一种三端口双向功率变换器
阅读说明：本技术 一种三端口双向功率变换器 (Three-port bidirectional power converter ) 是由 石伟 刘中伟 肖正虎 史耀华 于 2020-06-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种三端口双向功率变换器,能实现同一回路中能量的双向流动,该变换器包括：三相H桥电路单元、母线电容、第一全桥网络、谐振单元及第二全桥网络；三相H桥电路包括并联连接且跨接于母线电容两端的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂及分别与三个桥臂的中点连接的第一电感、第二电感、第三电感,第一电感和第二电感与第一交流端口连接,第三电感与第二电感与第二交流端口连接,第一全桥网络包括并联连接且跨接于母线电容两端的第四桥臂和第五桥臂；第二全桥网络包括并联连接的第六桥臂和第七桥臂,第六桥臂与第七桥臂并联的两端与直流电源端口连接；谐振单元两端分别与第一全桥网络两个桥臂中点及第二全桥网络两个桥臂中点连接。(The invention discloses a three-port bidirectional power converter, which can realize bidirectional flow of energy in the same loop, and comprises: the three-phase H-bridge circuit comprises a three-phase H-bridge circuit unit, a bus capacitor, a first full-bridge network, a resonance unit and a second full-bridge network; the three-phase H-bridge circuit comprises a first bridge arm, a second bridge arm and a third bridge arm which are connected in parallel and bridged at two ends of a bus capacitor, and a first inductor, a second inductor and a third inductor which are respectively connected with the middle points of the three bridge arms, wherein the first inductor and the second inductor are connected with a first alternating current port, the third inductor and the second inductor are connected with a second alternating current port, and a first full-bridge network comprises a fourth bridge arm and a fifth bridge arm which are connected in parallel and bridged at two ends of the bus capacitor; the second full-bridge network comprises a sixth bridge arm and a seventh bridge arm which are connected in parallel, and two ends of the sixth bridge arm and the seventh bridge arm which are connected in parallel are connected with a direct-current power port; two ends of the resonance unit are respectively connected with the middle points of the two bridge arms of the first full-bridge network and the middle points of the two bridge arms of the second full-bridge network.)
