(110)和第二DC输入(111)。通过让负载和DC-AC或AC-AC转换器串联布置，可以使用额定功率较低的DC-AC或AC-AC转换器。
图1B示出目前公开的AC-DC转换器(100)的备选单相实施方式。AC-DC转换器(100)包括具有第一AC连接部(101)和第二AC连接部(102)的AC侧输入端口。AC-DC转换器(100)进一步包括具有第一DC连接部(103)和第二DC连接部(104)的DC侧输出端口，负载(113)与该DC侧输出端口相连。AC-DC转换器(100)进一步包括AC-DC整流器(105)和连接在第一DC整流器连接部(106)和第二DC整流器连接部(107)之间的电容器(108)。电容器(108)与AC-DC整流器(105)并联连接。AC-DC转换器(100)进一步包括与AC侧输入端口相连的高频链路DC-AC转换器(109)。DC-AC转换器(109)具有第一DC输入(110)和第二DC输入(111)。
图2A示出目前公开的AC-DC转换器(100)的单相实施方式。AC-DC转换器(100)包括具有第一AC连接部(101)和第二AC连接部(102)的AC侧输入端口。AC-DC转换器(100)进一步包括具有第一DC连接部(103)和第二DC连接部(104)的DC侧输出端口，负载(113)与该DC侧输出端口相连。AC-DC转换器(100)进一步包括连接在第一DC整流器连接部(106)和第二DC整流器连接部(107)之间的AC-DC整流器(105)。AC-DC转换器(100)进一步包括经由低频变压器(112)联接回AC侧输入端口的AC-AC转换器(114)。AC-AC转换器(114)具有第一AC输入(115)和第二AC输入(116)。
图2B示出目前公开的AC-DC转换器(100)的备选单相实施方式。AC-DC转换器(100)包括具有第一AC连接部(101)和第二AC连接部(102)的AC侧输入端口。AC-DC转换器(100)进一步包括具有第一DC连接部(103)和第二DC连接部(104)的DC侧输出端口，负载(113)与该DC侧输出端口相连。AC-DC转换器(100)进一步包括连接在第一DC整流器连接部(106)和第二DC整流器连接部(107)之间的AC-DC整流器(105)。AC-DC转换器(100)进一步包括联接回AC侧输入端口的AC-AC转换器(114)。AC-AC转换器(114)具有第一AC输入(115)和第二AC输入(116)。
图3示出目前公开的AC-DC转换器(100)的单相实施方式的另一个示例。AC-DC转换器(100)包括具有第一AC连接部(101)和第二AC连接部(102)的AC侧输入端口。AC-DC转换器(100)进一步包括具有第一DC连接部(103)和第二DC连接部(104)的DC侧输出端口，电解器(113)与该DC侧输出端口相连。AC-DC转换器进一步包括作为DC-DC转换器和DC-AC逆变器实施的DC-AC功率转换器(109)。AC-DC转换器(100)进一步包括AC-DC整流器(105)和连接在第一DC整流器连接部(106)和第二DC整流器连接部(107)之间的第一电容器(108)。第一电容器(108)与AC-DC整流器(105)并联连接。AC-DC转换器(100)进一步包括布置在DC-DC转换器部分(120)和DC-AC逆变器部分(121)之间的第二电容器(119)。AC-DC转换器(100)进一步包括与AC侧输入端口相连的高频链路DC-AC逆变器(109)。
图4示出AC-DC转换器的DC电流控制回路和AC电流控制回路的示例。AC电流控制回路控制进入AC-DC整流器的输入电流Ia。DC电流控制回路控制通过负载的电流Idc。
图5A示出目前公开的AC-DC转换器(100)的三相实施方式。AC-DC转换器(100)包括具有第一AC连接部(101)、第二AC连接部(102)和第三AC连接部(118)的AC侧输入端口。AC-DC转换器(100)进一步包括具有第一DC连接部(103)和第二DC连接部(104)的DC侧输出端口，负载(113)与该DC侧输出端口相连。AC-DC转换器(100)进一步包括AC-DC整流器(105)。AC-DC转换器(100)进一步包括经由低频变压器(112)联接回AC侧输入端口的DC-AC转换器(109)。DC-AC转换器(109)具有第一DC输入(110)和第二DC输入(111)。
