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CN118381341A - 一种工频隔离型多电平能量路由器 - Google Patents

一种工频隔离型多电平能量路由器 Download PDF

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CN118381341A
CN118381341A CN202410534125.6A CN202410534125A CN118381341A CN 118381341 A CN118381341 A CN 118381341A CN 202410534125 A CN202410534125 A CN 202410534125A CN 118381341 A CN118381341 A CN 118381341A
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CN
China
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switch tube
power switch
phase
bus terminal
module
Prior art date
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Pending
Application number
CN202410534125.6A
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English (en)
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李锦�
闵陆廷
沈卓栋
唐维溢
钱黎俊
闫业看
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Shanghai University of Electric Power
Original Assignee
Shanghai University of Electric Power
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Publication date
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Abstract

本发明涉及一种工频隔离型多电平能量路由器，所述路由器包括三相绕组工频隔离变压器、两个三相五电平AC/DC变流器模块和与每个变流器模块对应的滤波器，其中，所述工频隔离变压器具有原边绕组和副边绕组，所述工频隔离变压器的原边绕组采用三角形接法与电网相连接，所述工频隔离变压器的副边绕组为两个独立的三相绕组。与现有技术相比，本发明具有输出电压电平多、谐波含量低，系统结构简单等优点。

Description

一种工频隔离型多电平能量路由器
技术领域
本发明涉及电力电子领域，尤其是涉及一种工频隔离型多电平能量路由器。
背景技术
AC/DC变流器根据是否通过变压器进行电气隔离，可将其分为非隔离型与隔离型两种类型。非隔离型变流器结构相对简而且研究技术成熟，控制更加易于实现。为了提高AC/DC变流器的安全性与可靠性，网侧与负载侧之间需要增加电气隔离，通过引入变压器的方法构成了隔离型AC/DC变流器，从而实现隔离的同时满足升降压变换的需求，大幅提高了变流器的工作性能，系统安全性也有显著提升。
现有能量路由器的结构中，多采用H桥级联型多电平变流器以适用于高电压大功率的场合。级联型的单相结构使各相电路在瞬时功率交换过程中存在电网电压基波二倍频分量，进而导致直流侧的电容电压出现低频波动，需加装二倍频滤波器以保证直流电压质量。现有研究中，隔离级DC/DC模块的输出侧多经并联连接输出级各端口，能量路由器需要加装额外的DC/DC变流器来满足不同电压等级交直流电网的接入需求，这将提高系统的复杂程度。
