[发明专利]一种四端口电力电子变压器

说明书

本发明公开了一种四端口直流电力电子变压器，包括高压交流至低压直流变换单元、低压直流至高压直流变换单元、低压直流至低压交流变换单元以及低压直流对外输出接口四部分；以上四部分通过低压直流端口进行互联，同时能够实现功率的双向流动；本发明在应用端充分考虑电网架构，多种能源形势以及用户需求，在技术端充分考虑目前技术发展条件，实现微电网系统中能量的高效传输。

技术领域

本发明属于一种适用于微电网的集成高压交流，高压直流，750V DC以及低压交流的四端口电力电子变压器。

背景技术

随着能源需求的不断升级，传统的化石能源由于其污染性和稀缺性越来越难以满足能源需求。目前，对于以光伏、风电为代表的可再生能源需求日益强烈，相应的装机容量都呈现指数级的增长。未来更是有机会成为能源供应的主要形式。但是在可再生能源广泛应用的同时，其缺点也逐渐暴露出来，其在时间上和地域上的分散性使得其难以被有效利用。更重要的是，传统电力系统依据主网进行网架构建，在该模式下，对于可再生能源的实时、高效、稳定的利用带来了巨大的困难。因此，为了适应可再生能源的发展，未来电力系统的构架需要进一步优化。

为了促进可再生能源的有效利用，智能微电网受到了越来越多的关注。通过对地区电网进行源、网、荷、储等元素进行配置，能够保证可再生能源的就地消纳，实现区域电网的经济运行。同时对于区域电网的稳定性提升以及对于整体网架优化具有促进作用。

智能微电网是未来发展的趋势，但是其工程实施过程中，需要相应的一次、二次装备提供支撑。一次装置的设计中，需要充分考虑到不同能源形势的接口，目前已有电网架构，高效的能源传输，电能用户需求以及目前智能化装置的技术水平。传统的电网结构中，往往以变压器作为关键节点，进行电能的分配，相应的源、网、储、荷元素直接连接至变压器相应端口。但是这种构架在未来的应用中具有多项缺点。首先变压器常为两个端口，多于多种形式的电能传输需要更多的变压器进行各个层级的变换，总体来说变换环节过多，其次，变压器依据无源器件进行构建，在变换过程中无相应的主动响应的能力，且不能实现对于故障状态下的电网支撑，最后传统的变压器无法用于构建直流网络，直流网络由于其高效性收到了越来越多的关注，同时光伏、储能等能源形势也是直流网络，直流网络对于未来微电网的网架至关重要。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种四端口电力电子变压器，在应用端充分考虑电网架构，多种能源形势以及用户需求，在技术端充分考虑目前技术发展条件，实现微电网系统中能量的高效传输。

为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种四端口直流电力电子变压器，包括高压交流至低压直流变换单元、低压直流至高压直流变换单元、低压直流至低压交流变换单元以及低压直流对外输出接口四部分；以上四部分通过低压直流端口进行互联，同时能够实现功率的双向流动。

所述高压交流至低压直流变换单元包括高压交流侧、滤波电抗器、功率模块和低压直流侧，其中功率模块包含H桥逆变单元和隔离型DC-DC变换器，隔离型DC-DC变换器采用双有源桥拓扑；高压交流至低压直流变换单元的高压交流侧包含ABC三相，在每一相中，滤波电抗器一端连接至高压交流侧一相，另一端连接至功率模块，功率模块通过级联的方式实现与滤波电抗器的连接，功率模块另一端连接至低压直流侧，同时在低压直流侧ABC三相功率模块采用并联的方式连接。

所述低压直流至高压直流变换单元包括高压直流侧、滤波电抗器、功率模块和低压直流侧，其中功率模块包含H桥单元和隔离型DC-DC变换器，隔离型DC-DC变换器采用双有源桥拓扑；其中滤波电抗器一端连接至高压直流侧，另外一端连接至功率模块，功率模块通过级联的方式实现与滤波电抗器的连接，功率模块另一端连接至低压直流侧，同时在低压直流侧采用多个功率模块并联的方式连接。