图5B示出目前公开的AC-DC转换器(100)的备选三相实施方式。AC-DC转换器(100)包括具有第一AC连接部(101)、第二AC连接部(102)和第三AC连接部(118)的AC侧输入端口。AC-DC转换器(100)进一步包括具有第一DC连接部(103)和第二DC连接部(104)的DC侧输出端口，负载(113)与该DC侧输出端口相连。AC-DC转换器(100)进一步包括连接在第一DC整流器连接部(106)和第二DC整流器连接部(107)之间的AC-DC整流器(105)。AC-DC转换器(100)进一步包括与AC侧输入端口相连的高频链路DC-AC逆变器(109)。DC-AC转换器(109)有第一DC输入(110)和第二DC输入(111)。
图6A示出目前公开的AC-DC转换器(100)的三相实施方式。AC-DC转换器(100)包括具有第一AC连接部(101)、第二AC连接部(102)和第三AC连接部(118)的AC侧输入端口。AC-DC转换器(100)进一步包括具有第一DC连接部(103)和第二DC连接部(104)的DC侧输出端口，负载(113)与该DC侧输出端口相连。AC-DC转换器(100)进一步包括连接在第一DC整流器连接部(106)和第二DC整流器连接部(107)之间的AC-DC整流器(105)。AC-DC转换器(100)进一步包括联接回AC侧输入端口的AC-AC转换器(114)。AC-AC转换器(114)具有第一AC输入(115)和第二AC输入(116)。
图6B示出目前公开的AC-DC转换器(100)的备选三相实施方式。AC-DC转换器(100)包括具有第一AC连接部(101)和第二AC连接部(102)的AC侧输入端口。AC-DC转换器(100)进一步包括具有第一DC连接部(103)和第二DC连接部(104)的DC侧输出端口，负载(113)与该DC侧输出端口相连。AC-DC转换器(100)进一步包括连接在第一DC整流器连接部(106)和第二DC整流器连接部(107)之间的AC-DC整流器(105)。AC-DC转换器(100)进一步包括联接回AC侧输入端口的AC-AC转换器(114)。AC-AC转换器(114)具有第一AC输入(115)和第二AC输入(116)。
图7示出目前公开的使用基于DC-AC反馈的AC-DC转换器(100)的三相实施方式。AC-DC转换器(100)包括具有第一AC连接部(101)、第二AC连接部(102)和第三AC连接部(118)的AC侧输入端口。AC-DC转换器(100)进一步包括具有第一DC连接部(103)和第二DC连接部(104)的DC侧输出端口，负载(113)与该DC侧输出端口相连。AC-DC转换器(100)进一步包括AC-DC整流器(105)。AC-DC转换器(100)进一步包括DC-AC逆变器(109)，该DC-AC逆变器具有DC-DC转换器部分(120)和与AC侧输入端口相连的DC-AC逆变器部分(121)。AC-DC转换器(100)进一步包括布置在DC-DC转换器部分(120)和DC-AC逆变器部分(121)之间的第二电容器(119)。
图8示出AC-DC转换器部分(122)的实施例，其可以被用在目前公开的使用基于AC-AC反馈的AC-DC转换器中。该AC-DC转换器部分(122)可以取代图3和图7中的DC-DC转换器部分(121)，以形成高频链路AC-AC逆变器，分别用于目前公开的AC-DC转换器(100)的单相和三相实施方式。
图9示出AC-DC转换器的功率计算回路、DC电流控制回路和AC电流控制回路的示例。AC电流控制回路控制进入AC-DC整流器的输入电流Ia,b,c。DC电流控制环路控制通过负载的电流Idc。
图10示出根据图1B的目前公开的AC-DC转换器的实施方式的仿真结果。仿真结果从上到下示出电网电压和电流，从高频链路DC-AC逆变器反馈回来的电流ic电流，进入AC-DC整流器的电流ir，DC-DC转换器部分上的电压，进入DC-AC转换器的输入电压，以及负载上的电压。根据非限制性的示例，可以配置以下参数：
参数 值
AC输入电压 230V
DC链路电容器(108) 2000μF
<![CDATA[DC链路电压，V<sub>DC</sub>]]> 270V