发明内容
本发明的目的就是为了实现多电平输出的同时简化系统结构而提供的一种工频隔离型多电平能量路由器，本发明无需采用额外的DC/DC变流器，有助于实现设备的小型化、轻量化，同时实现多种输出电压电平。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种工频隔离型多电平能量路由器，所述路由器包括三相绕组工频隔离变压器、两个三相五电平AC/DC变流器模块和与每个变流器模块对应的滤波器，其中，所述工频隔离变压器具有原边绕组和副边绕组，所述工频隔离变压器的原边绕组采用三角形接法与电网相连接，所述工频隔离变压器的副边绕组为两个独立的三相绕组，分别为第一三相绕组和第二三相绕组，两个三相绕组分别与两个三相五电平AC/DC变流器模块连接，所述第一三相绕组由a1、b1、c1三相组成；所述第二三相绕组由a2、b2、c2组成；所述第一三相绕组的每两相之间相互独立；所述第二三相绕组的每两相之间相互独立。
所述两个三相五电平AC/DC变流器模块分别为第一三相五电平AC/DC变流器模块和第二三相五电平AC/DC变流器模块；
所述第一三相五电平AC/DC变流器模块由三个单相五电平AC/DC变流器模块组成，分别为模块一、模块二、模块三，模块一、模块二、模块三分别与a1、b1、c1三相绕组对应连接；所述第二三相五电平AC/DC变流器模块由三个单相五电平AC/DC变流器模块组成，分别为模块四、模块五、模块六，模块四、模块五、模块六分别与a2、b2、c2三相绕组对应连接；
所述单相五电平AC/DC变流器模块具有正、负、零三根直流母线，模块一、模块二、模块三的正、负、零三根直流母线对应连接，形成第一三相五电平AC/DC变流器模块的三个输出端口，分别为正母线端Vup+、零母线端NP1和负母线端；
模块四、模块五、模块六的正、负、零三根直流母线对应连接，形成第二三相五电平AC/DC变流器模块的三个输出端口，分别为正母线端Vdown+、零母线端NP2和负母线端Vdown-；
所述第一三相五电平AC/DC变流器模块对应的滤波器为第一滤波器，所述第二三相五电平AC/DC变流器模块对应的滤波器为第二滤波器，三相五电平AC/DC变流器模块为八功率开关管拓扑结构，其中，正母线端Vup+连接正母线端Vdown+，负母线端Vdown-连接负母线端Vup-，零母线端NP1连接零母线端NP2，此时两个三相绕组并联，正母线端Vup+和正母线端Vup+为正直流母线，负母线端Vdown-和负母线端Vup-为负直流母线，零母线端NP1和零母线端NP2为零直流母线，能量路由器输出2Vdc或Vdc，Vdc表示母线电压；
或负母线端Vup-连接正母线端Vdown+，此时两个三相绕组串联，正母线端Vup+为上正母线，零母线端NP1为上零母线，负母线端Vup-和正母线端Vdown+为上负母线-下正母线，负母线端Vdown-为下负母线，零母线端NP2为下零母线，能量路由器输出4Vdc或3Vdc或2Vdc或Vdc；
或正母线端Vdown+、零母线端NP2和负母线端Vdown-，以及正母线端Vup+、零母线端NP1和负母线端Vup-均独立不连接，能量路由器输出2Vdc或Vdc。
进一步地，所述三相五电平AC/DC变流器模块的每一相均为八功率开关管拓扑结构，所述八功率开关管拓扑结构包括八个开关和两个输出直流侧电容，八功率开关管拓扑结构分为第一支路、第二支路、第三支路和第四支路。
进一步地，所述八个开关分别为第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5、第六功率开关管S6、第七功率开关管S7和第八功率开关管S8；；
所述第一支路由的第一功率开关管S1、第二功率开关管S2串联组成，并且第二功率开关管S2的漏极与第一功率开关管S1的源极相连；