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种三端口双向功率变换器。
背景技术
在有交流电和直流电能源混合供电的系统中，期望电力电子变换装置如同能量管道一样，使能量在各个能源端口双向流动，形成交直流混合能量管道系统。如图1所示，是典型的交直流混合能量管道系统示意图，由两个交流电源端口和一个直流电源端口组成，第一交流电源端口、第二交流电源端口和直流电源端口分别通过第一双向AC/DC变换器01、第二双向AC/DC变换器02和双向DC/DC变换器03耦合到公共直流母线，公共直流母线起到能量缓冲作用。第一交流电源端口和第二交流电源端口之间，交流电能量可以双向流动，直流电源端口和第一交流电源端口、第二交流电源端口之间，直流电能量和交流电能量之间也可以双向流动。上述交直流混合能量管道系统中，如何巧妙地构造双向AC/DC变换器和双向DC/DC变换器，是值得研究的方向。
以构造交直流混合能量管道系统中双向DC/DC变换器为例，可以有以下几种方式：
第一种，如图2a所示，使用两个独立的DC/DC变换器，两个DC/DC变换器独立工作，分别实现从第一直流端口到第二直流端口变换，以及从第二直流端口到第一直流端口变换；
第二种，如图2b所示，将两个独立的DC/DC变换器进行融合，从而实现部分器件公用，能量分别从第一直流端口向第二直流端口变换和从第二直流端口向第一直流端口变换时，都会通过部分公共的单元或器件，这样局部公用单元或器件可以降低双向DC-DC变换器的成本。其中，一种非常极端情况是只使用一个DC/DC变换器，使用两个选择单元，如图2c所示，通过选择单元，实现局部共用，从而降低系统成本。
应用上述两种双向DC/DC变换器的交直流混合能量管道系统不能实现真正意义上在同一回路中能量的双向流动。
发明内容
本发明提供一种三端口双向功率变换器，上述三端口双向功率变换器能够实现在真正意义上的同一回路中能量的双向流动，为应用该三端口双向功率变换器的交直流电混合系统提供不同的能量管道。
本发明提供一种三端口双向功率变换器，该三端口双向功率变换器包括：依次连接的三相H桥电路单元、母线电容、第一全桥网络、谐振单元以及第二全桥网络；
所述三相H桥电路单元包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一电感、第二电感以及第三电感，所述第一桥臂包括串联连接的第一开关和第二开关，所述第二桥臂包括串联连接的第三开关和第四开关，所述第三桥臂包括串联连接的第五开关和第六开关，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂并联连接且分别跨接于所述母线电容两端，所述第一电感第一端与所述第一桥臂中点连接，所述第二电感第一端与所述第二桥臂中点连接，所述第三电感第一端与所述第三桥臂中点连接，所述第一电感的第二端和所述第二电感的第二端与第一交流电源端口连接，所述第三电感的第二端和所述第二电感的第二端与第二交流电源端口连接；
所述第一全桥网络包括第四桥臂和第五桥臂，所述第四桥臂和第五桥臂并联连接且分别跨接于所述母线电容的两端；
所述第二全桥网络包括并联连接的第六桥臂和第七桥臂，所述第二全桥网络的第六桥臂和第七桥臂并联连接的两端与直流电源端口连接；
所述第一全桥网络与所述第二全桥网络同步调制；
所述谐振单元的输入端分别与所述第四桥臂中点以及第五桥臂中点连接，所述谐振单元的输出端分别与所述第六桥臂中点以及第七桥臂中点连接。
在一种可能的实施方式中，所述第四桥臂包括串联连接的第一组件和第二组件，所述第五桥臂包括串联连接的第三组件和第四组件；
所述第一组件、第二组件、第三组件以及第四组件均为全控型开关组件；或者，
所述第一组件和第二组件为全控型开关组件，所述第三组件和第四组件为电容元件；或者，
所述第一组件和第二组件为电容元件，所述第三组件和第四组件为全控型开关组件；或者，
所述第一组件和第三组件为全控型开关组件，所述第二组件和第四组件为同一耦合变压器的两个原边绕组；或者，
