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：
1、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。
2、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。
技术实现思路
1、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。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、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。
4、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；
5、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；
6、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；
7、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-；
8、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；
9、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；
10、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。
11、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。
12、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；；
13、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；
14、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；
15、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；
16、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；
17、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。
18、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。
19、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。
20、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。
21、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-。
22、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。
23、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。
24、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。
25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
26、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。
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。
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；
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。
