基于磁路耦合的电力电子变压器直流变换技术

杨晓梅，虞汉阳，费益军 ，吉 宇，徐晓轶，姚文熙

（1.国网江苏省电力有限公司，南京 210029；2.浙江大学电气工程学院，杭州 310027）

电力电子变压器PET（power electronic transformer）被认为是可再生能源并网发电和高效利用电能的必要设备，是当前智能电网和电力电子的重要发展方向[1-3]。作为传统变压器的替代品，电力电子变压器通过功率器件将电网的工频电压高频化，再通过高频变压器实现电压等级变换及电气隔离的目的。通过该方式，电力电子变压器不仅具有体积和重量方面的优势，还能够实现许多传统变压器不能完成的功能，比如提供直流母线、无功补偿、谐波抑制、故障隔离等。

为了实现上述功能，学者们先后提出了单级式、两级式及三级式[4-5]电力电子变压器结构。其中，三级式PET以其完备的接口、模块化的结构以及每级均可独立设计的优势得到了学者们的广泛关注，成为目前最成熟的PET设计方案[5]。典型的三级式PET结构由整流级、隔离DC-DC级与逆变级组成，拓扑的核心部分是中间隔离DC-DC级，为了应对原边高电压和副边大电流，通常采用多个功率模块原边串联、副边并联的连接方式。为了保证能量双向流动，通常采用双向DC/DC变换器拓扑，其中双有源桥DAB（dual active bridge）是最具代表性的选择[6-11]。在此拓扑中，隔离变压器的数目等于DAB变换器的数量，由于变压器绕组之间需要高压隔离，尤其绕组的引出端需要设计足够的爬电距离，使得变压器很难集成到变流器模块中，限制了PET功率密度的提升。

为了提高模块串并联型PET的功率密度，在DAB拓扑的基础上，研究人员还提出了三有源桥[12]、四有源桥[13-14]等多种多有源桥MAB（multiple active bridge）拓扑结构。……