所述第一组件和第三组件为同一耦合变压器的两个原边绕组，所述第二组件和第四组件为全控型开关组件；
所述全控型开关组件包括全控型开关器件，或者包括并联连接的全控型开关器件与电容元件。
在一种可能的实施方式中，所述第六桥臂包括串联连接的第五组件和第六组件，所述第七桥臂包括串联连接的第七组件和第八组件；
所述第五组件、第六组件、第七组件以及第八组件为均为全控型开关组件；或者，
所述第五组件和第六组件为全控型开关组件，所述第七组件和第八组件为电容元件；或者，
所述第五组件和第六组件为电容元件，所述第七组件和第八组件为全控型开关组件；或者，
所述第五组件和第七组件为全控型开关组件，所述第六组件和第八组件为同一耦合变压器的两个副边绕组；或者，
所述第五组件和第七组件为同一耦合变压器的两个副边绕组，所述第六组件和第八组件为全控型开关组件。
在一种可能的实施方式中，所述谐振单元包括第一谐振电路，当所述第一全桥网络和/或所述第二全桥网络中包括电容元件时，所述第一谐振电路包括第一谐振电感。
在一种可能的实施方式中，所述谐振单元包括第一谐振电路，所述第一谐振电路包括串联连接的第一谐振电感和第一谐振电容。
在一种可能的实施方式中，所述谐振单元还包括励磁电感，所述励磁电感跨接于所述第一谐振电路的两个支路上。
在一种可能的实施方式中，所述谐振单元还包括变压器，所述第一谐振电路串联在所述变压器的原边绕组上。
在一种可能的实施方式中，当所述第一全桥网络中包括同一耦合变压器的两个原边绕组时，所述第一全桥网络中的同一耦合变压器的两个原边绕组为所述谐振单元中变压器的原边绕组；
当所述第二全桥网络中包括同一耦合变压器的两个副边绕组时，所述第二全桥网络中的同一耦合变压器的两个副边绕组为所述谐振单元中变压器的副边绕组。
在一种可能的实施方式中，所述谐振单元还包括第二谐振电路，所述第二谐振电路串联在所述谐振单元中变压器的副边绕组上；
所述第二谐振电路包括第二谐振电容和/或第二谐振电感。
在一种可能的实施方式中，还包括电流采样器件，所述电流采样器件分别与所述第一电感、第二电感以及第三电感串联连接。
本发明的有益效果为：本发明实施例提供的三端口双向功率变换器中，第一电感和第二电感耦合到第一交流电源端口，第二电感和第三电感耦合到第二交流电源端口，第二全桥网络耦合到直流电源端口，第一桥臂、第一电感L1、第二桥臂和第二电感L2构成第一双向AC/DC变换器，第二桥臂为公共桥臂，第二桥臂、第二电感L2、第三桥臂以及第三电感L3又构成第二双向AC/DC变换器，第一全桥网络200、谐振单元300和第二全桥网络400构成双向DC/DC变换器，第一双向AC/DC变换器、第二双向AC/DC变换器、以及双向DC/DC变换器均跨接于母线电容的两端。该三端口双向功率变换器形成了一个三端口的交直流混合能量管道系统，其中，第一双向AC/DC变换器、第二双向AC/DC变换器以及双向DC/DC变换器均能够实现在同一回路中能量的双向流动，并且，可以为应用该三端口双向功率变换器的交直流电混合供电系统提供不同的能量管道系统。
附图说明
图1为现有技术中交直流混合能量管道系统的结构示意图；
图2a、图2b和图2c为现有技术中双向DC/DC变换器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种三端口双向功率变换器的结构示意图；
图4a为本发明实施例提供的一种第一全桥网络的结构示意图；
图4b为本发明实施例提供的一种第二全桥网络的结构示意图；
图5a、图5b、图5c、图5d、图5e、图5f、图5g、图5h、图5i和图5j为本发明实施例提供的一种第一全桥网络或第二全桥网络的结构示意图；
图6a和图6b为本发明实施例提供的一种谐振单元的结构示意图；
图7a和图7b为本发明实施例提供的一种谐振单元的结构示意图；
图8a、图8b和图8c为本发明实施例提供的一种谐振单元的结构示意图；
图9a、图9b、图9c、图9d、图9c、图9e、图9f、图9g、图9h为本发明实施例提供的一种谐振单元的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种三端口双向功率变换器的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种交直流电混合供电系统的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的另一种三端口双向功率变换器的结构示意图；
