本發(fā)明涉及電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電橋結(jié)構(gòu)、換流電路及電力電子變壓器。

背景技術(shù)：

電力電子變壓器又稱固態(tài)變壓器，是近年來隨著電力電子技術(shù)發(fā)展而引起人們關(guān)注的新型電網(wǎng)配電變壓裝置。它采用最新的電力電子變流技術(shù)，將工頻交流電轉(zhuǎn)換為高頻交流電或直流電，然后用高頻變壓器進(jìn)行隔離，以實(shí)現(xiàn)電壓電流的變換，最后將高頻交流電轉(zhuǎn)換為工頻交流電或者將直流電逆變?yōu)楣ゎl交流電，供電網(wǎng)用戶使用。電力電子變壓器除了具備常規(guī)變壓器的變壓、隔離、能量傳遞等功能外，還具備無功補(bǔ)償、諧波治理、電網(wǎng)互聯(lián)、新能源并網(wǎng)等功能，有望在未來電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的多電平拓?fù)涞碾娏﹄娮幼儔浩?，每相橋臂包含多個(gè)級聯(lián)的子模塊，每個(gè)子模塊可以包括H橋或者半橋整流電路，交流電經(jīng)上述子模塊整流成直流電后需要再通過DC/AC轉(zhuǎn)換模塊調(diào)制成方波電壓，再經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換模塊調(diào)制成低壓直流電，轉(zhuǎn)換級數(shù)多，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率低、占地面積大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明實(shí)施例要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中的電力電子變壓器轉(zhuǎn)換效率低、占地面積大。

為此，本發(fā)明實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電橋結(jié)構(gòu)，包括：第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和第四橋臂，所述第一橋臂和所述第四橋臂的串聯(lián)支路與所述第二橋臂和所述第三橋臂的串聯(lián)支路并聯(lián)連接；所述第一橋臂與所述第四橋臂的公共端的引出端同所述第二橋臂和所述第三橋臂的公共端的引出端一起構(gòu)成所述電橋結(jié)構(gòu)的第一側(cè)，所述第一橋臂與所述第二橋臂的公共端的引出端同所述第三橋臂和所述第四橋臂的公共端的引出端一起構(gòu)成所述電橋結(jié)構(gòu)的第二側(cè)；所述第一橋臂、所述第二橋臂、所述第三橋臂和所述第四橋臂上均包括至少一組開關(guān)組，所述開關(guān)組中的開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)，其對應(yīng)橋臂上的電流能雙向流動，所述開關(guān)組中的開關(guān)器件關(guān)斷時(shí)，其對應(yīng)橋臂上的電流被截?cái)?；?dāng)?shù)谝唤涣麟妷簭乃鲭姌蚪Y(jié)構(gòu)的第一側(cè)或者第二側(cè)輸入后,通過控制所述電橋結(jié)構(gòu)各個(gè)橋臂上所述開關(guān)器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷將所述第一交流電壓調(diào)制成第一方波電壓后從所述電橋結(jié)構(gòu)的第二側(cè)或者第一側(cè)輸出；當(dāng)?shù)诙讲妷簭乃鲭姌蚪Y(jié)構(gòu)的第二側(cè)或者第一側(cè)輸入后，通過控制所述電橋結(jié)構(gòu)各個(gè)橋臂上所述開關(guān)器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷將所述第二方波電壓調(diào)制成第二交流電壓后從所述電橋結(jié)構(gòu)的第一側(cè)或者第二側(cè)輸出。

可選地，本發(fā)明實(shí)施例所述的電橋結(jié)構(gòu)，每個(gè)所述開關(guān)組中均反向串聯(lián)連接有兩個(gè)雙向開關(guān)組件，且所述第一橋臂和所述第四橋臂上相鄰的兩個(gè)所述雙向開關(guān)組件以及所述第二橋臂和所述第三橋臂上相鄰的兩個(gè)所述雙向開關(guān)組件均正向串聯(lián)連接；所述第一橋臂和所述第二橋臂上相鄰的兩個(gè)所述雙向開關(guān)組件以及所述第三橋臂和所述第四橋臂上相鄰的兩個(gè)所述雙向開關(guān)組件均反向串聯(lián)連接。