所述第二支路与第一支路并联，第二支路由第三功率开关管S3和第四功率开关管S4串联组成，第四功率开关管S4的漏极与第三功率开关管S3的源极相连；
所述第三支路与第一支路并联，第三支路由第五功率开关管S5和第六功率开关管S6串联组成，第六功率开关管S6的漏极与第五功率开关管S5的源极相连；
第七功率开关管S7和第八功率开关管S8与第一支路、第二支路和第三支路串联；
所述第四支路由两个大小相等的电容Cdc组成，第四支路的中点连接于第三支路的中点。
进一步地，所述第八功率开关管S8的漏极与第二功率开关管S2、第四功率开关管S4和第六功率开关管S6的源极相连，第七功率开关管S7的源极与第一功率开关管S1、第三功率开关管S3和第五功率开关管S5的漏极相连。
进一步地，第七功率开关管S7的漏极连接正母线端，第八功率开关管S8的源极连接负母线端，两个大小相等的电容质检的连接处为零母线端。
进一步地，所述三相五电平AC/DC变流器模块的对应的滤波器为单电感L滤波器或者LCL滤波器，LCL滤波器由电感Lc、电感Lf以及电容Cd组成。
进一步地，电感Lc的一端连接于第二支路中点，电感Lc的另一端连接于电感Lf的一端和电容Cd的一端，Lf的另一端连接于输入交流电压正极Vin+，Cd的另一端连接于第一支路中点，并连接交流电压负极Vin-。
进一步地，功率开关管为带有反并联二极管的绝缘栅双极晶体管。
进一步地，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、三功率开关管S3和第四功率开关管S4在工频频率内以较低的开关频率进行开关，第五功率开关管S5、第六功率开关管S6、第七功率开关管S7和第八功率开关管S8在工频频率内以较高的开关频率进行开关。
进一步地，三相五电平AC/DC变流器模块的同一相内，其正母线端和零母线端之间的电压为Vdc，负母线端与零母线端之间电压为-Vdc，正母线端与负母线端之间电压为2Vdc。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的隔离型能量路由器副边的两个三相绕组可工作在串联、并联或两个模块独立不连接的三种工作模式下，在这三种工作模式中，变压器副边的直流侧都可连接不同的分布式电源、储能和直流负载，并且相互独立工作，体现了此种拓扑结构的多功能性与多样性，可实现电能双向传输，直流侧真双极的母线架构能够满足不同负荷、电源、储能的接入需求，实现不同负荷、电源、储能的同时工作。交流侧五电平的输出电压电平多、谐波含量低，可以使用低电压等级功率半导体器件，不需要额外的DC/DC变流器，有助于实现设备的小型化、轻量化，提高系统能量的高效转化和输出，使系统能够更加稳定和可靠运行。
附图说明
图1为本发明的工频隔离型多电平能量路由器的结构示意图；
图2为工频隔离型多电平能量路由器的八功率开关管拓扑结构示意图；
图3为正半周期时，在脉宽调制方式下各开关的PWM调制波；
图4为八功率开关管拓扑结构处于工作于模态1的换流分析图；
图5为八功率开关管拓扑结构处于工作于模态2的换流分析图；
图6为八功率开关管拓扑结构处于工作于模态3的换流分析图；
图7为八功率开关管拓扑结构处于工作于模态4的换流分析图；
图8为八功率开关管拓扑结构处于工作于模态5的换流分析图；
图9为八功率开关管拓扑结构处于工作于模态6的换流分析图；
图10为八功率开关管拓扑结构处于工作于模态7的换流分析图；
图11为八功率开关管拓扑结构处于工作于模态8的换流分析图；
图12为工频隔离型多电平能量路由器副边第一个三相绕组各相的双极性直流母线结构示意图；
图13为工频隔离型多电平能量路由器处于并联工作状态下的结构示意图；
图14为工频隔离型多电平能量路由器处于串联工作状态下的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