图13为本发明实施例提供的另一种三端口双向功率变换器的结构示意图；
图14为本发明实施例提供的另一种三端口双向功率变换器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有技术中的问题，本发明实施例提供一种三端口双向功率变换器，能够实现在真正意义上的同一回路中能量的双向流动，为应用该三端口双向功率变换器的交直流电混合供电系统提供不同的能量管道。
下面结合附图以及具体实施例，对本发明实施例提供的三端口双向功率变换器进行详细说明。
本发明实施例提供一种三端口双向功率变换器，如图3所示，该三端口双向功率变换器包括：依次连接的三相H桥电路单元100、母线电容C、第一全桥网络200、谐振单元300以及第二全桥网络400；
三相H桥电路单元100包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一电感L1、第二电感L2以及第三电感L3，第一桥臂包括串联连接的第一开关S1和第二开关S2，第二桥臂包括串联连接的第三开关S3和第四开关S4，第三桥臂包括串联连接的第五开关S5和第六开关S6，第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂并联连接且分别跨接于母线电容C两端，第一电感L1第一端与第一桥臂中点连接，第二电感L2第一端与第二桥臂中点连接，第三电感L3第一端与第三桥臂中点连接，第一电感L1的第二端和第二电感L2的第二端与第一交流电源端口连接，第三电感L3的第二端和第二电感L2的第二端与第二交流电源端口连接；具体地，第一桥臂中点为第一开关与第二开关的串联点，第二桥臂中点为第三开关和第四开关的串联点；
第一全桥网络200包括第四桥臂和第五桥臂，第四桥臂和第五桥臂并联连接且分别跨接于母线电容C的两端；
第二全桥网络400包括并联连接的第六桥臂和第七桥臂，第二全桥网络200的第六桥臂和第七桥臂并联连接的两端与直流电源端口连接；
第一全桥网络与第二全桥网络同步调制；
谐振单元300的输入端分别与第四桥臂中点以及第五桥臂中点连接，谐振单元300的输出端分别与第六桥臂中点以及第七桥臂中点连接。
在具体地实施方式中，交直流电混合供电系统应用上述三端口双向功率变换器，具体地，上述三端口双向功率变换器，第一电感L1的第二端和第二电感L2的第二端耦合到第一交流电源端口，第二电感L2的第二端和第三电感L3的第二端耦合到第二交流电源端口，第二全桥网络400的第六桥臂和第七桥臂并联的两端耦合到直流电源端口，该三端口双向功率变换器形成一个三端口的交直流混合能量管道系统。
上述发明实施例中提供的三端口双向功率变换器中，三相H桥电路单元100可以组成两个双向AC/DC变换器，具体地，第一桥臂、第一电感L1、第二桥臂和第二电感L2组成第一全桥整流/逆变器，而第二桥臂为公共桥臂，第三桥臂、第三电感L3、第二桥臂以及第二电感L2又组成第二全桥整流/逆变器；三端口双向功率变换器正常工作时，第一全桥整流/逆变器和第二全桥整流/逆变器可以均采用单极性调制的方式，并且可以均以第二桥臂作为工频导通桥臂；第三开关S3、第四开关S4工频互补导通分别将第二电感L2的第一端电压钳位到母线电容C的一端或者另一端电位，第一开关S1和第二开关S2也按照正弦波信号进行调制后高频互补导通，第一全桥整流/逆变器就构成了第一双向AC/DC变换器；与此同时，第三开关S3、第四开关S4工频互补导通，分别将第二电感L2的一端电压钳位到母线电容C的一端或另一端电位，第五开关S5和第六开关S6也按照正弦波信号进行调制后高频互补导通，第二全桥整流/逆变器就构成了第二双向AC/DC变换器。
