一种电力电子变压器的拓扑结构及其控制方法

1.一种电力电子变压器的拓扑结构，其特征在于，所述电力电子变压器的拓扑结构由N级双向DC/DC变换器拓扑结构组成，每级双向DC/DC变换器拓扑结构由依次连接的串联侧切换电路、DC/DC变换器和并联侧切换电路组成；第1级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第一连接端连接至公共连接点A，第N级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第二连接端连接至公共连接点B，第1至N-1级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第二连接端分别与其下一级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第一连接端连接；各级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第三连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输入正端，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第四连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输入负端；各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第一连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输出正端，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第二连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输出负端，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第三连接端连接至公共连接点C，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第四连接端连接至公共连接点D；其中，N为正整数；所述串联侧切换电路，包括：串联侧切换电路的第一连接端、串联侧切换电路的第二连接端、串联侧切换电路的第三连接端、串联侧切换电路的第四连接端、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、缓冲电阻R1、缓冲电阻R2、压敏电阻R3、电容C1和电容C2；所述串联侧切换电路的第一连接端、缓冲电阻R1、缓冲电阻R2、开关K4和第三连接端依次连接；所述串联侧切换电路的第二连接端、开关K5和串联侧切换电路的第四连接端依次连接；所述缓冲电阻R1和开关K1并联，所述缓冲电阻R2和开关K2并联；所述缓冲电阻R1和所述缓冲电阻R2之间的连接点与串联侧切换电路的第二连接端和开关K5之间的连接点之间接有所述开关K3；所述缓冲电阻R2和所述开关K4之间的连接点与串联侧切换电路的第二连接端和开关K5之间的连接点之间接有所述压敏电阻R3；所述缓冲电阻R2和所述开关K4之间的连接点与串联侧切换电路的第二连接端和开关K5之间的连接点之间接有所述电容C1；所述开关K4和所述串联侧切换电路的第三连接端之间的连接点与所述开关K5和所述串联侧切换电路的第四连接端之间的连接点之间接有所述电容C2；所述并联侧切换电路，包括：并联侧切换电路的第一连接端、并联侧切换电路的第二连接端、并联侧切换电路的第三连接端、并联侧切换电路的第四连接端、开关K6、开关K7、开关K8、缓冲电阻R4、电容C3和电容C4；所述并联侧切换电路的第一连接端、所述开关K6、所述缓冲电阻R4和所述并联侧切换电路的第三连接端依次连接；所述并联侧切换电路的第二连接端、所述开关K8、所述并联侧切换电路的第四连接端依次连接；所述缓冲电阻R4和所述开关K7并联；所述并联侧切换电路的第一连接端和所述开关K6之间的连接点连接所述电容C3的正级，所述并联侧切换电路的第二连接端和所述开关K8之间的连接点连接所述电容C3的负极；所述开关K6和所述缓冲电阻R4之间的连接点连接所述电容C4的正极，所述开关K8和所述并联侧切换电路的第四连接端之间的连接点连接所述电容C4的负极。 2.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述公共连接点A和公共连接点B之间连接电源，所述公共连接点C和公共连接点D之间连接负载；或者所述公共连接点C和公共连接点D之间连接电源，所述公共连接点A和公共连接点B之间连接负载。 3.一种如权利要求1-2任一项所述拓扑结构的控制方法，其特征在于，当所述公共连接点A和公共连接点B之间连接电源，公共连接点C和公共连接点D之间连接负载时，所述控制方法包括：步骤A1：断开各级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K1、开关K2和开关K3，闭合各级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K4、开关K5、开关K6、开关K7和开关K8，当公共连接点A和公共连接点B之间输出预设电压值时，执行步骤A2；步骤A2：闭合各级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K1和开关K2。 4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤A2之后，若第i级双向DC/DC变换器拓扑结构发生故障或需要检修，则执行下述步骤：步骤a1：断开第i级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K1和开关K2；步骤a2：闭合第i级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K3；步骤a3：断开第i级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K4、开关K5、开关K6和开关K8，当开关K4、开关K5、开关K6和开关K8产生的电压尖峰稳定至预设电压值时，执行步骤a4；步骤a4：闭合第i级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K1，断开第i级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K7；步骤a5：对除第i级双向DC/DC变换器拓扑结构以外的其他级双向DC/DC变换器拓扑结构的电源输入侧进行均压控制；其中，i∈[1,N]，N为电力电子变压器的拓扑结构中双向DC/DC变换器拓扑结构的级数。 5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述均压控制的过程中，电压指令值 为： 其中，V dc 为电源电压，N为电力电子变压器的拓扑结构中双向DC/DC变换器拓扑结构的级数，k为故障或需要检修的双向DC/DC变换器拓扑结构的级数。 6.一种如权利要求1-2任一项所述拓扑结构的控制方法，其特征在于，当所述公共连接点C和公共连接点D之间连接电源，所述公共连接点A和公共连接点B之间连接负载时，所述控制方法包括：步骤S1：闭合各级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K1、开关K2、开关K4、开关K5、开关K6和开关K8，断开开关K3和开关K7，当公共连接点C和公共连接点D之间输出预设电压值时，执行步骤S2；步骤S2：闭合各级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K7。 7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S2之后，若第i级双向DC/DC变换器拓扑结构发生故障或需要检修，则执行下述步骤：步骤s1：断开开关K1和开关K2；步骤s2：闭合开关K3；步骤s3：断开开关K4、开关K5、开关K6和开关K8，当开关K4、开关K5、开关K6和开关K8产生的电压尖峰稳定至预设电压值时，执行步骤s4；步骤s4：闭合开关K1；步骤s5：对除第i级双向DC/DC变换器拓扑结构以外的其他级双向DC/DC变换器拓扑结构的电源输入侧进行均压控制；其中，i∈[1,N]，N为电力电子变压器的拓扑结构中双向DC/DC变换器拓扑结构的级数。 8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述均压控制的过程中，电压指令值 为： 其中，V dc 为电源电压，N为电力电子变压器的拓扑结构中双向DC/DC变换器拓扑结构的级数，k为故障或需要检修的双向DC/DC变换器拓扑结构的级数。