本公开涉及一种功率转换系统，特别涉及一种基于多绕组高频率变压器且具有多个隔离式低压直流端口的功率转换系统。
背景技术：
1、近期可再生能源及其能量存储设备与交流电网的整合程度快速上升，故所连接的直流系统(例如电动车和能量存储设备)的数量亦急剧增加。在现有技术中，存在多种用于自电网供电给多个直流系统的电力电子拓扑。
2、其中一种电力电子拓扑采用中压直流母线(如图1所示)，此拓扑为两级配置，包含非隔离的中压交流(medium voltage ac，mvac)-中压直流(medium voltage dc，mvdc)转换级以及连接于其后的mvdc-隔离的低压直流(low voltage dc，lvdc)转换级(如图1所示)。在此配置中，可利用模块化多电平转换器(modular multilevel converter，mmc)或基于中压半导体器件的传统ac-dc转换器来将mvac转换为mvdc。此配置还可进一步扩展以产生高频交流(high-frequency ac，hfac)中间端口(如图2所示)。如图2所示，mvdc-hfac转换级产生hfac电压，数个高频变压器(high-frequency transformer，hft)接收hfac电压并供电给多个直流负载。此外，在此配置中，利用滤波电容和阻隔电容来阻隔中压直流电并支持hft。另，于此配置中，由于单个mvdc-hfac转换级需负担所有直流负载端口的总功率需求，故hfac端的输出电流非常高。
3、然而，图1和图2所示的拓扑因使用多个隔离式dc-dc转换级而导致效率降低。若采用中压半导体器件，将会降低mvac-mvdc转换器的可靠性和电磁干扰性能；而若采用mmc拓扑(如图1和图2所示)进行mvac-mvdc转换，则对于系统的基本绝缘水平(basic insulationlevel，bil)的要求也会提升。此外，mvdc母线的电容尺寸较大，需以单独的电压平衡控制器进行控制，从而使整体单元成本增加。另外，由于采用中间mvdc母线，所使用的开关数量较多，因而导致电路构建成本较高，亦会降低系统的运行可靠性。
4、另一种电力电子拓扑采用基于级联h桥(cascaded h-bridge，chb)的输入串联输出并联(input series output parallel，isop)配置(如图3所示)。具体而言，图3所示的chb-isop配置将单个lvdc端口扩展为多个端口。为了产生多个相隔离的lvdc，故采用chb-isop配置，且其有较佳的成本效益。需注意的是，可使用多个非隔离式lvdc端口来形成一隔离式lvdc端口。此外，与前述拓扑相比可提升系统运行的bil水平。然而，为了基于单个lvdc母线产生多个相隔离的lvdc，需采用多个隔离式dc-dc转换级，而隔离级数量的增加将导致整体效率下降。再者，若因隔离级的数量增加而使两个负载端口之间发生电能传输，则系统的效率将进一步降低。为了改善此配置的效率，可消除中间lvdc端口，从而减少隔离级的数量。然而，虽效率获得改善，但负载端口之间的功率不平衡会使chb模块之间的交流功率不平衡。
5、此外，在另一拓扑中，可利用每个串联的mvac-lvdc转换单元上的专用端口(第三个端口)与高频变压器(hft)单元来解决负载端口之间的功率不平衡。然而，由于需通过多个功率转换级来解决负载端口之间的不平衡，故将使效率降低、成本增加且功率密度下降。
6、于又一拓扑中，可通过在每个hft上设置与主要次级绕组对应的辅助绕组来处理负载端口之间的功率不平衡。在此配置中，利用外部阻抗来控制能量交换，使得相同负载kva水平的变压器单元具有更高的kva水平和成本。此外，由于在利用外部阻抗解决负载端口不平衡的过程中会产生额外损耗，故将使效率受到影响。
7、于再一拓扑中，可在hft中设置辅助绕组和功率转换级，以通过能量存储的储能或释能来调节不平衡的负载功率。在此情况下，能量存储作为解决负载端口之间的功率不平衡的媒介。然，此做法将使相同负载kva水平的hft具有更高的kva水平和成本，且导致尺寸增加，因而使每个负载kva的功率密度降低。此外，由于需要额外的转换级和能量存储，故对于此拓扑的控制较为复杂。
8、因此，为克服上述现有技术的缺失，实有需要发明一种具多个lvdc端口的改良式高效电力电子拓扑。
技术实现思路
1、本发明的一目的在于提供一种多端口固态变压器，其可将功率从电源转换至多个隔离式低压直流(lvdc)端口。
2、本发明的一方面至少解决了上述提及的问题和/或不利之处，并提供以下所述的至少一个优点。