<![CDATA[负载电流，I<sub>load</sub>(DC)]]> 40A
<![CDATA[负载电压，V<sub>load</sub>(DC)]]> 190V
<![CDATA[负载功率，P<sub>load</sub>]]> 7600W
高频链路DC-AC逆变器的输入电压(平均值) 80V
<![CDATA[高频链路DC-AC逆变器功率，P<sub>dcac</sub>]]> 3200W
切换频率 50kHz
图11示出根据图2B的目前公开的AC-DC转换器(100)的实施方式的仿真结果。仿真结果从上到下示出电网电压和电流、从AC-AC逆变器反馈回来的电流ic电流、进入AC-DC整流器的电流ir、DC-DC转换器部分上的电压、进入AC-AC转换器的输入电压、以及负载上的电压。根据非限制性的示例，可以配置以下参数：
参数 值
AC输入电压 230V
只使用高频DC链路电容 50μF
<![CDATA[DC链路电压，V<sub>DC</sub>]]> 207V
<![CDATA[负载电流，I<sub>load</sub>(DC)]]> 40A
<![CDATA[负载电压，V<sub>load</sub>(DC)]]> 190V
<![CDATA[负载功率，P<sub>load</sub>]]> 7600W
进入高频链路AC-AC逆变器的输入电压(平均值) 17V
<![CDATA[高频链路AC-AC逆变器功率，P<sub>acac</sub>]]> 680W
切换频率 50kHz
图12示出根据图5B的目前公开的AC-DC转换器(100)的实施方式的仿真结果。仿真结果从上到下示出电网电压和电流、进入AC-DC整流器的电流、DC-DC转换器部分上的电压以及进入DC-AC转换器的输入电压。根据非限制性的示例，可以配置以下参数：
参数 值
AC输入电压(线路-线路RMS值) 400V
只使用高频DC链路电容 50μF
<![CDATA[DC链路电压，V<sub>DC</sub>]]> 540V
<![CDATA[负载电流，I<sub>load</sub>(DC)]]> 70A
<![CDATA[负载电压，V<sub>load</sub>(DC)]]> 490V
<![CDATA[负载功率，P<sub>load</sub>]]> 34300W
进入高频链路DC-AC逆变器的输入电压(平均值) 50V
<![CDATA[高频链路DC-AC逆变器功率，P<sub>dcac</sub>]]> 3500W
切换频率 50kHz
图13示出根据图6B的目前公开的AC-DC转换器(100)的实施方式的仿真结果。仿真结果从上到下示出电网电压和电流、进入AC-DC整流器的电流、DC-DC转换器部分上的电压以及进入AC-AC转换器的输入电压。根据非限制性的示例，可以配置以下参数：
参数 值
AC输入电压(线路-线路RMS值) 400V
只使用高频DC链路电容 50μF
<![CDATA[DC链路电压，V<sub>DC</sub>]]> 540V
<![CDATA[负载电流，I<sub>load</sub>(DC)]]> 70A
<![CDATA[负载电压，V<sub>load</sub>(DC)]]> 535V
<![CDATA[负载功率，P<sub>load</sub>]]> 37450W
进入高频链路AC-AC逆变器的输入电压(平均值) 5V
<![CDATA[高频链路AC-AC逆变器功率，P<sub>acac</sub>]]> 350W
切换频率 50kHz
图14示出根据目前公开的通过AC-DC转换器向负载供应电力的方法的实施方式的方法(300)的流程图。该方法(300)包括以下步骤：
-提供AC-DC转换器，其具有AC侧输入端口；DC侧输出端口；AC-DC整流器；以及DC-AC转换器或AC-AC转换器(310)；
-将AC侧输入端口与电网相连(320)；
-将AC-DC整流器与负载相连(330)；
-将DC-AC转换器或AC-AC转换器与负载(340)串联连接；以及
-将DC-AC转换器或AC-AC转换器的输出与电网相连(350)。
具体实施方式
1.一种AC-DC转换器，包括：
-AC侧输入端口；
-第一DC连接部和第二DC连接部，其限定可与负载相连的DC侧输出端口；
