中高压电力电子变压器拓扑结构及控制应用综述 II

2. PET整体结构选择

PET拓扑结构种类繁多。根据能量转换级数，可将其分为单级、两级和三级类型[7]。两级结构包括高压和低压直流母线，如图1所示。

在单级PET（图1(a)）中，中/高频 隔离变压器 它在两侧连接AC/AC转换器。初级侧的AC/AC转换器将输入的工频交流电压调制成高频交流电压，该高频交流电压经变压器耦合后，再由次级侧的AC/AC转换器转换回工频交流电压。单级PET具有转换级数和元件数量较少、效率高、功率密度高等优点。然而，由于缺少直流母线，它们不适用于混合AC/DC电网，且功率解耦控制较为复杂。

两级PET在高压侧或低压侧均设有直流母线。隔离变压器一侧的拓扑结构与单级PET类似，而另一侧则通过AC/DC或DC/AC电路连接至直流母线（图1(c)和图1(d)）。凭借高压或低压直流链路，两级PET的高压侧可连接至中/高压直流电网，低压侧可连接至光伏/储能系统。然而，隔离变压器两侧转换器传输的有功功率对变压器漏感参数高度敏感。此外，直流母线电容会经历显著的倍频电压波动，且转换器电流波动较大[7]，这使得控制极具挑战性。

三级光电转换变压器（图1(b)）在高压侧和低压侧均设有直流母线。输入的工频交流电流经AC/DC转换整流至高压直流母线，调制成高频方波，通过中/高频变压器耦合至低压侧，再次整流至低压直流母线，最后经DC/AC转换逆变为工频交流电压。三级光电转换变压器可连接至高压和低压直流系统。各转换级的控制相对独立，便于解耦和补偿控制。然而，多级转换也导致结构最为复杂。由于采用多级设计，三级光电转换变压器拓扑结构更容易实现高压侧级联和低压侧并联，满足中/高压应用需求。因此，三级拓扑结构是中/高压光电转换变压器研究和应用中最广泛使用的。

对于中高压应用中的光电转换电路（PET），低压侧电压较低，对器件电压的要求也较低。相比之下，高压整流级和中间隔离级则面临较高的电压，对电路拓扑和器件提出了更严格的要求。现有研究主要集中在两个方向：① 基于现有器件额定电压的中高压PET新型拓扑结构和控制方法；② 使用新型高压器件（例如10kV SiC器件[8, 9]）的PET拓扑结构和控制方法。然而，高压SiC器件仍处于实验室研发阶段，商用器件目前尚无法满足电压要求。因此，通常采用多模块级联或单模块多电平拓扑结构来满足高输入电压要求。典型的拓扑结构如图2所示，并在第3节中进行分析。