本公開涉及一種功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，特別涉及一種基于多繞組高頻率變壓器且具有多個(gè)隔離式低壓直流端口的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近期可再生能源及其能量存儲(chǔ)設(shè)備與交流電網(wǎng)的整合程度快速上升，故所連接的直流系統(tǒng)(例如電動(dòng)車和能量存儲(chǔ)設(shè)備)的數(shù)量亦急劇增加。在現(xiàn)有技術(shù)中，存在多種用于自電網(wǎng)供電給多個(gè)直流系統(tǒng)的電力電子拓?fù)洹?/p>

2、其中一種電力電子拓?fù)洳捎弥袎褐绷髂妇€(如圖1所示)，此拓?fù)錇閮杉?jí)配置，包含非隔離的中壓交流(medium?voltage?ac，mvac)-中壓直流(medium?voltage?dc，mvdc)轉(zhuǎn)換級(jí)以及連接于其后的mvdc-隔離的低壓直流(low?voltage?dc，lvdc)轉(zhuǎn)換級(jí)(如圖1所示)。在此配置中，可利用模塊化多電平轉(zhuǎn)換器(modular?multilevel?converter，mmc)或基于中壓半導(dǎo)體器件的傳統(tǒng)ac-dc轉(zhuǎn)換器來將mvac轉(zhuǎn)換為mvdc。此配置還可進(jìn)一步擴(kuò)展以產(chǎn)生高頻交流(high-frequency?ac，hfac)中間端口(如圖2所示)。如圖2所示，mvdc-hfac轉(zhuǎn)換級(jí)產(chǎn)生hfac電壓，數(shù)個(gè)高頻變壓器(high-frequency?transformer，hft)接收hfac電壓并供電給多個(gè)直流負(fù)載。此外，在此配置中，利用濾波電容和阻隔電容來阻隔中壓直流電并支持hft。另，于此配置中，由于單個(gè)mvdc-hfac轉(zhuǎn)換級(jí)需負(fù)擔(dān)所有直流負(fù)載端口的總功率需求，故hfac端的輸出電流非常高。

3、然而，圖1和圖2所示的拓?fù)湟蚴褂枚鄠€(gè)隔離式dc-dc轉(zhuǎn)換級(jí)而導(dǎo)致效率降低。若采用中壓半導(dǎo)體器件，將會(huì)降低mvac-mvdc轉(zhuǎn)換器的可靠性和電磁干擾性能；而若采用mmc拓?fù)?如圖1和圖2所示)進(jìn)行mvac-mvdc轉(zhuǎn)換，則對(duì)于系統(tǒng)的基本絕緣水平(basic?insulationlevel，bil)的要求也會(huì)提升。此外，mvdc母線的電容尺寸較大，需以單獨(dú)的電壓平衡控制器進(jìn)行控制，從而使整體單元成本增加。另外，由于采用中間mvdc母線，所使用的開關(guān)數(shù)量較多，因而導(dǎo)致電路構(gòu)建成本較高，亦會(huì)降低系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

4、另一種電力電子拓?fù)洳捎没诩?jí)聯(lián)h橋(cascaded?h-bridge，chb)的輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)(input?series?output?parallel，isop)配置(如圖3所示)。具體而言，圖3所示的chb-isop配置將單個(gè)lvdc端口擴(kuò)展為多個(gè)端口。為了產(chǎn)生多個(gè)相隔離的lvdc，故采用chb-isop配置，且其有較佳的成本效益。需注意的是，可使用多個(gè)非隔離式lvdc端口來形成一隔離式lvdc端口。此外，與前述拓?fù)湎啾瓤商嵘到y(tǒng)運(yùn)行的bil水平。然而，為了基于單個(gè)lvdc母線產(chǎn)生多個(gè)相隔離的lvdc，需采用多個(gè)隔離式dc-dc轉(zhuǎn)換級(jí)，而隔離級(jí)數(shù)量的增加將導(dǎo)致整體效率下降。再者，若因隔離級(jí)的數(shù)量增加而使兩個(gè)負(fù)載端口之間發(fā)生電能傳輸，則系統(tǒng)的效率將進(jìn)一步降低。為了改善此配置的效率，可消除中間lvdc端口，從而減少隔離級(jí)的數(shù)量。然而，雖效率獲得改善，但負(fù)載端口之間的功率不平衡會(huì)使chb模塊之間的交流功率不平衡。

5、此外，在另一拓?fù)渲?，可利用每個(gè)串聯(lián)的mvac-lvdc轉(zhuǎn)換單元上的專用端口(第三個(gè)端口)與高頻變壓器(hft)單元來解決負(fù)載端口之間的功率不平衡。然而，由于需通過多個(gè)功率轉(zhuǎn)換級(jí)來解決負(fù)載端口之間的不平衡，故將使效率降低、成本增加且功率密度下降。