可選地，本發(fā)明實(shí)施例所述的電橋結(jié)構(gòu)，所述雙向開關(guān)組件包括一個(gè)二極管和一個(gè)開關(guān)器件，且所述二極管和所述開關(guān)器件反向并聯(lián)連接。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種換流電路，包括至少一條換流支路，每條所述換流支路包括：多個(gè)上述電橋結(jié)構(gòu)，分別對應(yīng)三相交流電，且每相包括相同數(shù)量的所述電橋結(jié)構(gòu)，同一相的相鄰所述電橋結(jié)構(gòu)間的第一側(cè)或者第二側(cè)級聯(lián)連接，每相中級聯(lián)連接的所述電橋結(jié)構(gòu)的其中一端的端口與其它兩相對應(yīng)位置的端口連接，另一端的端口作為該相的交流接口；電壓轉(zhuǎn)換子單元，其原邊側(cè)與所述電橋結(jié)構(gòu)的第二側(cè)或者第一側(cè)連接，對所述電橋結(jié)構(gòu)的第二側(cè)或者第一側(cè)輸出的電壓進(jìn)行隔離變壓后從其副邊側(cè)輸出；至少一個(gè)整流子單元，其交流側(cè)與所述電壓轉(zhuǎn)換子單元的一個(gè)副邊側(cè)連接，將從該副邊側(cè)接收的電壓整流成直流電壓后輸出。

可選地，本發(fā)明實(shí)施例所述的換流電路，所述電壓轉(zhuǎn)換子單元包括至少一個(gè)變壓器，所述變壓器的原邊側(cè)包括多個(gè)原邊繞組，分別與其對應(yīng)的所述電橋結(jié)構(gòu)的第二側(cè)或者第一側(cè)連接，副邊側(cè)包括至少一個(gè)副邊繞組，與對應(yīng)的所述整流子單元的交流側(cè)連接。

可選地，本發(fā)明實(shí)施例所述的換流電路，所述電壓轉(zhuǎn)換子單元包括至少三個(gè)雙繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，且所述換流電路包括至少三個(gè)整流子單元，與所述變壓器一一對應(yīng)；所述變壓器原邊側(cè)的原邊繞組與其對應(yīng)的所述電橋結(jié)構(gòu)的第二側(cè)或者第一側(cè)連接，副邊側(cè)的副邊繞組與其對應(yīng)的所述整流子單元的交流側(cè)連接。

可選地，本發(fā)明實(shí)施例所述的換流電路，所述整流子單元包括至少一個(gè)整流子電路，所述整流子電路包括第一開關(guān)器件T1、第二開關(guān)器件T2、第三開關(guān)器件T3、第四開關(guān)器件T4、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4；所述第一開關(guān)器件T1和所述第三開關(guān)器件T3的串聯(lián)支路與所述第二開關(guān)器件T2和所述第四開關(guān)器件T4的串聯(lián)支路并聯(lián)連接，所述第一二極管D1、所述第二二極管D2、所述第三二極管D3和所述第四二極管D4分別與所述第一開關(guān)器件T1、所述第二開關(guān)器件T2、所述第三開關(guān)器件T3和所述第四開關(guān)器件T4反并聯(lián)，所述第一開關(guān)器件T1和所述第三開關(guān)器件T3的公共端與所述第二開關(guān)器件T2和所述第四開關(guān)器件T4的公共端作為所述整流子單元的交流側(cè)，所述兩個(gè)串聯(lián)支路并聯(lián)連接后的公共端作為所述整流子單元的直流側(cè)。

可選地，本發(fā)明實(shí)施例所述的換流電路，所述整流子單元的直流側(cè)或者串聯(lián)或者并聯(lián)，并將直流側(cè)或者串聯(lián)或者并聯(lián)后的所述整流子單元的直流側(cè)作為隔離轉(zhuǎn)換直流接口。