-AC-DC整流器，其具有与AC侧输入端口相连的AC整流器侧和包括第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部的DC整流器侧，其中第一DC整流器连接部与第一DC连接部相连；
-DC-AC转换器，其具有第一DC输入和第二DC输入，其中第一DC输入与第二DC连接部相连，以及第一AC输出和第二AC输出，其中第一AC输出和第二AC输出与AC侧输入端口相连。
2.一种AC-DC转换器，包括：
-AC侧输入端口；
-第一DC连接部和第二DC连接部，其限定可与负载相连的DC侧输出端口；
-AC-DC整流器，其具有与AC侧输入端口相连的AC整流器侧和包括第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部的DC整流器侧，其中第一DC整流器连接部与第一DC连接部相连；
-AC-AC转换器，其具有第一AC输入和第二AC输入，其中第一AC输入与第二DC连接部相连，以及第一AC输出和第二AC输出，其中第一AC输出和第二AC输出与AC侧输入端口相连。
3.根据项目1所述的AC-DC转换器，进一步包括连接在第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部之间的第一电容器。
4.根据1和3中任一项所述的AC-DC转换器，其中DC-AC转换器包括DC-DC转换器部分和DC-AC逆变器部分。
5.根据项目4所述的AC-DC转换器，进一步包括第二电容器，其布置在DC-DC转换器部分和DC-AC逆变器部分之间并与DC-DC转换器部分和DC-AC逆变器部分并联连接。
6.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，进一步包括控制单元，该控制单元配置为控制AC-DC转换器的操作。
7.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，其中AC-DC转换器配置为控制通过负载的电流，优选地，其中DC-DC转换器部分配置为控制通过负载的电流。
8.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，其中AC-DC转换器配置为控制输入电流，优选地，其中DC-AC逆变器部分配置为控制输入电流，用于功率因数校正。
9.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，其中AC-DC转换器配置为控制第二电容器上的DC电压，优选地，其中DC-AC逆变器部分配置为控制第二电容器上的DC电压。
10.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，其中DC-AC转换器是高频链路DC-AC逆变器，或AC-AC转换器是高频链路AC-AC逆变器。
11.根据项目3所述的AC-DC转换器，其中高频链路DC-AC逆变器或高频链路AC-AC逆变器配置为在大于10kHz的频率下，优选在大于20kHz的频率下操作。
12.根据项目1-2中任一项所述的AC-DC转换器，进一步包括连接在DC-AC转换器或AC-AC转换器和AC侧输入端口之间的低频变压器。
13.根据项目12所述的AC-DC转换器，其中低频变压器配置为补偿由整流器引起的谐波。
14.根据项目12-13中任一项所述的AC-DC转换器，其中低频变压器是50Hz或60Hz的变压器。
15.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，其中DC-AC转换器或AC-AC转换器与负载串联连接。
16.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，其中在DC-AC转换器或AC-AC转换器和负载之间划分电压。
17.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，其中转换器配置为将实功率和无功功率馈送回与AC侧输入端口相连的电网。
18.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，其中AC-DC整流器是二极管整流器。