6、于又一拓?fù)渲?，可通過在每個(gè)hft上設(shè)置與主要次級(jí)繞組對(duì)應(yīng)的輔助繞組來處理負(fù)載端口之間的功率不平衡。在此配置中，利用外部阻抗來控制能量交換，使得相同負(fù)載kva水平的變壓器單元具有更高的kva水平和成本。此外，由于在利用外部阻抗解決負(fù)載端口不平衡的過程中會(huì)產(chǎn)生額外損耗，故將使效率受到影響。

7、于再一拓?fù)渲?，可在hft中設(shè)置輔助繞組和功率轉(zhuǎn)換級(jí)，以通過能量存儲(chǔ)的儲(chǔ)能或釋能來調(diào)節(jié)不平衡的負(fù)載功率。在此情況下，能量存儲(chǔ)作為解決負(fù)載端口之間的功率不平衡的媒介。然，此做法將使相同負(fù)載kva水平的hft具有更高的kva水平和成本，且導(dǎo)致尺寸增加，因而使每個(gè)負(fù)載kva的功率密度降低。此外，由于需要額外的轉(zhuǎn)換級(jí)和能量存儲(chǔ)，故對(duì)于此拓?fù)涞目刂戚^為復(fù)雜。

8、因此，為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺失，實(shí)有需要發(fā)明一種具多個(gè)lvdc端口的改良式高效電力電子拓?fù)洹?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一目的在于提供一種多端口固態(tài)變壓器，其可將功率從電源轉(zhuǎn)換至多個(gè)隔離式低壓直流(lvdc)端口。

2、本發(fā)明的一方面至少解決了上述提及的問題和/或不利之處，并提供以下所述的至少一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

3、根據(jù)本發(fā)明一方面的構(gòu)想，提供了一種功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其包含多個(gè)交流-直流-高頻交流模塊(alternating?current-direct?current-high?frequency?alternatingcurrent?module,ac-dc-hfac?module)、多個(gè)多繞組高頻變壓器(high?frequencytransformer,hft)以及多個(gè)高頻交流-直流模塊(high?frequency?alternating?current-direct?current?module,hfac-dc?module)。多個(gè)ac-dc-hfac模塊分別耦接于電源，其中ac-dc-hfac模塊架構(gòu)于將源自電源的交流電壓轉(zhuǎn)換為高頻交流(high?frequencyalternating?current,hfac)電壓。多個(gè)多繞組hft包含多個(gè)初級(jí)繞組和多個(gè)次級(jí)繞組。多個(gè)多繞組hft采用優(yōu)化分級(jí)絕緣(optimum?graded?insulation)并自多個(gè)ac-dc-hfac模塊接收hfac電壓，多個(gè)多繞組hft中的每個(gè)次級(jí)繞組耦合于多個(gè)ac-dc-hfac模塊以生成hfac電壓端口。每一hfac-dc模塊耦接于對(duì)應(yīng)的次級(jí)繞組，以生成多個(gè)隔離式直流負(fù)載端口。多個(gè)多繞組hft基于相位角控制技術(shù)進(jìn)行操作，以根據(jù)對(duì)應(yīng)的隔離式直流負(fù)載端口的負(fù)載需求實(shí)現(xiàn)多個(gè)初級(jí)繞組與每一次級(jí)繞組之間的功率傳輸，借此經(jīng)由對(duì)應(yīng)的hfac-dc模塊供電至連接于隔離式直流負(fù)載端口的負(fù)載。

4、根據(jù)本發(fā)明一方面的構(gòu)想，提供了一種功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其包含多個(gè)ac-dc-hfac模塊，多個(gè)多繞組hft以及一或多個(gè)hfac-dc模塊。多個(gè)ac-dc-hfac模塊分別耦接于電源，其中每一ac-dc-hfac模塊架構(gòu)于將源自電源的交流電壓轉(zhuǎn)換為多個(gè)hfac電壓。每一多繞組hft包含多個(gè)初級(jí)繞組和多個(gè)次級(jí)繞組。多個(gè)多繞組hft采用優(yōu)化分級(jí)絕緣(optimum?gradedinsulation)并自多個(gè)ac-dc-hfac模塊接收多個(gè)hfac電壓，多個(gè)多繞組hft中的每個(gè)次級(jí)繞組耦合于多個(gè)ac-dc-hfac模塊以生成hfac電壓端口。每一hfac-dc模塊耦接于對(duì)應(yīng)的次級(jí)繞組，以生成多個(gè)隔離式直流負(fù)載端口。多個(gè)多繞組hft基于相位角控制技術(shù)進(jìn)行操作，以根據(jù)對(duì)應(yīng)的隔離式直流負(fù)載端口的負(fù)載需求實(shí)現(xiàn)多個(gè)初級(jí)繞組與每一次級(jí)繞組之間的功率傳輸，借此經(jīng)由對(duì)應(yīng)的hfac-dc模塊供電至連接于隔離式直流負(fù)載端口的負(fù)載。

5、根據(jù)后續(xù)描述中所例示實(shí)施例及其對(duì)應(yīng)附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可易于了解本發(fā)明的其他方面、優(yōu)勢和特點(diǎn)。