可選地，本發(fā)明實(shí)施例所述的換流電路，還包括至少一個(gè)直流電容器，與所述整流子單元的直流側(cè)或者串聯(lián)或者并聯(lián)后的所述整流子單元的直流側(cè)并聯(lián)連接，并將所述直流電容器的電壓輸出端作為隔離轉(zhuǎn)換直流接口。

可選地，本發(fā)明實(shí)施例所述的換流電路，還包括至少一條逆變支路，每條所述逆變支路的直流側(cè)與所述隔離轉(zhuǎn)換直流接口連接，并將所述逆變支路的交流側(cè)作為隔離轉(zhuǎn)換交流接口。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種電力電子變壓器，包括上述換流電路。

本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電橋結(jié)構(gòu)，該電橋結(jié)構(gòu)正向可以將輸入的交流電壓直接調(diào)制成方波電壓，省去了DC/AC的轉(zhuǎn)換；逆向可以將輸入的方波電壓直接調(diào)制成交流電壓(正弦波)，較中高頻方波電壓整流成直流電壓再進(jìn)行脈沖寬度(PWM)調(diào)制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以減小一級。使得包含該電橋結(jié)構(gòu)的電路，比如換流電路等的轉(zhuǎn)換效率得到有效提高，電路結(jié)構(gòu)也更為緊湊，進(jìn)而使包含上述換流電路的電力電子變壓器的轉(zhuǎn)換效率更高，體積更小。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中電橋結(jié)構(gòu)的一個(gè)具體實(shí)例的電路原理圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中換流電路的一個(gè)具體實(shí)例的原理框圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2換流電路中電壓轉(zhuǎn)換子單元的一個(gè)具體實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中的換流電路在包括圖3所示結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換子單元時(shí)的一個(gè)具體實(shí)例的電路原理圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2換流電路中電壓轉(zhuǎn)換子單元的另一個(gè)具體實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2中的換流電路在包括圖5所示結(jié)構(gòu)的電壓轉(zhuǎn)換子單元時(shí)的一個(gè)具體實(shí)例的電路原理圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例2換流電路中整流子單元的一個(gè)具體實(shí)例的電路原理圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例2中的換流電路的另一個(gè)具體實(shí)例的原理框圖。

附圖標(biāo)記：

1-換流支路；2-直流電容器；3-逆變支路；11-電橋結(jié)構(gòu)；12-電壓轉(zhuǎn)換子單元；13-整流子單元。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明實(shí)施例的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明實(shí)施例和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明實(shí)施例的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明實(shí)施例中的具體含義。

此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種電橋結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括：第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和第四橋臂，第一橋臂和第四橋臂的串聯(lián)支路與第二橋臂和第三橋臂的串聯(lián)支路并聯(lián)連接；第一橋臂與第四橋臂的公共端的引出端同第二橋臂和第三橋臂的公共端的引出端一起構(gòu)成電橋結(jié)構(gòu)的第一側(cè)，第一橋臂與第二橋臂的公共端的引出端同第三橋臂和第四橋臂的公共端的引出端一起構(gòu)成電橋結(jié)構(gòu)的第二側(cè)。

第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和第四橋臂上均包括至少一組開關(guān)組，開關(guān)組中的開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)，其對應(yīng)橋臂上的電流能雙向流動，開關(guān)組中的開關(guān)器件關(guān)斷時(shí)，其對應(yīng)橋臂上的電流被截?cái)唷?/p>

