基于混频调制的电力电子变压器设计方法及实验验证

袁宇波; 史明明; 舒良才; 何国豪; 陈武

doi:10.7500/AEPS20200426008

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基于混频调制的电力电子变压器设计方法及实验验证

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于混频调制的电力电子变压器设计方法及实验验证
- Design Method and Experimental Verification of Power Electronic Transformer Based on Mixed-frequency Modulation
- 电力系统自动化-方正平台 2020年44卷第22期页码：176-183
- 作者机构：
  
  1.国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，江苏省南京市 211103
  2.东南大学先进电能变换技术与装备研究所，江苏省南京市 210096
- 作者简介：
  
  袁宇波（1975—），男，博士，高级工程师，主要研究方向：电力系统继电保护、直流输配电控制保护技术。E-mail：yyb97104@sina.com
  史明明(1986—)，男，博士，高级工程师，主要研究方向：电力电子技术在电网中的应用技术。E-mail：simon8612@126.com
  舒良才(1994—)，男，博士研究生，主要研究方向:大功率变流器设计与电力电子变压器。E-mail:18362961507@163.com
  陈武(1981—)，男，通信作者，博士，教授，主要研究方向:功率电子变换技术。E-mail:chenwu＠seu.edu.cn
- 基金信息：
  
  Abstract:
  For existing power electronic transformers (PETs), multiple power conve
- DOI：10.7500/AEPS20200426008
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-04-26，
  
  修回日期：2020-07-30，
  
  网络出版日期：2020-09-28，
  
  纸质出版日期：2020-11-25
- 稿件说明：
移动端阅览
袁宇波,史明明,舒良才等.基于混频调制的电力电子变压器设计方法及实验验证[J].电力系统自动化,2020,44(22):176-183.

YUAN Yubo,SHI Mingming,SHU Liangcai,et al.Design Method and Experimental Verification of Power Electronic Transformer Based on Mixed-frequency Modulation[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(22):176-183.
袁宇波,史明明,舒良才等.基于混频调制的电力电子变压器设计方法及实验验证[J].电力系统自动化,2020,44(22):176-183. DOI： 10.7500/AEPS20200426008.

YUAN Yubo,SHI Mingming,SHU Liangcai,et al.Design Method and Experimental Verification of Power Electronic Transformer Based on Mixed-frequency Modulation[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(22):176-183. DOI： 10.7500/AEPS20200426008.

摘要

现有的电力电子变压器中电能变换级数较多，导致其效率低、成本高，限制了其应用。基于混频调制策略的三级型电力电子变压器可减少电能变换级数，并可通过合适的控制策略实现双向功率变换和多端口输出。文中对基于混频调制的三级型电力电子变压器的工作原理、控制策略、设计方法及实验验证进行了详细的分析研究，提出了一种单相结构的三级型电力电子变压器，同时引入一个额外的全桥补偿子模块以消除该电路在交流电网中产生的中频谐波电流。最后，搭建交流电压为150 V、直流电压为100 V、功率为1 kW 的样机平台，进一步验证了所提单相三级型电力电子变压器方案的可行性。

Abstract

For existing power electronic transformers (PETs)

multiple power conversion stages result in low efficiency and high cost

which limits the application of PETs. The three-stage PET based on the mixed-frequency modulation strategy can reduce the power conversion stages and realize bidirectional power conversion and multi-port output with suitable control strategy. The working principle

control strategy

design method and experimental verification of the three-stage PET based on the mixed-frequency modulation strategy are analyzed and studied in detail. A single-phase three-stage PET based on the mixed-frequency modulation strategy is proposed. Meanwhile

an extra full-bridge compensation submodule is introduced to offset the medium-frequency harmonic current generated by the circuit in the AC grid. Finally

a prototype platform with AC voltage of 150 V

DC current of 100 V and power of 1 kW is established

and it further verifies the feasibility of the proposed single-phase three-stage PET scheme.</p>

关键词

Keywords

references

HUANG A Q . Medium-voltage solid-state transformer： technology for a smarter and resilient grid ［J］. IEEE Industrial Electronics Magazine ， 2016 ， 10 （ 3 ）： 29 - 42 .

李子欣，高范强，赵聪，等 . 电力电子变压器技术研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 5 ）： 1274 - 1289 .

LI Zixin ， GAO Fanqiang ， ZHAO Cong ， et al . Research review of power electronic transformer technologies ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 5 ）： 1274 - 1289 .