上述发明实施例提供的三端口双向功率变换器中，第一全桥网络200、谐振单元300和第二全桥网络400可以构成了双向DC/DC变换器，具体地，第一全桥网络200和第二全桥网络400采用同步调制的模式进行调制时，第一全桥网络200和第二全桥网络400在一个高频开关周期内保持同步的开通时间，开通时间内，第一全桥网络200的直流侧端电压耦合到谐振单元300的输入端，形成电压V1，第二全桥网络400的直流侧端电压耦合到谐振单元300的输出端，形成电压V2，谐振单元300由于是电感元件或电感元件和电容元件的组合，其高频特性表现为一定的阻抗特性，电压V1和电压V2在谐振单元300的两端形成一定的压差，根据压差的正负，决定了流过谐振单元300的平均电流的方向，谐振单元300的高频阻抗特性可以限制电流快速上升，避免电流失控。所以，第一全桥网络200，谐振单元300和第二全桥网络400构成的双向DC/DC变换器，其能量变换方向可以根据外部的直流侧电压的变化，自动调节平均电流的方向，实现了真正意义上在同一个回路中能量双向流动，如同能量管道一般。
具体实施方式中，第一全桥网络200，谐振单元300和第二全桥网络400组成了双向DC/DC变换器，第一双向AC/DC变换器和/或第二双向AC/DC变换器再叠加双向DC/DC变换器，最终形成的功能单元依然是双向AC/DC变换器，增加双向DC/DC能够实现隔离、电压匹配等目的。
上述三端口双向功率变换器中，第一电感和第二电感耦合到第一交流电源端口，第二电感和第三电感耦合到第二交流电源端口，第二全桥网络耦合到直流电源端口，第一桥臂、第一电感L1、第二桥臂和第二电感L2构成第一双向AC/DC变换器，第二桥臂为公共桥臂，第二桥臂、第二电感L2、第三桥臂以及第三电感L3又构成第二双向AC/DC变换器，第一全桥网络200、谐振单元300和第二全桥网络400构成双向DC/DC变换器，第一双向AC/DC变换器、第二双向AC/DC变换器、以及双向DC/DC变换器均跨接于母线电容的两端。该三端口双向功率变换器形成了一个三端口的交直流混合能量管道系统，其中，第一双向AC/DC变换器、第二双向AC/DC变换器以及双向DC/DC变换器均能够实现在同一回路中能量的双向流动，并且，可以为应用该三端口双向功率变换器的交直流电混合供电系统提供不同的能量管道系统。
具体实施方式中，上述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5和第六开关S6均为全控型开关器件。例如，可以是金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)或绝缘栅双极性晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。
上述发明实施例中，第一全桥网络200的结构如图4a所示，第四桥臂包括串联连接的第一组件ZJ1和第二组件ZJ2，第五桥臂包括串联连接的第三组件ZJ3和第四组件ZJ4，第四桥臂中点为第一组件ZJ1和第二组件ZJ2的串联点，第五桥臂的中点为第三组件ZJ3和第四组件ZJ4的串联点，第一全桥网络200可以有以下具体地实施方式：
方式一：第一组件ZJ1、第二组件ZJ2、第三组件ZJ3以及第四组件ZJ4均为全控型开关组件，如图5a、图5b所示。
具体实施中，全控型开关组件包括全控型开关器件，或者包括并联连接的全控型开关器件与电容元件，如图5a、图5b所示。
方式二：第一组件ZJ1和第二组件ZJ2为全控型开关组件，第三组件ZJ3和第四组件ZJ4为电容元件，如图5c、图5d所示；或者，第一组件ZJ1和第二组件ZJ2为电容元件，第三组件ZJ3和第四组件ZJ4为全控型开关组件，如图5e、图5f所示。
方式三：第一组件ZJ1和第三组件ZJ3为全控型开关组件，第二组件ZJ2和第四组件ZJ4为同一耦合变压器的两个原边绕组，如图5g、图5h所示；或者，第一组件ZJ1和第三组件ZJ3为同一耦合变压器的两个原边绕组，第二组件ZJ2和第四组件ZJ4为全控型开关组件，如图5i、图5j所示。
需要说明的是，上述第一组件ZJ1、第二组件ZJ2、第三组件ZJ3和第四组件ZJ4的相对位置只是为了方便技术方案的描述，第一组件ZJ1、第二组件ZJ2和第三组件ZJ3、第四组件ZJ4的位置互换，以及第一组件ZJ1、第二组件ZJ2、第三组件ZJ3和第四组件ZJ4的位置整体互换，并不影响电路的结构，都属于本发明保护的范围。
在实际应用中，第一全桥网络200可以按照上述三种具体实施方式其中的一种方式进行设置，在这里不做限制。
上述发明实施例中，第二全桥网络400的结构如图4b所示，第六桥臂包括串联连接的第五组件ZJ5和第六组件ZJ6，第七桥臂包括串联连接的第七组件ZJ7和第八组件ZJ8，第七桥臂的中点为第五组件ZJ5和第六组件ZJ6的串联点，第八桥臂为第七组件ZJ7和第八组件ZJ8的串联点，第二全桥网络400可以有以下具体地实施方式：
