[發明專利]一種直流電力電子變壓器及其控制方法和裝置

有效

• 申請號: 201910532848.1
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110336462B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 程鐵漢;王留菊;鄭澤東;李永東;劉恒;張龍;高樹同;馮建
• 申請（專利權）人: 平高集團有限公司;北京平高清大科技發展有限公司;國家電網有限公司;清華大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M3/335
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 吳敏

本發明提供一種直流電力電子變壓器及其控制方法和裝置，屬于直流電力電子變壓器技術領域。該控制方法針對Boost模塊采用Boost電壓環、Boost電流環和電壓均衡環的控制策略；針對DC/DC變換模塊采用DC/DC電壓環和DC/DC電流環的控制策略；其中，計算高壓直流母線電壓測量值與所有處于投入狀態的功率變換單元的Boost母線電壓值之和的比值，得到初始控制量，將得到的初始控制量減去Boost電流環的輸出值用于作為Boost模塊的控制信號；DC/DC電流環的輸出值和DC/DC變換模塊的電壓增益用于作為DC/DC變換模塊的控制信號。本發明能提高控制系統的運行穩定性。

技術領域

本發明涉及一種直流電力電子變壓器及其控制方法和裝置，屬于直流電力電子變壓器技術領域。

背景技術

輸入串聯輸出并聯(Input Series Output Parallel，ISOP)型電力電子變壓器，在實現中高壓直流配網(10kV電壓等級或更高)與低壓直流微網(750V、380V電壓等級或更低)的電壓變換、能量交換和電器隔離功能中，發揮著十分重要的作用。

如圖1所示，為現有的一種ISOP型電力電子變壓器，包括k個功率變換單元和m個冗余備用單元，各功率變換單元和各冗余備用單元的輸入端串聯后用于連接高壓直流母線，各功率變換單元和各冗余備用單元的輸出端并聯后用于連接低壓直流母線，k≥1，m≥1；每個單元均包括投切開關、Boost模塊和DC/DC變換模塊；其中，每個單元的一種具體結構可如圖2所示，投切開關包括并聯設置的機械可控開關K1和雙向晶閘管T3；Boost模塊由輸入電感L和一個半橋模塊構成，半橋模塊由上下兩個包含反并聯二極管的IGBT開關管Sb1、Sb2串聯組成；DC/DC變換模塊由原邊全橋、電容C1、中頻變壓器T、副邊全橋和電容C2組成，原邊全橋和副邊全橋均由兩個橋臂并聯構成，每個橋臂由上下兩個包含反并聯二極管的IGBT開關管串聯構成，其中原邊全橋的一個橋臂由IGBT開關管S1、S2串聯構成，另一個橋臂由IGBT開關管S3、S4串聯構成，副邊全橋的一個橋臂由IGBT開關管S5、S6串聯構成，另一個橋臂由IGBT開關管S7、S8串聯構成。

其中，Boost模塊在其上下兩個IGBT開關管的脈沖封鎖之后，由于反并聯二極管的存在，電容不會直接通過旁路回路短路放電。通過常開Boost模塊的下管Sb2、開通雙向晶閘管T3或閉合機械可控開關K1，可以對相應的單元進行旁路。各單元高壓側采用自取電方式進行控制供電，Boost模塊、DC/DC變換模塊的原邊全橋、機械可控開關的閉合控制信號以及雙向晶閘管控制信號的供電都取自高壓側母線電容。

ISOP型電力電子變壓器的一般運行方式為：在運行初期，k個功率變換單元處于投入狀態，m個冗余備用單元處于旁路狀態，在發現某一個功率變換單元故障后，旁路該故障的功率變換單元，并投入一個冗余備用單元，即這種運行方式下，處于投入狀態的單元始終為k個。但是，由于冗余備用單元的啟動與預充電需要較長的過程，因此采用這種運行方式，會延長故障發生時刻到控制系統重新進入穩態運行時刻的時間。為了解決該問題，可采用以下運行方式：即在運行初期，k個功率變換單元和m個冗余備用單元皆投入運行，在某一個功率變換單元故障后，直接旁路該故障的功率變換單元，其余單元繼續工作，當旁路的故障變換單元數達到m個時，只有k個單元處于投入狀態。這種運行方式下，冗余備用單元以熱備用方式運行在控制系統中，使得在某個功率變換單元出現故障時，能夠實現故障的快速隔離，并使控制系統能迅速進入穩態運行。

ISOP型電力電子變壓器的一般控制策略如圖3-1和圖3-2所示，當冗余備用單元以熱備用方式運行在控制系統中時，根據圖3-1所示的控制策略，當有故障的功率變換單元被旁路時，處于投入狀態的單元個數會減少(變化趨勢為從k+m個減少到k個)，由于Boost母線電壓設定值不變，當處于投入狀態的單元個數減少時，單元Boost輸入端電壓和母線端電壓比值大幅變化，對應Boost占空比會發生明顯的變化，很容易使控制系統出現不穩定或者調節效果不佳的狀況。