本發(fā)明屬于電力電子變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化的電能路由器組合電路。

背景技術(shù)：

隨著能源危機和環(huán)境問題日益凸顯，越來越多的可再生能源接入電網(wǎng)，這對傳統(tǒng)的電網(wǎng)提出了諸多挑戰(zhàn)，能源互聯(lián)網(wǎng)在此應用背景下應運而生。與此同時，隨著電力電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制科學的發(fā)展，電能路由器作為能源互聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備，起著電能變換、能源互聯(lián)、電能路由與自主管理的重要作用。其中，基于電力電子變壓器的主電路拓撲是當前最廣泛應用的電能路由器拓撲，而由于受當前器件耐壓等級的限制，電能路由器多采用多電平結(jié)構(gòu)。

在各類多電平電能路由器拓撲結(jié)構(gòu)中，模塊化拓撲設(shè)計思想因其結(jié)構(gòu)清晰、控制簡單、利于工業(yè)化生產(chǎn)、易于進行系列化設(shè)計，模塊化的電能路由器逐漸成為目前電能路由器的主流發(fā)展趨勢?，F(xiàn)有技術(shù)中的模塊化電能路由器多采用級聯(lián)h橋結(jié)構(gòu)或模塊化多電平變換器結(jié)構(gòu)，其中級聯(lián)h橋結(jié)構(gòu)無法提供高壓直流端口，而模塊化多電平變換器的隔離級與整流級相互分離，僅依靠高壓直流母線連接，總體模塊化程度不高。此外，由于現(xiàn)有技術(shù)水平對電能路由器容量的限制，同時現(xiàn)有器件規(guī)格等級有限，電能路由器勢必面臨高壓側(cè)電流過小、高壓側(cè)開關(guān)器件通流能力浪費的問題。現(xiàn)有的技術(shù)方案中，模塊化程度較高的拓撲設(shè)計方案是級聯(lián)h橋結(jié)構(gòu)，其子模塊中整流級和隔離級大多均采用兩電平結(jié)構(gòu)，由于整流級與隔離級前級直流電壓等級相同、整流級器件最大電流值約為隔離級前級器件最大電流值的2倍，容易造成隔離級前級器件容量浪費的問題，增加成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種模塊化的電能路由器組合電路，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的電能路由器組合匹配程度不高、部分器件電流容量利用率低的問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種模塊化的電能路由器組合電路，所述電能路由器具有高壓三相交流端口、高壓直流端口、低壓直流端口和低壓三相交流端口，內(nèi)部具有高壓直流母線和低壓直流母線；所述模塊化的電能路由器組合電路包括電能路由器主電路拓撲，所述電能路由器主電路拓撲包括模塊化的整流隔離級變換器和逆變級變換器，所述整流隔離級變換器與逆變級變換器通過低壓直流母線相連。

進一步，整流隔離級變換器包括三相，每一相包括上橋臂n個變換器子模塊、下橋臂n個變換器子模塊、兩個橋臂電感l(wèi)arm和一個網(wǎng)側(cè)濾波電感l(wèi)g；每一相上橋臂n個變換器子模塊的交流端口、兩個橋臂電感l(wèi)arm和下橋臂n個變換器子模塊的交流端口相互串聯(lián)；每一相兩個橋臂電感l(wèi)arm之間為每相的橋臂中性點，通過濾波電感l(wèi)g連接至電能路由器高壓三相交流端口的對應相；每一相上橋臂第1個變換器子模塊的交流端口上端點與下橋臂第n個變換器子模塊的交流端口下端點構(gòu)成高壓直流母線，整流隔離級變換器的三相之間通過高壓直流母線相互并聯(lián)，高壓直流母線連接至電能路由器高壓直流端口；三相所有變換器子模塊的直流端口相互并聯(lián)，構(gòu)成低壓直流母線，低壓直流母線連接至電能路由器低壓直流端口。

進一步，逆變級變換器為三相四橋臂變換器；所述三相四橋臂變換器的交流側(cè)連接至電能路由器低壓三相交流端口。

進一步，所述整流隔離級變換器子模塊包括ac/dc變換器、高頻dc/ac變換器、高頻隔離變壓器和高頻ac/dc變換器；所述ac/dc變換器采用h橋和三電平諧振式高頻雙有源橋隔離變換器的結(jié)構(gòu)；所述高頻dc/ac變換器、高頻隔離變壓器和高頻ac/dc變換器組成一個高頻dc/dc隔離變換器，該隔離變換器采用諧振式結(jié)構(gòu)；所述高頻dc/ac變換器采用二極管中點鉗位三電平結(jié)構(gòu)；所述高頻ac/dc變換器采用兩電平h橋結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提出的一種模塊化的電能路由器組合電路，其特點和優(yōu)點為：

1、本發(fā)明提出的一種模塊化的電能路由器組合電路采用多端口設(shè)計，具有高壓三相交流端口、高壓直流端口、低壓直流端口和低壓三相交流端口，可以使得該電能路由器與中壓交流配電網(wǎng)、高壓直流電網(wǎng)、低壓直流配電網(wǎng)、低壓交流配電網(wǎng)等多種形式的電網(wǎng)相連接，同時也提供了光伏、電動汽車、蓄電池等多種新能源與儲能設(shè)備的接入端口。