當(dāng)?shù)谝唤涣麟妷簭碾姌蚪Y(jié)構(gòu)的第一側(cè)或者第二側(cè)輸入后,通過控制電橋結(jié)構(gòu)各個(gè)橋臂上開關(guān)器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷將第一交流電壓調(diào)制成第一方波電壓后從電橋結(jié)構(gòu)的第二側(cè)或者第一側(cè)輸出；當(dāng)?shù)诙讲妷簭碾姌蚪Y(jié)構(gòu)的第二側(cè)或者第一側(cè)輸入后，通過控制電橋結(jié)構(gòu)上各個(gè)橋臂開關(guān)器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷將第二方波電壓調(diào)制成第二交流電壓后從電橋結(jié)構(gòu)的第一側(cè)或者第二側(cè)輸出。具體地，若第一交流電壓從電橋結(jié)構(gòu)的第一側(cè)輸入，則調(diào)制后的第一方波電壓從電橋結(jié)構(gòu)的第二側(cè)輸出，此種情況下第二方波電壓從電橋結(jié)構(gòu)的第二側(cè)輸入時(shí)，調(diào)制后的第二交流電壓從電橋結(jié)構(gòu)的第一側(cè)輸出；若第一交流電壓從電橋結(jié)構(gòu)的第二側(cè)輸入，則調(diào)制后的第一方波電壓從電橋結(jié)構(gòu)的第一側(cè)輸出，此種情況下第二方波電壓從電橋結(jié)構(gòu)的第一側(cè)輸入時(shí)，調(diào)制后的第二交流電壓從電橋結(jié)構(gòu)的第二側(cè)輸出。可選地，通過脈沖寬度(PWM)調(diào)制方法控制電橋結(jié)構(gòu)各個(gè)橋臂上開關(guān)器件的導(dǎo)通或者關(guān)斷。

可見，本實(shí)施例中的電橋結(jié)構(gòu)正向可以將輸入的交流電壓直接調(diào)制成方波電壓，省去了DC/AC的轉(zhuǎn)換；逆向可以將輸入的方波電壓直接調(diào)制成交流電壓(正弦波)，較中高頻方波電壓整流成直流電壓再進(jìn)行脈沖寬度(PWM)調(diào)制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以減小一級。使得包含該電橋結(jié)構(gòu)的電路，比如換流電路等的轉(zhuǎn)換效率得到有效提高，電路結(jié)構(gòu)也更為緊湊，進(jìn)而使包含上述換流電路的電力電子變壓器的轉(zhuǎn)換效率更高，體積更小。

可選地，本實(shí)施例中的電橋結(jié)構(gòu)，第一橋臂、第二橋臂、第三橋臂和第四橋臂上均反向串聯(lián)連接有兩個(gè)雙向開關(guān)組件，且第一橋臂和第四橋臂上相鄰的兩個(gè)雙向開關(guān)組件以及第二橋臂和第三橋臂上相鄰的兩個(gè)雙向開關(guān)組件均正向串聯(lián)連接；第一橋臂和第二橋臂上相鄰的兩個(gè)雙向開關(guān)組件以及第三橋臂和第四橋臂上相鄰的兩個(gè)雙向開關(guān)組件均反向串聯(lián)連接。

可選地，本實(shí)施例中的電橋結(jié)構(gòu)，雙向開關(guān)組件包括一個(gè)二極管和一個(gè)開關(guān)器件，且二極管和開關(guān)器件反向并聯(lián)連接。比如第一橋臂上的兩個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)，正向時(shí)電流經(jīng)靠近第一側(cè)的二極管向與其串聯(lián)的開關(guān)器件流入，逆向時(shí)電流經(jīng)遠(yuǎn)離第一側(cè)端的二極管向與其串聯(lián)的開關(guān)器件流入，實(shí)現(xiàn)了電流的雙向流動；若第一橋臂上的任意一個(gè)開關(guān)器件關(guān)斷時(shí)，則電流被截止。具體地，開關(guān)器件可以為絕緣柵雙極型晶體管。絕緣柵雙極型晶體管集MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)于一身，具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、驅(qū)動電路簡單、通態(tài)電壓低、能承受高電壓大電流等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然開關(guān)器件也可以選用三極管、晶閘管、MOS管等具有開關(guān)功能的器件或者上述開關(guān)器件的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

下面參照圖1，以電橋結(jié)構(gòu)的第一側(cè)輸入第二方波電壓為例對本實(shí)施例中的電橋結(jié)構(gòu)逆向經(jīng)脈沖寬度(PWM)調(diào)制將輸入的第二方波電壓直接調(diào)制成第二交流電壓(正弦波)的工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明，電橋結(jié)構(gòu)的第二側(cè)輸入第二方波電壓時(shí)的調(diào)制過程以及電橋結(jié)構(gòu)正向經(jīng)脈沖寬度(PWM)調(diào)制將輸入的第一交流電壓直接調(diào)制成第一方波電壓的調(diào)制過程與此相近似，不再累述。