19.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，其中该AC-DC转换器是单相AC-DC转换器。
20.根据项目1-18中任一项所述的AC-DC转换器，其中AC-DC转换器是三相AC-DC转换器。
21.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，其中AC-DC转换器是切换模式脉宽调制的AC-DC转换器。
22.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，其中AC-DC转换器配置为在AC-DC整流器上的电压大于200V、优选在AC-DC整流器上的电压大于400V、更优选在AC-DC整流器上的电压大于500V的情况下操作。
23.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，其中AC-DC转换器配置为在负载上的电压大于200V、优选在负载上的电压大于400V、更优选在负载上的电压大于500V的情况下操作。
24.根据前述项目中任一项所述的AC-DC转换器，其中AC-DC转换器配置为在高功率应用中操作，其中由负载操作的功率大于50W，优选大于1kW，更优选大于5kW。
25.一种通过AC-DC转换器向负载供应电力的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供AC-DC转换器，其具有AC侧输入端口；DC侧输出端口；AC-DC整流器；以及DC-AC转换器或AC-AC转换器；
-将AC侧输入端口与电网相连；
-将AC-DC整流器与负载相连；
-将DC-AC转换器或AC-AC转换器与负载串联连接；以及
-将DC-AC转换器或AC-AC转换器的输出与电网相连。
26.根据项目25所述的通过AC-DC转换器向负载供应电力的方法，包括将实功率和无功功率从DC-AC转换器或AC-AC转换器馈送回电网的步骤。
27.根据项目25-26中任一项所述的通过AC-DC转换器向负载供应电力的方法，包括调节AC侧输入端口处的实功率和无功功率的步骤。
28.根据项目27所述的通过AC-DC转换器向负载供应电力的方法，其中调节AC侧输入端口处的实功率和无功功率的步骤是通过控制DC-AC转换器或AC-AC转换器的操作来执行的。
29.根据项目25-28中任一项所述的通过AC-DC转换器向负载供应电力的方法，包括以下步骤：控制DC-AC转换器或AC-AC转换器，使AC侧输入端口的电压和电流同相。
30.根据项目25-29中任一项所述的通过AC-DC转换器向负载供应电力的方法，其中AC-DC转换器是根据项目1-24中任一项所述的AC-DC转换器。

Claims (24)

1.一种用于至少一个电池或电解池的AC-DC转换器，包括：
-AC侧输入端口；
-第一DC连接部和第二DC连接部，其限定DC侧输出端口，所述DC侧输出端口可连接到至少一个电池或电解池形式的负载；
-AC-DC整流器，其具有与AC侧输入端口相连的AC整流器侧和包括第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部的DC整流器侧，其中第一DC整流器连接部与第一DC连接部相连；
-DC-AC转换器，其具有第一DC输入和第二DC输入，其中第一DC输入与第二DC连接部相连，以及第一AC输出和第二AC输出，其中第一AC输出和第二AC输出与AC侧输入端口相连。
2.一种用于至少一个电池或电解池的AC-DC转换器，包括：
-AC侧输入端口；
-第一DC连接部和第二DC连接部，其限定DC侧输出端口，所述DC侧输出端口可连接到至少一个电池或电解池形式的负载；
-AC-DC整流器，其具有与AC侧输入端口相连的AC整流器侧和包括第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部的DC整流器侧，其中第一DC整流器连接部与第一DC连接部相连；
-AC-AC转换器，其具有第一AC输入和第二AC输入，其中第一AC输入与第二DC连接部相连，以及第一AC输出和第二AC输出，其中第一AC输出和第二AC输出与AC侧输入端口相连。