2、本發(fā)明提出的一種模塊化的電能路由器組合電路中，整流隔離級變換器采用模塊化設(shè)計，相較于傳統(tǒng)的具有高壓直流端口的電能路由器，基于該設(shè)計的電能路由器模塊化程度更高，便于進行系列化設(shè)計和工業(yè)化生產(chǎn)。

3、本發(fā)明提出的一種模塊化的電能路由器組合電路采用了基于三電平的高頻雙有源橋隔離變換器，相較于傳統(tǒng)的兩電平子模塊設(shè)計，基于該設(shè)計的電能路由器子模塊中ac/dc變換器開關(guān)器件與高頻dc/ac變換器器件的電流容量利用率可以均衡配置，避免器件容量的浪費。

4、本發(fā)明提出的一種模塊化的電能路由器組合電路采用了諧振式高頻dc/dc隔離變換器，相較于傳統(tǒng)電能路由器中的隔離級變換器，基于該設(shè)計的電能路由器可在高頻雙有源橋隔離變換器處實現(xiàn)軟開關(guān)，降低開關(guān)損耗，提升電能路由器整體效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電能路由器主電路拓撲結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明可采用的串聯(lián)諧振式高頻雙有源橋隔離變換器拓撲結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明可采用的lcl諧振式高頻雙有源橋隔離變換器拓撲結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明可采用的串串諧振式高頻雙有源橋隔離變換器拓撲結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明可采用的二極管中點鉗位三電平高頻雙有源橋隔離變換器拓撲結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明可采用的電容鉗位三電平高頻雙有源橋隔離變換器拓撲結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明可采用的主動中點鉗位三電平高頻雙有源橋隔離變換器拓撲結(jié)構(gòu)圖；

圖8為本發(fā)明可采用的t型三電平高頻雙有源橋隔離變換器拓撲結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。

本發(fā)明旨在提出一種模塊化的電能路由器組合電路。圖1是本發(fā)明電能路由器主電路拓撲結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，該電能路由器主電路拓撲采用三相供電。具體的，該電能路由器主電路拓撲包括模塊化的整流隔離級變換器和逆變級變換器，整流隔離級變換器的三相之間通過高壓直流母線相互并聯(lián)，整流隔離級變換器與逆變級變換器通過低壓直流母線相連。

整流隔離級變換器包括三相，每一相包括上橋臂n個變換器子模塊、下橋臂n個變換器子模塊、兩個橋臂電感l(wèi)arm和一個網(wǎng)側(cè)濾波電感l(wèi)g；每一相上橋臂n個變換器子模塊的交流端口、兩個橋臂電感l(wèi)arm和下橋臂n個變換器子模塊的交流端口相互串聯(lián)；每一相兩個橋臂電感l(wèi)arm之間為每相的橋臂中性點，通過濾波電感l(wèi)g連接至電能路由器高壓三相交流端口的對應相；每一相上橋臂第1個變換器子模塊的交流端口上端點與下橋臂第n個變換器子模塊的交流端口下端點構(gòu)成高壓直流母線，整流隔離級變換器的三相之間通過高壓直流母線相互并聯(lián)，高壓直流母線連接至電能路由器高壓直流端口；三相所有變換器子模塊的直流端口相互并聯(lián)，構(gòu)成低壓直流母線，低壓直流母線連接至電能路由器低壓直流端口。

逆變級變換器為三相四橋臂變換器；三相四橋臂變換器的交流側(cè)連接至電能路由器低壓三相交流端口。

整流隔離級變換器子模塊包括ac/dc變換器、高頻dc/ac變換器、高頻隔離變壓器和高頻ac/dc變換器，其中高頻是指變壓器或變換器中的開關(guān)器件工作于千赫茲(2khz-20khz)級別的開關(guān)頻率；ac/dc變換器采用h橋和三電平諧振式高頻雙有源橋隔離變換器的結(jié)構(gòu)；高頻dc/ac變換器、高頻隔離變壓器和高頻ac/dc變換器組成一個高頻dc/dc隔離變換器，該隔離變換器采用但不僅僅局限于如圖2-圖4所示的任意一種諧振式結(jié)構(gòu)；高頻dc/ac變換器采用但不僅僅局限于如圖5-圖8所示的任意一種三電平結(jié)構(gòu)；高頻ac/dc變換器采用h橋結(jié)構(gòu)。

通過本發(fā)明實施例的電能路由器組合電路，可以解決現(xiàn)有的技術(shù)方案中，具有高壓直流端口的電能路由器模塊化程度不高的問題；可以均衡配置電能路由器子模塊中ac/dc變換器開關(guān)器件與高頻dc/ac變換器器件的電流容量利用率，避免器件容量的浪費；可以在高頻雙有源橋隔離變換器處實現(xiàn)軟開關(guān)，降低開關(guān)損耗，提升電能路由器整體效率。

以上所述雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但僅為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。