1)當(dāng)?shù)诙讲妷簽檎龝r(shí)，控制器通過比較調(diào)制波和載波幅值，當(dāng)調(diào)制波幅值大于載波幅值時(shí)控制第一橋臂和第三橋臂上的雙向開關(guān)組件開通，第二橋臂和第四橋臂上的雙向開關(guān)組件關(guān)斷；反之，當(dāng)調(diào)制波幅值小于載波幅值時(shí)控制第二橋臂和第四橋臂上的雙向開關(guān)組件開通，第一橋臂和第三橋臂上的雙向開關(guān)組件關(guān)閉。

2)當(dāng)?shù)诙讲妷簽樨?fù)時(shí)，控制器通過比較調(diào)制波和載波幅值，當(dāng)調(diào)制波幅值大于載波幅值時(shí)控制第二橋臂和第四橋臂上的雙向開關(guān)組件開通，第一橋臂和第三橋臂上的雙向開關(guān)組件關(guān)閉；反之，當(dāng)調(diào)制波幅值小于載波幅值時(shí)控制第一橋臂和第三橋臂上的雙向開關(guān)組件開通，第二橋臂和第四橋臂上的雙向開關(guān)組件關(guān)斷。

本實(shí)施例中的電橋結(jié)構(gòu)經(jīng)上述脈沖寬度(PWM)調(diào)制就可以將第一側(cè)輸入第二方波電壓調(diào)制成第二交流電壓并從第二側(cè)輸出了。

可見，本實(shí)施例中的電橋結(jié)構(gòu)正向可以將輸入的交流電壓直接調(diào)制成方波電壓，省去了DC/AC轉(zhuǎn)換電路；逆向可以將輸入的方波電壓直接調(diào)制成交流電壓(正弦波)，較中高頻方波電壓整流成直流電壓再進(jìn)行脈沖寬度(PWM)調(diào)制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以減小一級。使得包含該電橋結(jié)構(gòu)的電路，比如換流電路等的轉(zhuǎn)換效率得到有效提高，電路結(jié)構(gòu)也更為緊湊，進(jìn)而使包含上述換流電路的電力電子變壓器的轉(zhuǎn)換效率更高，體積更小。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供了一種換流電路，如圖2所示，包括至少一條換流支路1，每條換流支路1包括：

多個(gè)實(shí)施例1中的電橋結(jié)構(gòu)11，分別對應(yīng)三相交流電，且每相包括相同數(shù)量的電橋結(jié)構(gòu)11，同一相的相鄰電橋結(jié)構(gòu)11間的第一側(cè)或者第二側(cè)級聯(lián)連接，每相中級聯(lián)連接的電橋結(jié)構(gòu)11的其中一端的端口與其它兩相對應(yīng)位置的端口連接，另一端的端口作為該相的交流接口。

電壓轉(zhuǎn)換子單元12，其原邊側(cè)與電橋結(jié)構(gòu)11的第二側(cè)或者第一側(cè)連接，對電橋結(jié)構(gòu)11的第二側(cè)或者第一側(cè)輸出的電壓進(jìn)行隔離變壓后從其副邊側(cè)輸出。具體地，若電橋結(jié)構(gòu)11的第一側(cè)級聯(lián)連接，則電橋結(jié)構(gòu)11的第二側(cè)與電壓轉(zhuǎn)換子單元12的原邊側(cè)連接；若電橋結(jié)構(gòu)11的第二側(cè)級聯(lián)連接，則電橋結(jié)構(gòu)11的第一側(cè)與電壓轉(zhuǎn)換子單元12的原邊側(cè)連接。

至少一個(gè)整流子單元13，其交流側(cè)與電壓轉(zhuǎn)換子單元12的一個(gè)副邊側(cè)連接，將從該副邊側(cè)接收的電壓整流成直流電壓后輸出。