方式一：第五组件ZJ5、第六组件ZJ6、第七组件ZJ7以及第八组件ZJ8为均为全控型开关组件，如图5a、图5b所示；具体实施方式中，全控型开关组件包括全控型开关器件，或者包括并联连接的全控型开关器件与电容元件，如图5a、图5b所示。
方式二：第五组件ZJ5和第六组件ZJ6为全控型开关组件，第七组件ZJ7和第八组件ZJ8为电容元件，如图5c、图5d所示；或者，第五组件ZJ5和第六组件ZJ6为电容元件，第七组件ZJ7和第八组件ZJ8为全控型开关组件，如图5e、图5f示。
方式三：第五组件ZJ5和第七组件ZJ7为全控型开关组件，第六组件ZJ6和第八组件ZJ8为同一耦合变压器的两个副边绕组，如图5g、图5h所示；或者，第五组件ZJ5和第七组件ZJ7为同一耦合变压器的两个副边绕组，第六组件ZJ6和第八组件ZJ8为全控型开关组件，如图5i、图5j所示。
需要说明的是，上述第五组件ZJ5、第六组件ZJ6、第七组件ZJ7和第八组件ZJ8的相对位置只是为了方便技术方案的描述，第五组件ZJ5、第六组件ZJ6和第七组件ZJ7、第八组件ZJ8的位置互换，以及第五组件ZJ5、第六组件ZJ6、第七组件ZJ7和第八组件ZJ8的位置整体互换，并不影响电路的结构，都属于本发明保护的范围。
在实际应用中，第二全桥网络400可以按照上述三种具体实施方式其中的一种方式进行设置，在这里不做限制。
上述三端口双向功率变换器中，第一全桥网络200和第二全桥网络400采用同步调制模式进行控制，在具体地实施方式中，当第一组件ZJ1至第八组件ZJ8均为全控型开关组件时，第一全桥网络200和第二全桥网络400的桥臂使用互补的驱动信号进行控制，第一全桥网络200的第一组件ZJ1至少和第二全桥网络400第五组件ZJ5或第六组件ZJ6驱动信号完全同步，并且，第一全桥网络200和第二全桥网络400的桥臂分别设置死区时间。
上述三端口双向功率变换器，具体地，第一全桥网络200和第二全桥网络400可以同时采用占空比固定频率可调的PFM模式进行同步调制；或者，第一全桥网络200和第二全桥网络400还可以同时采用频率固定占空比可调的PWM模式进行同步调制；
在一种可能的实施方式中，第一全桥网络200和第二全桥网络400使用一组占空比为50％互补的驱动信号进行控制，具体地，当第一组件ZJ1至第八组件ZJ8均为全控型开关组件时，第一全桥网络200的第一组件ZJ1、第四组件ZJ4和第二全桥网络400的第五组件ZJ5、第八组件ZJ8使用同一来源的驱动信号进行控制，第一全桥网络200的第二组件ZJ2、第三组件ZJ3和第二全桥网络400的第六组件ZJ6、第七组件ZJ7使用与上述驱动信号互补的信号进行控制。
上述发明实施例中，具体地，谐振单元300可以包括第一谐振电路，第一谐振电路包括串联的第一谐振电感Lr1和第一谐振电容Cr1，如图6a所示，第一谐振电容Cr1和第一谐振电感Lr1组成谐振网络，给第一全桥网络200和第二全桥网络400中的全控型开关器件提供零电压开通或者零电流关断的条件，产生软开关效果，降低了开关损耗，提高了双向DC/DC变换器的变换效率。
具体实施中，当第一全桥网络200和/或第二全桥网络400中包括电容元件时，例如，第一组件ZJ1和第二组件ZJ2为全控型开关组件，第三组件ZJ3和第四组件ZJ4为电容元件时，或者，全控型开关组件包括并联连接的全控型开关器件和电容元件时，第一谐振电路可以只设置第一谐振电感Lr1，如图6b所示，第一全桥网络200和/或第二全桥网络400中的电容元件与第一谐振电感Lr1组成谐振网络，在第一全桥网络200和第二全桥网络400中的全控型开关器件开通过程中创造零电压开通条件，或者是在第一全桥网络200和第二全桥网络400中的全控型开关器件开通过程中创造零电流关断条件，产生软开关效果，降低了开关损耗，提高了双向DC/DC变换器的变换效率。
具体实施中，谐振单元300还包括励磁电感Lm，励磁电感Lm跨接在第一谐振电路的两个支路上，如图7a和图7b所示，通过增加励磁电感Lm能够改变谐振腔的阻抗特性曲线，从而改变谐振单元300的增益曲线。