3.根据权利要求1所述的AC-DC转换器，进一步包括连接在第一DC整流器连接部和第二DC整流器连接部之间的第一电容器，其中DC-AC转换器包括DC-DC转换器部分和DC-AC逆变器部分。
4.根据权利要求3所述的AC-DC转换器，进一步包括布置在DC-DC转换器部分和DC-AC逆变器部分之间并与DC-DC转换器部分和DC-AC逆变器部分并联连接的第二电容器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的AC-DC转换器，进一步包括控制单元，所述控制单元配置为控制AC-DC转换器的操作。
6.根据前述权利要求3-4中任一项所述的AC-DC转换器的AC-DC转换器，其中AC-DC转换器配置为控制通过负载的电流，优选地，其中DC-DC转换器部分配置为控制通过负载的电流。
7.根据前述权利要求3-4中任一项所述的AC-DC转换器的AC-DC转换器，其中AC-DC转换器配置为控制输入电流，优选地，其中DC-AC逆变器部分配置为控制输入电流，用于功率因数校正。
8.根据前述权利要求4和7中任一项所述的AC-DC转换器，其中AC-DC转换器配置为控制第二电容器上的DC电压，优选地，其中DC-AC逆变器部分配置为控制第二电容器上的DC电压。
9.根据前述权利要求中任一项所述的AC-DC转换器，其中AC-DC整流器不受主动控制。
10.根据前述权利要求中任一项所述的AC-DC转换器，其中DC-AC转换器是高频链路DC-AC逆变器，或者AC-AC转换器是高频链路AC-AC逆变器。
11.根据权利要求3所述的AC-DC转换器，其中高频链路DC-AC逆变器或高频链路AC-AC逆变器配置为在大于10kHz的频率下、优选地在大于20kHz的频率下操作。
12.根据权利要求1-2中任一项所述的AC-DC转换器，进一步包括连接在DC-AC转换器或AC-AC转换器和AC侧输入端口之间的低频变压器。
13.根据权利要求12所述的AC-DC转换器，其中低频变压器配置为补偿由整流器引起的谐波，优选地，其中低频变压器是50Hz或60Hz的变压器。
14.根据前述权利要求中任一项所述的AC-DC转换器，其中DC-AC转换器或AC-AC转换器与负载串联连接。
15.根据前述权利要求中任一项所述的AC-DC转换器，其中负载是至少一个电池或电解池。
16.根据前述权利要求中任一项所述的AC-DC转换器，进一步包括至少一个电池或电解池形式的负载。
17.根据前述权利要求中任一项所述的AC-DC转换器，其中AC-DC整流器是二极管整流器。
18.根据权利要求17所述的AC-DC转换器，其中二极管整流器不受主动控制。
19.根据前述权利要求中任一项所述的AC-DC转换器，其中AC-DC整流器将一部分负载功率携带到负载，并且DC-AC转换器/AC-AC转换器将一部分负载功率携带到负载。
20.根据前述权利要求中任一项所述的AC-DC转换器，其中DC-AC转换器/AC-AC转换器是双向的DC-AC或AC-AC转换器。
21.根据前述权利要求中任一项所述的AC-DC转换器，其中控制单元配置为将DC-AC或AC-AC转换器作为有源整流器进行控制。
22.根据前述权利要求中任一项所述的AC-DC转换器，其中控制单元配置为控制从AC-DC整流器输送的负载电压尽可能地接近预定的负载电压。
23.根据前述权利要求中任一项所述的AC-DC转换器，其中在DC-AC转换器或AC-AC转换器和负载之间划分电压，并且其中转换器配置为将实功率和无功功率反馈给与AC侧输入端口相连的电网以实现功率因数校正。
24.一种通过AC-DC转换器向负载供应电力的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供AC-DC转换器，其具有AC侧输入端口；DC侧输出端口；AC-DC整流器；以及DC-AC转换器或AC-AC转换器；
-将AC侧输入端口与电网相连；
-将AC-DC整流器与负载相连；
-将DC-AC转换器或AC-AC转换器与负载串联连接；以及
-将DC-AC转换器或AC-AC转换器的输出与电网相连。
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