具體地，多個(gè)電橋結(jié)構(gòu)11級聯(lián)連接，可以將通過交流接口輸入的對應(yīng)相的高電壓交流電降低為較低的模塊交流電壓，為后期通過整流子單元13逆變?yōu)榈蛪褐绷麟妷?，以及將低壓直流電壓逆變?yōu)榈蛪航涣麟妷禾峁┝吮憷?。并且將高電壓降為較低的模塊電壓后，電橋結(jié)構(gòu)11可以將輸入的模塊交流電壓調(diào)制為方波電壓后輸出，省去了DC/AC轉(zhuǎn)換電路，在提高換流電路轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，也使換流電路的結(jié)構(gòu)更為緊湊，進(jìn)而使包含上述換流電路的電力電子變壓器的轉(zhuǎn)換效率更高，體積更小。對電橋結(jié)構(gòu)11進(jìn)行脈沖寬度(PWM)調(diào)制的控制過程可以參考實(shí)施例1中的相關(guān)介紹。

可選地，本實(shí)施例中的換流電路，電壓轉(zhuǎn)換子單元12包括至少一個(gè)變壓器，變壓器的原邊側(cè)包括多個(gè)原邊繞組，分別與其對應(yīng)的電橋結(jié)構(gòu)11的第二側(cè)或者第一側(cè)連接，副邊側(cè)包括至少一個(gè)副邊繞組，與對應(yīng)的整流子單元13的交流側(cè)連接。具體地，可以根據(jù)需求將多個(gè)副邊繞組串聯(lián)后的輸出端作為副邊側(cè)，與對應(yīng)的整流子單元13的交流側(cè)連接，可以增大電壓轉(zhuǎn)換子單元12輸出電壓的幅值；也可以將多個(gè)副邊繞組并聯(lián)后的輸出端作為副邊側(cè)與對應(yīng)的整流子單元13的交流側(cè)連接，可以進(jìn)一步降低電壓轉(zhuǎn)換子單元12副邊側(cè)輸出電壓的電壓波動以及每個(gè)副邊繞組中的電流值。如圖3所示，為一個(gè)三入一出的中高頻變壓器。通過調(diào)節(jié)原、副邊投入使用的繞組的匝數(shù)來調(diào)節(jié)該變壓器的變比，得到需要的隔離變壓后的電壓值。換流支路各相中的電橋結(jié)構(gòu)11輸出的高頻方波電壓經(jīng)該中高頻變壓器的隔離耦合，其交流側(cè)的二倍頻功率在相間自動平衡，各相的功率波動也可自動平衡，無需再在每個(gè)電橋結(jié)構(gòu)11上安裝大容量電容器了，大幅降低了整個(gè)換流電路的體積和造價(jià)，同時(shí)降低了均壓的控制難度。

下面以圖4所示的當(dāng)變壓器為三入一出的中高頻變壓器時(shí)的換流電路為例，詳細(xì)說明變壓器的隔離耦合原理，應(yīng)當(dāng)理解的是，該示例并非是對本發(fā)明的限定，應(yīng)用中還可以選用六入多出、九入多出等多種結(jié)構(gòu)的變壓器，只要能使換流電路中三相間的電橋結(jié)構(gòu)11輸出的電壓隔離耦合進(jìn)而消除電壓波動的變壓器結(jié)構(gòu)均可適用。

因?yàn)槊肯喟嗤瑪?shù)量的電橋結(jié)構(gòu)11，更有利于對每相中電橋結(jié)構(gòu)11投入、切出的控制。以a相為例，流過a相中電橋結(jié)構(gòu)11的電流和其兩端電壓為：

式中，U_m為電橋結(jié)構(gòu)11兩端電壓峰值，I_m為流過電橋結(jié)構(gòu)11電流峰值，ψ為功率因數(shù)角。

通過如下公式計(jì)算流過a相電橋結(jié)構(gòu)11的瞬時(shí)功率：

可知a相電橋結(jié)構(gòu)11的瞬時(shí)功率中包含直流分量和二倍頻波動分量。

通過如下公式計(jì)算每個(gè)換流支路中a、b、c三相的高頻方波電壓經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換子單元12耦合后的輸出功率：