为了实现电能双向传输，直流侧真双极的母线架构能够满足不同负荷、电源、储能的接入需求，实现不同负荷、电源、储能的同时工作，实现交流侧五电平的输出电压电平多、谐波含量低，可以使用低电压等级功率半导体器件，有助于实现设备的小型化、轻量化，提高系统能量的高效转化和输出，使系统能够更加稳定和可靠运行，本发明提出一种工频隔离型多电平能量路由器，结构图如图1所示，所述路由器包括三相绕组工频隔离变压器、两个三相五电平AC/DC变流器模块和与每个变流器模块对应的滤波器，其中，所述工频隔离变压器具有原边绕组和副边绕组，所述工频隔离变压器的原边绕组采用三角形接法与电网相连接，所述工频隔离变压器的副边绕组为两个独立的三相绕组，分别为第一三相绕组和第二三相绕组，两个三相绕组分别与两个三相五电平AC/DC变流器模块连接，所述第一三相绕组由a1、b1、c1三相组成；所述第二三相绕组由a2、b2、c2组成；所述第一三相绕组的每两相之间相互独立；所述第二三相绕组的每两相之间相互独立。
所述两个三相五电平AC/DC变流器模块分别为第一三相五电平AC/DC变流器模块和第二三相五电平AC/DC变流器模块；
所述第一三相五电平AC/DC变流器模块由三个单相五电平AC/DC变流器模块组成，分别为模块一、模块二、模块三，模块一、模块二、模块三分别与a1、b1、c1三相绕组对应连接；所述第二三相五电平AC/DC变流器模块由三个单相五电平AC/DC变流器模块组成，分别为模块四、模块五、模块六，模块四、模块五、模块六分别与a2、b2、c2三相绕组对应连接；
所述单相五电平AC/DC变流器模块具有正、负、零三根直流母线，将第一三相五电平AC/DC变流器模块中的模块一、模块二、模块三正、负、零直流母线对应连接，形成第一三相五电平AC/DC变流器模块的三个输出端口，分别为正母线端Vup+、零母线端NP1和负母线端；
将第二三相五电平AC/DC变流器模块中模块四、模块五、模块六的正、负、零直流母线对应连接，形成第二三相五电平AC/DC变流器模块的三个输出端口，分别为正母线端Vdown+、零母线端NP2和负母线端Vdown-。第一三相五电平AC/DC变流器模块的正、负、零直流母线表示模块一的正母线、模块二的正母线以及模块三的正母线相互连接，模块一的负母线、模块二的负母线以及模块三的负母线相互连接，模块一的零母线、模块二的零母线以及模块三的零母线相互连接，第二三相五电平AC/DC变流器模块的正、负、零直流母线表示模块四的正母线、模块五的正母线以及模块六的正母线相互连接，模块四的负母线、模块五的负母线以及模块六的负母线相互连接，模块四的零母线、模块五的零母线以及模块六的零母线相互连接。
所述第一三相五电平AC/DC变流器模块对应的滤波器为第一滤波器，所述第二三相五电平AC/DC变流器模块对应的滤波器为第二滤波器，三相五电平AC/DC变流器模块为八功率开关管拓扑结构，
其中，正母线端Vup+连接正母线端Vdown+，负母线端Vdown-连接负母线端Vup-，零母线端NP1连接零母线端NP2，此时两个三相绕组并联，正母线端Vup+和正母线端Vup+为正直流母线，负母线端Vdown-和负母线端Vup-为负直流母线，零母线端NP1和零母线端NP2为零直流母线，能量路由器输出2Vdc或Vdc，Vdc表示母线电压；
或负母线端Vup-连接正母线端Vdown+，此时两个三相绕组串联，正母线端Vup+为上正母线，零母线端NP1为上零母线，负母线端Vup-和正母线端Vdown+为上负母线-下正母线，负母线端Vdown-为下负母线，零母线端NP2为下零母线，能量路由器输出4Vdc或3Vdc或2Vdc或Vdc；
或正母线端Vdown+、零母线端NP2和负母线端Vdown-，以及正母线端Vup+、零母线端NP1和负母线端Vup-均独立不连接，能量路由器输出2Vdc或Vdc。
PWM模块中，正半周期的PWM调制波如图3所示。