在一种可能的实施方式中，谐振单元300还包括变压器T，上述第一谐振电路串联在变压器T的原边绕组上，如图8a和图8b所示，此谐振单元300能够实现高频隔离，谐振腔的能量通过变压器T传递，能够增大直流端口的电压范围。具体地，按照预先设定的匝比设计变压器T，可以匹配变压器T两端的电压幅值。在具体地实施方式中，变压器T可以为隔离变压器。
具体实施中，当第一全桥网络200中包括同一耦合变压器的两个原边绕组时，第一全桥网络200中的同一耦合变压器的两个原边绕组为谐振单元300中变压器T的原边绕组；当第二全桥网络400中包括同一耦合变压器的两个副边绕组时，第二全桥网络400中的同一耦合变压器T的两个副边绕组为谐振单元300中变压器T的副边绕组。
具体实施中，当谐振单元300包括变压器T时，第一谐振电路串联在变压器T的原边绕组上，励磁电感Lm并联在变压器T的原边绕组的两端，如图8c所示。
在一种可能的实施方式中，当谐振单元300包括变压器T时，谐振单元300还包括第二谐振电路，第二谐振电路串联在变压器T的副边绕组上；第二谐振电路包括第二谐振电容Cr2和/或第二谐振电感Lr2，如图9a、图9b和图9c所示。在具体地实施方式中，谐振单元300可以由第一谐振电路、励磁电感Lm、变压器T、第二谐振电路组成，如图9d所示；或者，谐振单元300可以由第一谐振电路、变压器T和第二谐振电路组成，如图9e、图9f、图9g和图9h所示。
需要说明的是，变压器T两侧的电感元件、电容元件，总是可以等效到变压器T的一侧，相反的变压器T的一侧的电感元件、电容元件也可以等效到变压器T两侧。
在一种可能的实施方式中，上述三端口双向功率变换器，还包括电流采样器件Sam，如图10所示，电流采样器件可以是霍尔电流采样器件，也可以是电流互感器，也可以是分流计，电流采样器件分别与第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3串联，能够实现对电流的采集或者检测、观察。
在现实的应用中，能量管道系统应用非常广泛，比如第一交流电源端口连接市电，第二交流电源端口连接具有能量回馈系统的负载，如电动机负载，第一直流端口连接直流储能装置，这样的系统中，市电和电池可以同时为负载供电，负载回馈能量也可以回馈到电网或者储蓄到电池中，市电也可以单独给电池充电，电池也能用来补偿市电端的功率因数。另一种应用中，第一交流电源端口连接到市电，第二交流电源端口连接到另外一路交流供电电源(风力发电、油机、不间断供电电源)，第一直流电源端口连接直流储能装置；当第二交流电源端口连接到风力发电装置上，可以组成微电网发电系统；当第二交流电源端口连接到油机装置，可以组成交直流共用的启动、发电装置；当第二交流电源端口连接到不间断供电电源装置时，可以在第一直流电源端口形成稳定可靠的直流供电装置。因此，根据每个端口耦合到的装置不同，交直流混合双向能量管道系统的应用非常广泛。
上述发明实施例提供的三端口双向功率变换器，根据第二交流电源端口耦合的电源类型不同，提供不同的能量管道系统。
在一种可能的实施方式中，如图3所示，上述三端口双向功率变换器，第一交流电源端口耦合到市电，第二交流电源端口耦合到第二交流源，直流电源端口耦合到直流储能装置，即第一电感L1的第二端耦合到市电的第一火线L，第三电感L3耦合到第二交流源，由于第二桥臂为公共桥臂，第二电感L2的第二端耦合到市电以及第二交流源的零线N，第二全桥网络400中第六桥臂和第七桥臂并联的两端耦合到直流储能设备，市电和第二交流源可以同时为直流储能装置提供能量；在市电断电的情况下，第二交流源和直流储能装置也可同时按照预先设定的能量分配比例，为接在市电侧的负载联合供电。
在另一种可能的实施方式中，如图11所示，三端口双向功率变换器中，第二交流电源端口也可以耦合到能量回馈型负载，即第一电感L1的第二端耦合到市电的第一火线L，第三电感L3的第二端耦合到能量回馈型负载，第二电感L2的第二端耦合到市电以及第二交流源的零线N，市电和直流储能装置可同时联合为能量回馈型负载提供能量，能量回馈型负载回馈能量时，可以按照预先设定的条件选择将能量回馈到直流储能装置或者市电，或者同时回馈到市电和直流储能装置；
下面具体描述几种三端口双向功率变换器的实施方式。