因?yàn)榻涣麟娙嚅g對稱運(yùn)行，a、b、c相之間相差120°，通過電壓轉(zhuǎn)換子單元12將三相瞬時(shí)功率耦合相加時(shí)，二倍頻波動抵消，確保了電壓轉(zhuǎn)換子單元12輸出的功率基本無波動。無需再為抑制單相瞬時(shí)功率的波動而在每個(gè)電橋結(jié)構(gòu)11上安裝大容量電容器。

作為另一種可選的實(shí)施方式，本實(shí)施例中的換流電路，如圖5、圖6所示，電壓轉(zhuǎn)換子單元12包括至少三個(gè)雙繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，且換流電路包括至少三個(gè)整流子單元13，與變壓器一一對應(yīng)；變壓器原邊側(cè)的原邊繞組與其對應(yīng)的電橋結(jié)構(gòu)11的第二側(cè)或者第一側(cè)連接，副邊側(cè)的副邊繞組與其對應(yīng)的整流子單元13的交流側(cè)連接。具體地，電壓轉(zhuǎn)換子單元12選用雙繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，其繞組數(shù)和容量減小，降低了安裝難度和成本，并且如果將換流電路中各相對應(yīng)的整流子單元13的直流側(cè)并聯(lián)，因?yàn)楦飨嚯姌蚪Y(jié)構(gòu)11數(shù)量相同，也可以實(shí)現(xiàn)交流側(cè)的二倍頻功率在相間的自動平衡，從而有效減小與其輸出端并聯(lián)的直流電容的容值，進(jìn)而降低整個(gè)換流電路的體積和造價(jià)。

可選地，如圖7所示，本實(shí)施例中的換流電路，整流子單元13包括至少一個(gè)整流子電路，整流子電路包括第一開關(guān)器件T1、第二開關(guān)器件T2、第三開關(guān)器件T3、第四開關(guān)器件T4、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4。

第一開關(guān)器件T1和第三開關(guān)器件T3的串聯(lián)支路與第二開關(guān)器件T2和第四開關(guān)器件T4的串聯(lián)支路并聯(lián)連接，第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4分別與第一開關(guān)器件T1、第二開關(guān)器件T2、第三開關(guān)器件T3和第四開關(guān)器件T4反并聯(lián)，第一開關(guān)器件T1和第三開關(guān)器件T3的公共端與第二開關(guān)器件T2和第四開關(guān)器件T4的公共端作為整流子單元13的交流側(cè)，兩個(gè)串聯(lián)支路并聯(lián)連接后的公共端作為整流子單元13的直流側(cè)。可選地，第一開關(guān)器件T1、第二開關(guān)器件T2、第三開關(guān)器件T3、和第四開關(guān)器件T4可以為絕緣柵雙極型晶體管。絕緣柵雙極型晶體管集MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)于一身，具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、驅(qū)動電路簡單、通態(tài)電壓低、能承受高電壓大電流等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然開關(guān)器件也可以選用三極管、晶閘管、MOS管等具有開關(guān)功能的器件或者上述開關(guān)器件的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)。上述結(jié)構(gòu)的整流子單元13可將交流側(cè)的方波電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，也可將直流電壓斬控成方波電壓。

可選地，如圖8所示，本實(shí)施例中的換流電路，整流子單元13的直流側(cè)或者串聯(lián)或者并聯(lián)，并將串聯(lián)或者并聯(lián)后的整流子單元13的直流側(cè)作為隔離轉(zhuǎn)換直流接口。具體地，將整流子單元13的直流側(cè)并聯(lián)，可以進(jìn)一步減小隔離轉(zhuǎn)換直流接口輸出的直流電壓的波動，并且可以根據(jù)需要從整流子單元13并聯(lián)連接的直流側(cè)引出一個(gè)或者多個(gè)隔離轉(zhuǎn)換直流接口；如果將整流子單元13的直流側(cè)串聯(lián)連接，能夠增大隔離轉(zhuǎn)換直流接口輸出的電壓的幅值。具體地連接方式可以根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。