BRIZ F ， LOPEZ M ， RODRIGUEZ A ， et al . Modular power electronic transformers： modular multilevel converter versus cascaded H-bridge solutions ［J］. IEEE Industrial Electronics Magazine ， 2016 ， 10 （ 4 ）： 6 - 19 .

张航，李耀华，高范强，等 . 级联H桥型电力电子变压器隔离级高频电流波动抑制策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 7 ）： 130 - 150 .

ZHANG Hang ， LI Yaohua ， GAO Fanqiang ， et al . High-frequency current fluctuation suppression strategy for isolation stage of cascaded H-bridge based power electronic transformer ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 7 ）： 130 - 150 .

裴忠晨，林霖，应鸿，等 . I-M2C型单级式电力电子变压器［J/OL］. 电网技术［ 2020-05-30 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2019.2487 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2019.2487 .

PEI Zhongchen ， LIN Lin ， YING Hong ， et al . Single-stage power electronic transformer based on isolated modular multilevel converter （I-M2C）［J/OL］. Power System Technology ［ 2020-05-30 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2019. 2487 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2019.2487 .

杨景刚，刘洋，刘瑞煌，等 . 基于模块化多电平换流器的多端口谐振型电力电子变压器［J/OL］. 电力系统自动化［ 2020-05-30 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20200511.1937.036.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20200511.1937.036.html .

YANG Jinggang ， LIU Yang ， LIU Ruihuang ， et al . Multi-port resonant power electronic transformer based on modular multilevel converter ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ［ 2020-05-30 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20200511.1937.036. html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20200511.1937.036.html .

WANG D ， TIAN J ， MAO C X ， et al . A 10 kV/400 V/ 500 kVA electronic power transformer ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2016 ， 63 （ 11 ）： 6653 - 6663 .

HUBER J E ， KOLAR J W . Volume/weight/cost comparison of a 1 MVA 10 kV/400 V solid-state against a conventional low-frequency distribution transformer ［C］// 2014 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition （ECCE）， September 14 - 18 ， 2014 ， Pittsburgh， USA： 4545 - 4552 .

OSTLUND S . Reduction of transformer rated power and line current harmonics in a primary switched converter system for traction applications ［C］// European Conference on Power Electronics and Applications ， 1993 ， Brighton ， UK .

QIN H S ， KIMBALL J W . Solid-state transformer architecture using AC-AC dual-active-bridge converter ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2013 ， 60 （ 9 ）： 3720 - 3730 .

ZHU Q L ， WANG L ， HUANG A Q ， et al . 7.2 kV single-stage solid-state transformer based on the current-fed series resonant converter and 15 kV SiC MOSFETs ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 2 ）： 1099 - 1112 .

ROJAS F ， DÍAZ M ， ESPINOZA M ， et al . A solid state transformer based on a three-phase to single-phase modular multilevel converter for power distribution networks ［C］// 2017 IEEE Southern Power Electronics Conference （SPEC）， December 4 - 7 ， 2017 ， Puerto Varas， Chile.

DRABEK P ， PEROUTKA Z ， PITTERMANN M ， et al . New configuration of traction converter with medium-frequency transformer using matrix converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2011 ， 58 （ 11 ）： 5041 - 5048 .

HUGO N ， STEFANUTTI P ， PELLERIN M ， et al . Power electronics traction transformer ［C］// 2007 European Conference on Power Electronics and Applications ， September 2 - 5 ， 2007 ， Aalborg， Denmark.

BARRETO L H S C ， DE A HONÓRIO D ， DE SOUZA OLIVEIRA D ， et al . An interleaved-stage AC-DC modular cascaded multilevel converter as a solution for MV railway applications ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2018 ， 65 （ 4 ）： 3008 - 3016 .

张雪垠，徐永海，肖湘宁 . 适用于中高压配电网的高功率密度谐振型级联H桥固态变压器［J］. 电工技术学报， 2018 ， 33 （ 2 ）： 310 - 321 .

ZHANG Xueyin ， XU Yonghai ， XIAO Xiangning . A high power density resonance cascaded H-bridge solid-state transformer for medium and high voltage distribution network ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2018 ， 33 （ 2 ）： 310 - 321 .

舒良才，陈武，王琛，等 . 基于混频调制的新型电力电子变压器［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 7 ）： 146 - 152 .

SHU Liangcai ， CHEN Wu ， WANG Chen ， et al . Power electronic transformer based on mixed-frequency modulation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 146 - 152 .

SHEN M ， JOSEPH A ， WANG J ， et al . Comparison of traditional inverters and Z-source inverter for fuel cell vehicles ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2004 ， 22 （ 4 ）： 125 - 132 .

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