工频隔离变压器具有原边绕组和副边绕组，所述工频隔离变压器的原边绕组采用三角形接法与电网相连接，所述工频隔离变压器的副边绕组为两个独立的三相绕组分别与所述两个三相五电平AC/DC变流器模块及其滤波器一一对应连接，所述两个三相五电平AC/DC变流器模块的交流侧可以输出五个电平，直流侧可引出三个直流端子与所述正/零/负三根直流母线一一对应相连。两个三相五电平AC/DC变流器模块的直流侧母线电压相同，可以串联运行、并联运行或者直流侧相互独立不连接。
所述工频隔离变压器，所述副边绕组的数量必须和所述三相五电平AC/DC变流器模块数量相同。且其中第一个三相绕组由a1、b1、c1三相组成；第二个三相绕组由a2、b2、c2组成。两个所述副边绕组的电压和相位相同，所述三相绕组的三个绕组相互独立不连接。
三相五电平AC/DC变流器模块的每一相，也就是单相五电平AC/DC变流器模块采用具有八个功率开关管的拓扑结构。工频隔离型多电平能量路由器的八功率开关管拓扑结构示意图如图2所示。五电平AC/DC变流器模块的八功率开关管拓扑结构具体包括：
此类型拓扑包含八个开关、两个输出直流侧电容以及LCL滤波器或单电感L滤波器；
第一支路由带反并联二极管的第一功率开关管S1、第二功率开关管S2串联组成，并且S2的漏极与S1的源极相连；
与第一支路并联的第二支路，由带反并联二极管的第三功率开关管S3、第四功率开关管S4串联组成，并且S4的漏极与S3的源极相连；
与第一支路并联的第三支路，由带反并联二极管的第五功率开关管S5、第六功率开关管S6串联组成，并且S6的漏极与S5的源极相连；
带反并联二极管的第七功率开关管S7、第八功率开关管S8与所述三条支路进行串联，S8的漏极与S2、S4、S6的源极相连；S7的源极与S1、S3、S5的漏极相连；
与第一支路并联的第四支路由两个大小相等的电容Cdc串联组成，第四支路的中点连接于第三支路的中点；
电感Lc的一端连接于第二支路中点，另一端连接于电感Lf以及电容Cd；Lf的另一端连接于输入交流电压正极；Cd的另一端连接于第一支路中点，同时也连接于输入交流电压负极；
电感Lc、电感Lf以及电容Cd组成LCL滤波器。
上述功率开关管为电力电子半导体全控型开关器件，如绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)等。
功率开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8可以为绝缘栅双极晶体管及其反并联二极管，也可以为其他全控型电力电子开关器件。S1、S2、S3、S4在工频频率内以较低的开关频率进行开关，而S5、S6、S7、S8在工频频率内以较高的开关频率进行开关。本发明中，较低的开关频率为50Hz左右，较高的开关频率可以为1K～100KHz。
每一个八功率开关管拓扑结构直流侧都包含正/零/负三根直流母线，分别对应带反并联二极管的第七功率开关管S7的漏极、两个输出直流侧串联电容的中点以及带反并联二极管的第八功率开关管S8的漏极；
每一个八功率开关管拓扑结构的正母线与零母线之间、负母线与零母线之间、正母线与负母线之间都可以接入不同的分布式电源，直流负载与储能元件。
每一个八功率开关管拓扑结构的正母线与零母线之间的电压为Vdc，负母线与零母线之间电压为-Vdc，正母线与负母线之间电压为2Vdc。
变压器副边的两个三相绕组中，将第一个三相绕组的a1、b1、c1三相的正/零/负三根直流母线分别连接，形成真双极性的直流母线结构；同理，将第二个三相绕组的a2、b2、c2三相的正/零/负三根直流母线分别连接，形成真双极性的直流母线结构。
变压器副边的两个三相绕组中，每一个三相绕组直流侧都包含正/零/负三根直流母线；
具体地，设变压器副边的第一个三相绕组的输出直流电压为Vup，设第二个三相绕组的输出直流电压为Vdown。
当Vup与Vdown的正/零/负三根母线独立不连接时(正母线端Vdown+、零母线端NP2和负母线端Vdown-，以及正母线端Vup+、零母线端NP1和负母线端Vup-均独立不连接)，每个模块处于独立工作状态，可以独立形成输出2Vdc、Vdc输出的真双极性直流母线结构。