可選地，本實(shí)施例中的換流電路，還包括至少一個(gè)直流電容器2，與整流子單元13的直流側(cè)或者串聯(lián)或者并聯(lián)后的整流子單元13的直流側(cè)并聯(lián)連接，并將直流電容器的電壓輸出端作為隔離轉(zhuǎn)換直流接口。具體地，通過在整流子單元13的直流側(cè)或者串聯(lián)或者并聯(lián)后的直流側(cè)并聯(lián)連接一個(gè)直流電容器2，能夠進(jìn)一步抵消功率波動，使輸出的隔離轉(zhuǎn)換后的直流電壓更為穩(wěn)定。并且當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換子單元12包括能夠三相耦合結(jié)構(gòu)的變壓器或者即使電壓轉(zhuǎn)換子單元12包括雙繞組變壓器，但是整流子單元13的直流側(cè)并聯(lián)連接時(shí)，因?yàn)橐呀?jīng)抵消了大部分功率波動，直流電容器2只需選取極小容值的直流電容器即可。

可選地，本實(shí)施例中的換流電路，還包括至少一條逆變支路3，每條逆變支路3的直流側(cè)與隔離轉(zhuǎn)換直流接口連接，并將逆變支路3的交流側(cè)作為隔離轉(zhuǎn)換交流接口。具體地，逆變支路3可以包括現(xiàn)有技術(shù)中任意一種能夠?qū)崿F(xiàn)交直流逆變功能的逆變電路或者逆變器。

可見，本實(shí)施例中的換流電路，可以同時(shí)具備交流接口、隔離轉(zhuǎn)換直流接口和隔離轉(zhuǎn)換交流接口，能夠滿足中低壓交直流配電網(wǎng)的多用應(yīng)用場合。比如當(dāng)換流電路的交流接口接35KV高壓交流電時(shí)，經(jīng)過該換流電路各相上的電橋結(jié)構(gòu)11的分壓調(diào)制、電壓轉(zhuǎn)換子單元12的隔離變壓以及整流子單元13的整流，從其隔離轉(zhuǎn)換直流接口可以獲取到穩(wěn)定的低壓直流電壓，再經(jīng)逆變支路3的逆變處理，從其隔離轉(zhuǎn)換交流接口可以獲取到穩(wěn)定的低壓交流電壓(比如380V的交流電壓)；而當(dāng)換流電路的隔離轉(zhuǎn)換交流接口接380V低壓交流電時(shí)，先經(jīng)整流子單元13整流為低壓方波電壓，再經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換子單元12的隔離變壓將方波電壓傳輸至各相中的對應(yīng)的電橋結(jié)構(gòu)11的第二側(cè)或者第一側(cè)，經(jīng)脈沖寬度(PWM)調(diào)制，每相中的每個(gè)電橋結(jié)構(gòu)11的第一側(cè)或者第二側(cè)會輸出一個(gè)正弦波交流電壓，每相中的所有電橋結(jié)構(gòu)11的正弦波交流電壓疊加，就可以獲取一個(gè)高幅值的正弦波交流電壓從各相的交流接口輸出。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供了一種電力電子變壓器，包括實(shí)施例2中的換流電路。

本實(shí)施例中的電力電子變壓器，其換流電路中的多個(gè)電橋結(jié)構(gòu)11級聯(lián)連接，可以將通過交流接口輸入的對應(yīng)相的高電壓交流電降低為較低的模塊交流電壓，為后期通過整流子單元13逆變?yōu)榈蛪褐绷麟妷海约皩⒌蛪褐绷麟妷耗孀優(yōu)榈蛪航涣麟妷禾峁┝吮憷?。并且將高電壓降為較低的模塊電壓后，電橋結(jié)構(gòu)11可以將輸入的模塊交流電壓調(diào)制為方波電壓后輸出，省去了DC/AC轉(zhuǎn)換電路，在提高換流電路轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，也使換流電路的結(jié)構(gòu)更為緊湊，進(jìn)而使包含上述換流電路的電力電子變壓器的轉(zhuǎn)換效率更高，體積更小。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。