[發明專利]一種固態變壓器的電容電壓分級平衡控制方法

有效

• 申請號: 202010044948.2
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111245246B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 李東野;趙劍鋒
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開一種固態變壓器的電容電壓分級平衡控制方法，基于雙電容模塊構成的固態變壓器的電容電壓平衡控制策略進行了分級控制，在模塊控制器對模塊內部電容電壓進行平衡，在系統主控制器中對模塊間電容電壓進行平衡。本發明雖然模塊控制器計算量有所增加，但是由于只增加了比較和邏輯運算，因此對微控制器硬件資源需求不大；分級控制減少了模塊控制器與主控制器之間的通訊需求，降低了主控制器的計算量，與此同時，兩級電壓平衡控制可同時進行運算，節省了運算時間。

技術領域

本發明涉及一種電容電壓平衡控制方法，尤其涉及一種固態變壓器的電容電壓分級平衡控制方法。

背景技術

隨著能源供需矛盾日益突出，可再生能源的開發和有效利用越來越受到重視。能源互聯網是提高能源利用效率的有效途徑，其中，固態變壓器是核心設備。固態變壓器，也稱電力電子變壓器或電子電力變壓器是利用多電平變換器和中高頻變壓器一起來實現不同形式，不同電壓等級的電壓變換以及能量的雙向傳輸，具有環保、器件體積小、輸出電壓質量好等優點，已經成為學者們公認的一種有效的能源傳輸和管理方式。固態變壓器為了與高壓母線相連接，往往采用適用于高壓場合的多電平變換器，如級聯H橋變換器或模塊化多電平變換器，其主要目的是通過半橋或全橋單電容電路模塊的串聯以達到較高的電壓等級。但是，簡單的模塊串聯會造成相關的輔助電路增加，特別是在電壓等級很高，模塊數量很大的情況下。因此，有學者提出采用雙電容模塊來代替原有的單電容模塊以解決上述問題。與此同時，還有學者對雙電容模塊的拓撲進行了改進，可進一步減少與模塊電容相連的DC/DC變換器的數量，從而降低硬件復雜度。盡管如此，為了系統的穩定運行，每個模塊的電容電壓仍然要被采集并被送到主控制器為控制信號的產生提供依據，也就是說，在控制系統和通訊需求方面，這與采用單電容模塊是相同的。要降低控制復雜度和通訊需求，主要矛盾在于電容電壓的平衡控制，特別是每個模塊內部的電容電壓平衡控制。如果能將雙電容模塊中兩個電容之間的平衡控制放在模塊內部，而將兩個電容電壓之和或其平均值送至主控制器即可降低通訊需求，同時對于主控制器來說，需要進行計算和排序的電壓數量也減少了一半。

發明內容

發明目的：為解決高壓應用場合中固態變壓器控制復雜度較高和通訊需求較大的問題，提供一種固態變壓器的電容電壓分級平衡控制方法。

技術方案：本發明所述的一種固態變壓器的電容電壓分級平衡控制方法，具體包括以下步驟：

(1)在系統運行過程中，各模塊控制器分別測量和采集各模塊內部的電容電壓值U_cij，其中i表示模塊序號，j表示模塊內電容序號；

(2)確定模塊內兩個電容電壓差值的閾值U_exc，其中U_exc大于0；

(3)模塊控制器向系統主控制器發送模塊內兩個電容電壓之和U_ci＝U_ci1+U_ci2或兩個電容電壓的平均值U_{ci_av}＝(U_ci1+U_ci2)/2；

(4)系統主控制器根據接收到的各模塊電容電壓之和U_ci或電容電壓的平均值U_{ci_av}，計算電容電壓平均值U_{c_av}＝(ΣU_ci)/n或(ΣU_{ci_av})/(n/2)，其中，n為多電平變換器中電容的數量；當U_ci2U_{c_av}或U_{ci_av}U_{c_av}，則減少第i個模塊電容充電的開關導通時間或增加第i個模塊電容放電的開關導通時間；當U_ci2U_{c_av}或U_{ci_av}U_{c_av}，則增加第i個模塊電容充電的開關導通時間或減少第i個模塊電容放電的開關導通時間；

(5)系統主控制器向模塊控制器發送用以控制該模塊電容充放電的開關控制信號；