当Vup与Vdown的正/零/负三根母线分别相连时(正母线端Vup+连接正母线端Vup+，负母线端Vdown-连接负母线端Vup-，零母线端NP1连接零母线端NP2)，两个模块在直流侧进行并联，得到正母线、零母线和负母线3根直流母线，能量路由器形成2Vdc、Vdc输出的真双极性直流母线结构。双极性直流母线结构示意图如图12所示。工频隔离型多电平能量路由器处于并联工作状态下的结构示意图如图13所示。
当Vup的负极与Vdown的正极相连(负母线端Vup-连接正母线端Vdown+)时，两个模块在直流侧进行串联，可以得到上正母线、上零母线、上负母线-下正母线、下零母线、下负母线5根直流母线，能量路由器不同母线之间可以得到4Vdc、3Vdc、2Vdc、Vdc不同电压。工频隔离型多电平能量路由器处于串联工作状态下的结构示意图如图14所示。
能量路由器，无论处于串联、并联或两个模块独立不连接工作状态时，能量路由器直流母线可以分别接入不同的分布式电源、储能和直流负载，交流侧连接电网，可以实现源、网、储、荷之间的多端能量交换。
三相五电平隔离型AC/DC变流器无论处于独立工作、串联或并联工作状态时，都可以实现多电压等级的输出，在整流工作状态下能在变压器副边连接不同的分布式电源，直流负载与储能元件；在逆变工作状态下，能为变压器原边提供不同电压等级的交流电压。
上述隔离型AC/DC变流器能实现四象限运行，以第一个三相绕组中的a1相为例，设变压器原边电压为变压器副边输出电压为当滞后于时，变流器处于整流状态，原变的交流电源输出有功功率，当超前于时，变流器处于逆变状态，原边的交流电源输入有功功率。
本发明的能量路由器可实现电能双向输出，直流侧真双极的母线架构能够满足不同负荷、电源、储能的接入需求，实现不同负荷、电源、储能的同时工作；
交流侧五电平的输出电压电平多、谐波含量低，可以使用低电压等级功率半导体器件，有助于实现设备的小型化、轻量化，提高系统能量的高效转化和输出，使系统能够更加稳定和可靠运行。
本发明中，该三相五电平隔离型AC/DC变流器模块可采用正弦脉宽调制(SPWM)或空间矢量调制(SVPWM)，所述两组三相五电平隔离型AC/DC变流器模块调制方式相同。
本发明的优点在于：
(1)本发明隔离型能量路由器采用多电平设计，能够充分地利用三相交流输入电压，减少能源浪费，提高整流效率。
(2)本发明隔离型能量路由器能够实现更加平稳的直流电压输出和更加精细的功率调节，大大调高了整流器的变流效率和使用寿命。
(3)本发明隔离型能量路由器适用于直流电源和交流电源等领域，能够满足不同行业和领域的要求。
(4)本发明隔离型能量路由器副边的两个三相绕组可工作在串联、并联或两个模块独立不连接的三种工作模式下，在这三种工作模式中，变压器副边的直流侧都可连接不同的分布式电源、储能和直流负载，并且相互独立工作，体现了此种拓扑结构的多功能性与多样性。
(5)本发明隔离型能量路由器可实现电能双向传输，直流侧真双极的母线架构能够满足不同负荷、电源、储能的接入需求，实现不同负荷、电源、储能的同时工作。交流侧五电平的输出电压电平多、谐波含量低，可以使用低电压等级功率半导体器件，有助于实现设备的小型化、轻量化，提高系统能量的高效转化和输出，使系统能够更加稳定和可靠运行。
功率开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8为绝缘栅双极晶体管。
为了叙述工作模态，作假设条件如下：
(1)忽略隔离变压器漏感和绕组电阻；
(2)忽略平衡电抗器的电感和绕组电阻；
(3)单相整流桥所接二极管为理想器件；
(4)系统工作在大电感负载状态。
(5)功率开关管S1～S8工作在谐振频率，忽略死区时间；
(6)变换器设计在连续电流导通模式(CCM)下；
