[發明專利]適用于電力電子變壓器的自適應投切方法、裝置及系統

有效

• 申請號: 201911080185.0
• 申請日: 2019-11-07
• 公開（公告）號: CN110829865B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 葛雪峰;袁宇波;史明明
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司;江蘇省電力試驗研究院有限公司
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217;H02M3/335
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 俞翠華

本發明公開了一種適用于電力電子變壓器的自適應投切方法、裝置及系統，包括獲取電力電子變壓器初始狀態下的輸出有功功率，所述電力電子變壓器中包括若干個子功率模塊，所述子功率模塊均包括前級的AC/DC變換器和后級的高頻隔離模塊；基于獲取到的電力電子變壓器的輸出有功功率，按照設定的策略自適應調控電力電子變壓器中的高頻隔離模塊的投入運行模塊數，得到新狀態的電力電子變壓器，并調控新狀態的電力電子變壓器中各子功率模塊交流輸出電壓的d軸、q軸分量，實現模塊化電力電子變壓器功率的優化分配和穩定運行。本發明在輕載工況下僅保持部分高頻隔離模塊并列供電，有效提升設備整體效率。

技術領域

本發明屬于電力電子自動控制技術領域，具體涉及一種適用于電力電子變壓器的自適應投切方法。

背景技術

電力電子變壓器實現了功率傳輸、電壓等級變換、電氣隔離等功能，并可提供直流負荷電源儲能以直流端口。以典型的兩端口交流/直流變壓器為例，電力電子變壓器包括前級的AC/DC變換器以及后級的雙有源橋式變換電路(Dual Active Bridge，DAB)，即高頻隔離模塊。而受限于半導體器件耐壓等級的影響，前級AC/DC變換器一般多采用模塊化結構；同時，目前大功率的高頻變壓器的最大容量一般為100kVA左右。綜合上述兩項器件特性的影響，工程上投運的電力電子變壓器多采用圖1所示的串入并出型的模塊化結構。電力電子變壓器前級的AC/DC變換器采用級聯H橋結構，AC/DC變換器開關頻率低，開關損耗低，整體效率較高且可保持在99％左右。電力電子變壓器的后級采用圖2所示的高頻變換器，變換器能量轉換級數多，并且低負載工況下高頻隔離模塊難以實現軟開關；因此，該部分變換器輕載工況下運行效率較低。

發明內容

為突破電力電子變壓器輕載工況下整體效率低的劣勢，實現全功率范圍內的高效運行，本專利提出了一種適用于電力電子變壓器的自適應投切方法，輕載工況下僅保持部分高頻隔離模塊并列供電，有效提升設備整體效率。

為了實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

第一方面，本發明提供了一種適用于電力電子變壓器的自適應投切方法，包括：

獲取電力電子變壓器初始狀態下的輸出有功功率，所述電力電子變壓器中包括若干個子功率模塊，所述子功率模塊均包括前級的AC/DC變換器和后級的高頻隔離模塊；

基于獲取到的電力電子變壓器的輸出有功功率，按照設定的策略自適應調控電力電子變壓器中的高頻隔離模塊的投入運行模塊數，得到新狀態的電力電子變壓器，并調控新狀態的電力電子變壓器中各子功率模塊交流輸出電壓的d軸、q軸分量，實現電力電子變壓器模塊功率優化分配，完成電力電子變壓器模塊的自適應投切。

可選地，所述新狀態的電力電子變壓器包括相連的第一功率模組和第二功率模組，所述第一功率模組中的所有AC/DC模塊和高頻隔離模塊均處于運行狀態；所述第二功率模組中的所有AC/DC模塊均處于運行狀態，所有高頻隔離模塊均處于待機狀態。

可選地，所述基于獲取到的電力電子變壓器的輸出有功功率，按照設定的策略自適應調控電力電子變壓器中的高頻隔離模塊的投入運行模塊數，具體包括以下步驟：

將獲取到的電力電子變壓器的輸出有功功率，帶入下式，求得電力電子變壓器中的高頻隔離模塊的投入運行模塊數：

當時：

式中，其中N_1m＝1，2…N，N為電力電子變壓器中的子功率模塊總數，α、β分別表示電力電子變壓器輸出有無功功率、無功功率的標幺值；N_E為電力電子變壓器中的冗余子功率模塊的數目，電力電子變壓器高頻隔離部分的損耗P_R表達式為：