[發(fā)明專利]一種單相多模塊級聯(lián)固態(tài)變壓器均壓均功率控制方法

有效

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• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號: CN103490638A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石健將;榮強(qiáng);吳劍
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M7/797;H02M3/335
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，尤其涉及一種多模塊級聯(lián)SST(固態(tài)變壓器)均壓均功率控制方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)電力變壓器自被發(fā)明以來，因其工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，應(yīng)用數(shù)量龐大。但是它存在顯著缺點(diǎn)：體積大，笨重；輸出電壓無法維持恒定等。其主要功能是實(shí)現(xiàn)隔離和電壓等級變換，功能簡單，對電網(wǎng)電能質(zhì)量沒有改善能力。

固態(tài)變壓器的概念早就被提出，它主要是通過使用電力電子器件和電力電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換和能量傳遞。其突出特點(diǎn)是可以改善電網(wǎng)電能質(zhì)量，改善輸入端的功率因數(shù)和輸出端電壓。因此固態(tài)變壓器具有比傳統(tǒng)變壓器更適合智能電網(wǎng)建設(shè)的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

近年來由于電力電子器件的飛速發(fā)展使得電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用成為可能。目前的電力電子器件尚不能滿足配電等級的要求，這也是一直限制固態(tài)變壓器發(fā)展的重要因素之一，可以使用級聯(lián)模塊的方式來彌補(bǔ)單個(gè)模塊電壓等級的不足。但是級聯(lián)方式會(huì)引入各模塊間的輸出電壓和輸出功率不平衡問題，可能導(dǎo)致整個(gè)SST系統(tǒng)無法正常工作，必須通過一定的控制策略來實(shí)現(xiàn)電壓和功率均衡。

本發(fā)明控制方式所應(yīng)用的主功率拓?fù)渫ㄟ^多模塊級聯(lián)的方式能很好的滿足高電壓等級的要求，但是在此之前的控制方式要么過于復(fù)雜，要么不能很好的實(shí)現(xiàn)均壓均功率的功能。本發(fā)明控制方式不僅能實(shí)現(xiàn)均壓均功率的要求，同時(shí)能夠保證控制方式簡單，容易實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有級聯(lián)模塊中存在的電壓和功率不均衡的不足，提供一種單相多模塊級聯(lián)固態(tài)變壓器均壓均功率控制方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：單相SST功率主電路部分由三級組成：輸入級為高頻有源AC/DC整流器，中間級為高頻隔離型DC/DC變換器，輸出級為高頻DC/AC逆變器。輸入級交流側(cè)采用多模塊串聯(lián)，輸入級各個(gè)模塊的高壓直流輸出端接對應(yīng)中間級各模塊輸入端，中間級各模塊輸出端并聯(lián)輸出400伏直流，輸出級高頻逆變器把400伏直流變換成輸出220伏/50赫茲交流電。其特征在于，它包括以下步驟：

(1)輸入級采用dq變換控制方式，中間級DAB的輸出直流電壓作為電壓環(huán)的反饋，該步驟包括以下子步驟：

(1.1)對中間級DAB的并聯(lián)輸出直流電壓進(jìn)行采樣，采樣值與給定值進(jìn)行比較，它們的誤差經(jīng)過電壓環(huán)PI作為d軸電流環(huán)的基準(zhǔn)；

(1.2)輸入電流采樣值經(jīng)過dq變換得到d軸，q軸兩個(gè)分量，其中dq變換所用相位基準(zhǔn)由輸入電壓采樣值經(jīng)PLL鎖相環(huán)獲得，則d軸分量反應(yīng)有功電流分量，q軸分量反應(yīng)無功電流分量；

(1.3)d軸以上述電壓環(huán)PI的輸出作為基準(zhǔn)，誤差送入d軸電流PI；q軸以0作為基準(zhǔn)，誤差送入q軸電流PI，然后對兩軸PI輸出值進(jìn)行解耦和反dq變換，得到調(diào)制波；

(1.4)3個(gè)整流橋模塊共用同一調(diào)制波，三角載波依次相移120°，載波與三角波比較得到各模塊的驅(qū)動(dòng)信號。

(2)中間級各模塊控制方式相同，采用電壓前饋后饋控制方法，實(shí)現(xiàn)了中間級輸入輸出電壓的比例跟隨關(guān)系，即該步驟包括以下子步驟：

(2.1)對中間級輸入和輸出電壓進(jìn)行采樣，將輸入電壓采樣信號與輸出電壓采樣信號進(jìn)行比較，誤差經(jīng)過電壓環(huán)PI，電壓環(huán)PI的輸出作為電流內(nèi)環(huán)的基準(zhǔn)；

(2.2)對輸入電流進(jìn)行采樣，將電流采樣值與電流環(huán)基準(zhǔn)值比較，誤差經(jīng)過電流環(huán)PI，然后與三角載波進(jìn)行比較，產(chǎn)生開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號。如果電流環(huán)PI輸出值為正，則功率正向流動(dòng)，反之功率反向流動(dòng)。

(3)輸出級采用SPWM控制方法，SPWM控制方法以正弦波作為調(diào)制波，與三角載波比較產(chǎn)生開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號,這樣保證輸出電壓為正弦波。

本發(fā)明的有益效果是：該控制方法可以實(shí)現(xiàn)級聯(lián)式SST各個(gè)級聯(lián)模塊間實(shí)現(xiàn)均壓和均功率，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)、電網(wǎng)電流正弦度高、開關(guān)管電壓應(yīng)力低。由于輸入級電壓環(huán)反饋采用的是中間級DAB的輸出電壓，故DAB的輸出電壓具有很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，且輸出電壓的紋波能得到很好的改善，這樣可使得DAB輸出400V母線端所接的可再生能源的利用率得到有效提高，且DAB的輸出穩(wěn)壓電容得到有效減小。相比于以前的控制方式，該控制方式使前兩級變換器協(xié)同工作，相互配合實(shí)現(xiàn)各模塊均壓均功率，同時(shí)該控制方式控制算法簡單，當(dāng)模塊很多時(shí)優(yōu)點(diǎn)明顯。該控制方式對加速電力電子變壓器的發(fā)展具有重要意義。

附圖說明

圖1是單相SST系統(tǒng)控制框圖；

圖2是圖1中閉環(huán)傳遞函數(shù)G_in的具體形式；