以两个三相绕组中，任意一项为例，所述五电平AC/DC变流器模块的工作模式为：
1)模态1：[t0-t1]
如图4所示，开关管S2、S3、S6和S7导通；S1、S4、S5和S8关断，此时输出直流电压大小为Vdc。
2)模态2：[t1-t2]
如图5所示，开关管S2、S3、S7和S8导通；S1、S4、S5和S7关断，此时输出直流电压大小为2Vdc。
3)模态3：[t2-t3]
如图6所示，开关管S2、S3、S5和S8导通时；S1、S4、S6和S7关断，输出直流电压Vdc。
4)模态4：[t3-t4]
如图7所示，开关管S2、S3、S5和S8导通时；S1、S4、S6和S7关断；输出直流电压为0。
5)模态5：[t4-t5]
如图8所示，开关管S1、S3、S6和S7导通；S2、S4、S5和S8关断，此时输出直流电压大小为-Vdc。
6)模态6：[t5-t6]
如图9所示，开关管S1、S4、S6和S7导通；S2、S3、S5和S8关断，此时输出直流电压大小为-2Vdc。
7)模态7：[t6-t7]
如图10所示，开关管S2、S4、S6和S7导通时；S1、S3、S5和S8关断，输出直流电压-Vdc。
8)模态8：[t7-t8]
如图11所示，开关管S2、S3、S6和S7导通时；S1、S4、S5和S8关断；输出直流电压为0。
每一个八功率开关管拓扑结构直流侧都包含正/零/负三根直流母线，分别对应带反并联二极管的第七功率开关管S7的漏极、两个输出直流侧串联电容的中点以及带反并联二极管的第八功率开关管S8的源极。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种工频隔离型多电平能量路由器，其特征在于，所述路由器包括三相绕组工频隔离变压器、两个三相五电平AC/DC变流器模块和与每个变流器模块对应的滤波器，其中，所述工频隔离变压器具有原边绕组和副边绕组，所述工频隔离变压器的原边绕组采用三角形接法与电网相连接，所述工频隔离变压器的副边绕组为两个独立的三相绕组，分别为第一三相绕组和第二三相绕组，两个三相绕组分别与两个三相五电平AC/DC变流器模块连接，所述第一三相绕组由a1、b1、c1三相组成；所述第二三相绕组由a2、b2、c2组成；所述第一三相绕组的每两相之间相互独立；所述第二三相绕组的每两相之间相互独立。
所述两个三相五电平AC/DC变流器模块分别为第一三相五电平AC/DC变流器模块和第二三相五电平AC/DC变流器模块；
所述第一三相五电平AC/DC变流器模块由三个单相五电平AC/DC变流器模块组成，分别为模块一、模块二、模块三，模块一、模块二、模块三分别与a1、b1、c1三相绕组对应连接；所述第二三相五电平AC/DC变流器模块由三个单相五电平AC/DC变流器模块组成，分别为模块四、模块五、模块六，模块四、模块五、模块六分别与a2、b2、c2三相绕组对应连接；
所述单相五电平AC/DC变流器模块具有正、负、零三根直流母线，模块一、模块二、模块三的正、负、零三根直流母线对应连接，形成第一三相五电平AC/DC变流器模块的三个输出端口，分别为正母线端Vup+、零母线端NP1和负母线端；
模块四、模块五、模块六的正、负、零三根直流母线对应连接，形成第二三相五电平AC/DC变流器模块的三个输出端口，分别为正母线端Vdown+、零母线端NP2和负母线端Vdown-；
所述第一三相五电平AC/DC变流器模块对应的滤波器为第一滤波器，所述第二三相五电平AC/DC变流器模块对应的滤波器为第二滤波器，三相五电平AC/DC变流器模块为八功率开关管拓扑结构，
其中，正母线端Vup+连接正母线端Vdown+，负母线端Vdown-连接负母线端Vup-，零母线端NP1连接零母线端NP2，此时两个三相绕组并联，正母线端Vup+和正母线端Vup+为正直流母线，负母线端Vdown-和负母线端Vup-为负直流母线，零母线端NP1和零母线端NP2为零直流母线，能量路由器输出2Vdc或Vdc，Vdc表示母线电压；