在一种可能的实施方式中，如图12所示，上述三端口双向功率变换器，第一全桥网络200中第一组件ZJ1、第二组件ZJ2、第三组件ZJ3和第四组件ZJ4分别为第七开关S7、第八开关S8、第九开关S9、第十开关S10，谐振单元300包括第一谐振电感Lr1、第一谐振电容Cr1、励磁电感Lm、变压器T，第二全桥网络400中的第五组件ZJ5、第六组件ZJ6、第七组件ZJ7和第八组件ZJ8分别为第十一开关S11、第十二开关S12、第十三开关S13和第十四开关S14，第七开关S7、第十开关S10、第十一开关S11和第十四开关S14采用同步调制的方式进行控制，在一个高频开关周期内保持同步的开通时间，第七开关S7、第十开关S10与第八开关S8、第九开关S9使用互补的驱动信号并设置死区时间，第十一开关S11、第十四开关S14与第十二开关S12、第十三开关S13使用互补的驱动信号，并设置死区时间。在这种实施方式中，第一谐振电感Lr1与第一谐振电容Cr1不是相邻串联，但是，如果电流完整的流过串联回路，那么串联回路中的器件位置互换是没有任何影响的。
其中，第一全桥网络200和第二全桥网络400按照同步调制模式进行控制，在一个高频同步的开通时间内，第一全桥网络200直流侧的电压耦合到谐振单元300一侧的电压为V1，第二全桥网络400直流侧的电压耦合到谐振单元300另一侧的电压为V2，假如变压器TT的变比为N：1，则当V1大于N×V2时，第一全桥网络200工作状态等效于在全桥斩波模式，第二全桥网络400的工作状态等效于全桥整流模式，有功能量的流动方向是从第一全桥网络200到第二全桥网络400；当V1小于N×V2时；第一全桥网络200工作状态等效于在全桥整流模式，第二全桥网络400的工作状态等效于全桥斩波模式，有功能量的流动方向是从第二全桥网络400到第一全桥网络200；当V1等于N×V2时；第一全桥网络200和第二全桥网络400之间平均有功能量为零。
在一种可能的实施方式中，如图13所示，上述三端口双向功率变换器，第一全桥网络200中第一组件ZJ1、第二组件ZJ2、第三组件ZJ3和第四组件ZJ4分别为第七开关S7、第八开关S8、第一电容C1和第二电容C2，第二全桥网络400中第五组件ZJ5、第六组件ZJ6、第七组件ZJ7和第八组件ZJ8分别为第十一开关S11、第十二开关S12、第十三开关S13和第十四开关S14。其中第一谐振电感Lr1和第一全桥网络200的第一电容C1、第二电容C2组成串联谐振。第一全桥网络200和第二全桥网络400按照同步调制模式进行控制，在一个高频同步的开通时间内，第一全桥网络200直流侧的电压耦合到谐振单元300一侧的电压为V1，第二全桥网络400直流侧的电压耦合到谐振单元300另一侧的电压为V2，假如变压器TT的变比为N：1，则当V1大于N×V2时，第一全桥网络200工作状态等效于在半桥斩波模式，第二全桥网络400的工作状态等效于全桥整流模式，有功能量的流动方向是从第一全桥网络200到第二全桥网络400；当V1小于N×V2时，第一全桥网络200工作状态等效于在倍压整流状态，第二全桥网络400的工作状态等效于全桥整流模式，有功能量的流动方向是从第二全桥网络400到第一全桥网络200。
在一种可能的实施方式中，如图14所示，上述三端口双向功率变换器，第一全桥网络200中第一组件ZJ1、第二组件ZJ2、第三组件ZJ3和第四组件ZJ4分别为全控型开关组件，全控型开关组件包括并联连接的全控性开关器件和电容元件，即第一全桥网络200包括第七开关S7、第八开关S8、第九开关S9、第十开关S10、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，第一全桥组件中的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和谐振单元300的第一谐振电感Lr1组成串联谐振，谐振单元300包含一个三绕组的变压器T，第一绕组作为变压器T的原边，第二绕组和第三绕作为变压器T的副边，第二绕组和第三绕组又分别和第二全桥网络400的第六组件ZJ6、第八组件ZJ8进行共用，具体地，第二全桥网络400的第五组件ZJ5、第六组件ZJ6、第七组件ZJ7和第八组件ZJ8分别为第十一开关S11、变压器T的第二绕组、第十二开关、变压器T的第三绕组。按照上述类似的分析方法，第一全桥网络200的两种工作状态可以分别等效为全桥斩波模式和倍全桥整流状态，第二全桥网络400的两种工作状态可以分别等效为推挽斩波模式和全波整流模式。
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