3、根据本发明一方面的构想，提供了一种功率转换系统，其包含多个交流-直流-高频交流模块(alternating current-direct current-high frequency alternatingcurrent module,ac-dc-hfac module)、多个多绕组高频变压器(high frequencytransformer,hft)以及多个高频交流-直流模块(high frequency alternating current-direct current module,hfac-dc module)。多个ac-dc-hfac模块分别耦接于电源，其中ac-dc-hfac模块架构于将源自电源的交流电压转换为高频交流(high frequencyalternating current,hfac)电压。多个多绕组hft包含多个初级绕组和多个次级绕组。多个多绕组hft采用优化分级绝缘(optimum graded insulation)并自多个ac-dc-hfac模块接收hfac电压，多个多绕组hft中的每个次级绕组耦合于多个ac-dc-hfac模块以生成hfac电压端口。每一hfac-dc模块耦接于对应的次级绕组，以生成多个隔离式直流负载端口。多个多绕组hft基于相位角控制技术进行操作，以根据对应的隔离式直流负载端口的负载需求实现多个初级绕组与每一次级绕组之间的功率传输，借此经由对应的hfac-dc模块供电至连接于隔离式直流负载端口的负载。
4、根据本发明一方面的构想，提供了一种功率转换系统，其包含多个ac-dc-hfac模块，多个多绕组hft以及一或多个hfac-dc模块。多个ac-dc-hfac模块分别耦接于电源，其中每一ac-dc-hfac模块架构于将源自电源的交流电压转换为多个hfac电压。每一多绕组hft包含多个初级绕组和多个次级绕组。多个多绕组hft采用优化分级绝缘(optimum gradedinsulation)并自多个ac-dc-hfac模块接收多个hfac电压，多个多绕组hft中的每个次级绕组耦合于多个ac-dc-hfac模块以生成hfac电压端口。每一hfac-dc模块耦接于对应的次级绕组，以生成多个隔离式直流负载端口。多个多绕组hft基于相位角控制技术进行操作，以根据对应的隔离式直流负载端口的负载需求实现多个初级绕组与每一次级绕组之间的功率传输，借此经由对应的hfac-dc模块供电至连接于隔离式直流负载端口的负载。
5、根据后续描述中所例示实施例及其对应附图，本领域技术人员可易于了解本发明的其他方面、优势和特点。
1.一种功率转换系统，包含：
2.如权利要求1所述的功率转换系统，其中通过所述多个多绕组高频变压器中所述多个初级绕组与每一该次级绕组之间的功率传输，以在确保向所述多个隔离式直流负载端口输送的直流电能符合负载需求，实现可操作地耦接于该电源的所述多个交流-直流-高频交流模块之间的功率平衡。
3.如权利要求2所述的功率转换系统，其中该多绕组高频变压器中相对应的该次级绕组相互并联连接，以使所述多个交流-直流-高频交流模块之间实现功率平衡并提供直流电给所述多个隔离式直流负载端口。
4.如权利要求3所述的功率转换系统，其中所述多个次级绕组相互并联连接，以避免供电给所述多个隔离式直流负载端口的过程中出现中断。
5.如权利要求1所述的功率转换系统，其中每一该交流-直流-高频交流模块包含：
6.如权利要求5所述的功率转换系统，其中该功率转换系统以多电平操作，该第二开关频率大于该第一开关频率。
7.如权利要求5所述的功率转换系统，其中该直流-高频交流转换器以该第二开关频率运行，将该交流-直流功率转换器所产生的该直流电压转换为多个高频交流电压。
8.如权利要求7所述的功率转换系统，其中所述多个高频交流电压具固定相位差。
9.如权利要求7所述的功率转换系统，其中所述多个高频交流电压相等且无相位差。
10.如权利要求1所述的功率转换系统，其中该一或多个高频交流-直流模块以第二开关频率运行，并用于对源自每个多绕组高频变压器中对应的该次级绕组的该高频交流电压进行转换，且根据对应的该隔离式直流负载端口的负载需求，通过滤波电容将直流电能传输至对应的该隔离式直流负载端口。
11.如权利要求1所述的功率转换系统，其中该功率转换系统包含以星形连接的中压功率转换系统。
12.如权利要求1所述的功率转换系统，其中所述多个隔离式直流负载端口的数量与所述多个多绕组高频变压器中的该次级绕组的数量成正比。
13.如权利要求1所述的功率转换系统，其中在该功率转换系统包含多个该高频交流-直流模块时，所述多个高频交流-直流模块相互并联连接。
14.如权利要求1所述的功率转换系统，其中每一该交流-直流-高频交流模块架构于将源自该电源的该交流电压转换为多个高频交流电压。
15.如权利要求1所述的功率转换系统，其中每一该多绕组高频变压器包含多个初级绕组和多个次级绕组。