或负母线端Vup-连接正母线端Vdown+，此时两个三相绕组串联，正母线端Vup+为上正母线，零母线端NP1为上零母线，负母线端Vup-和正母线端Vdown+为上负母线-下正母线，负母线端Vdown-为下负母线，零母线端NP2为下零母线，能量路由器输出4Vdc或3Vdc或2Vdc或Vdc；
或正母线端Vdown+、零母线端NP2和负母线端Vdown-，以及正母线端Vup+、零母线端NP1和负母线端Vup-均独立不连接，能量路由器输出2Vdc或Vdc。
2.根据权利要求1所述的一种工频隔离型多电平能量路由器，其特征在于，所述三相五电平AC/DC变流器模块的每一相均为八功率开关管拓扑结构，所述八功率开关管拓扑结构包括八个开关和两个输出直流侧电容，八功率开关管拓扑结构分为第一支路、第二支路、第三支路和第四支路。
3.根据权利要求2所述的一种工频隔离型多电平能量路由器，其特征在于，所述八个开关分别为第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、三功率开关管S3、第四功率开关管S4、第五功率开关管S5、第六功率开关管S6、第七功率开关管S7和第八功率开关管S8；
所述第一支路由的第一功率开关管S1、第二功率开关管S2串联组成，并且第二功率开关管S2的漏极与第一功率开关管S1的源极相连；
所述第二支路与第一支路并联，第二支路由第三功率开关管S3和第四功率开关管S4串联组成，第四功率开关管S4的漏极与第三功率开关管S3的源极相连；
所述第三支路与第一支路并联，第三支路由第五功率开关管S5和第六功率开关管S6串联组成，第六功率开关管S6的漏极与第五功率开关管S5的源极相连；
第七功率开关管S7和第八功率开关管S8与第一支路、第二支路和第三支路串联；
所述第四支路由两个大小相等的电容Cdc组成，第四支路的中点连接于第三支路的中点。
4.根据权利要求3所述的一种工频隔离型多电平能量路由器，其特征在于，所述第八功率开关管S8的漏极与第二功率开关管S2、第四功率开关管S4和第六功率开关管S6的源极相连，第七功率开关管S7的源极与第一功率开关管S1、第三功率开关管S3和第五功率开关管S5的漏极相连。
5.根据权利要求4所述的一种工频隔离型多电平能量路由器，其特征在于，第七功率开关管S7的漏极连接正母线端，第八功率开关管S8的源极连接负母线端，两个大小相等的电容质检的连接处为零母线端。
6.根据权利要求2所述的一种工频隔离型多电平能量路由器，其特征在于，所述三相五电平AC/DC变流器模块的对应的滤波器为单电感L滤波器或者LCL滤波器，LCL滤波器由电感Lc、电感Lf以及电容Cd组成。
7.根据权利要求6所述的一种工频隔离型多电平能量路由器，其特征在于，电感Lc的一端连接于第二支路中点，电感Lc的另一端连接于电感Lf的一端和电容Cd的一端，Lf的另一端连接于输入交流电压正极Vin+，Cd的另一端连接于第一支路中点，并连接交流电压负极Vin-。
8.根据权利要求3所述的一种工频隔离型多电平能量路由器，其特征在于，功率开关管为带有反并联二极管的绝缘栅双极晶体管。
9.根据权利要求8所述的一种工频隔离型多电平能量路由器，其特征在于，第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、三功率开关管S3和第四功率开关管S4在工频频率内以较低的开关频率进行开关，第五功率开关管S5、第六功率开关管S6、第七功率开关管S7和第八功率开关管S8在工频频率内以较高的开关频率进行开关。
10.根据权利要求1所述的一种工频隔离型多电平能量路由器，其特征在于，三相五电平AC/DC变流器模块的同一相内，其正母线端和零母线端之间的电压为Vdc，负母线端与零母线端之间电压为-Vdc，正母线端与负母线端之间电压为2Vdc。
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