[發明專利]一種直流變壓器控制方法有效

申請號：	202010915410.4	申請日：	2020-09-03
公開（公告）號：	CN112054690B	公開（公告）日：	2021-11-23
發明（設計）人：	張航;李子欣;高范強;徐飛;趙聰;王平;李耀華	申請（專利權）人：	中國科學院電工研究所
主分類號：	H02M3/335	分類號：	H02M3/335
代理公司：	北京科迪生專利代理有限責任公司 11251	代理人：	關玲
地址：	100190 ***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種直流變壓器控制方法
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【權利要求書】：

1.一種直流變壓器控制方法，所述的直流變壓器由N臺串聯諧振型雙有源橋變換器構成，N的取值范圍為3～15；每臺串聯諧振型雙有源橋變換器均作為直流變壓器功率模塊；所述的直流變壓器中，N臺直流變壓器功率模塊的結構相同，各功率模塊高壓側儲能電容C_H1容值相同，各功率模塊低壓側儲能電容C_L1容值相同，各功率模塊高頻變壓器T_FH1的電壓變比、漏感及磁芯材料相同；各臺直流變壓器功率模塊由高壓側儲能電容C_H1、高壓側H橋單元、高壓側諧振電容Cr₁、高頻變壓器T_FH1、低壓側諧振電容Cr₂、低壓側H橋單元，以及低壓側儲能電容C_L1組成；高壓側H橋單元與高壓側直流儲能電容C_H1并聯連接，低壓側H橋單元與低壓側儲能電容C_L1并聯連接，高壓側H橋單元的端子q與高壓側諧振電容Cr₁的正極相連，低壓側H橋單元的端子w與低壓側諧振電容Cr₂的負極相連，高頻變壓器T_FH1的高壓側上端s與高壓側諧振電容Cr₁的負極相連，高頻變壓器T_FH1的高壓側下端t與高壓側H橋單元的端子r相連，高頻變壓器T_FH1的低壓側上端u與低壓側諧振電容Cr₂的正極相連，高頻變壓器T_FH1的低壓側下端v與低壓側H橋單元的端子x相連；同時高壓側H橋單元的兩端分別連接直流變壓器功率模塊的高壓側儲能電容C_H1的正極端子o和負極端子p，低壓側H橋單元的兩端分別連接直流變壓器功率模塊低壓側儲能電容C_L1的正極端子y和負極端子z；直流變壓器的各臺功率模塊在高壓直流側采用串聯方式連接，在低壓直流側采用并聯方式連接；每臺直流變壓器功率模塊高壓側儲能電容C_H1的正極端子o連接至相鄰直流變壓器高壓側儲能電容C_H1的負極端子p；每臺直流變壓器功率模塊低壓側儲能電容C_L1的正極端子y均連接至相鄰直流變壓器功率模塊低壓側儲能電容C_L1的正極端子y，每臺直流變壓器功率模塊低壓側儲能電容C_L1的負極端子z均連接至相鄰直流變壓器功率模塊低壓側儲能電容C_L1的負極端子z；所述的直流變壓器中，第一直流變壓器功率模塊高壓側儲能電容C_H1的正極端子o連接至第一直流端口正極端子P₁，第N直流變壓器功率模塊高壓側儲能電容C_H1的負極端子p連接至第一直流端口負極端子N₁；第一直流變壓器功率模塊低壓側儲能電容C_L1的正極端子y連接至第二直流端口正極端子P₂，第一直流變壓器功率模塊低壓側儲能電容C_L1的負極端子z連接至第二直流端口負極端子N₂，

其特征在于，所述的直流變壓器在運行過程中，直流變壓器內部的第一至第M臺功率模塊采用斷續50%占空比方波電壓開環控制模式，M在取值時小于直流變壓器功率模塊數量N；為避免傳輸功率出現回流，所述的第一至第M臺功率模塊當功率由高壓側向低壓側流動時，需閉鎖低壓側H橋變換器的開關器件，且高壓側變換器輸出工作頻率為f_s1的50%占空比方波電壓；當功率由低壓側向高壓側流動時，閉鎖高壓側H橋變換器的開關器件，低壓側H橋變換器輸出工作頻率為f_s1的50%占空比方波電壓；開關器件工作頻率f_s1與LC諧振網絡工作頻率f_r1不相同，且滿足f_s1=f_r1/(1+2f_r1T_D)，其中T_D為變換器死區時間；在該控制模式下，流入高頻變壓器的電流在每個開環周期內呈現斷續，且斷續時間為2T_D；直流變壓器內部第M+1至第N臺功率模塊采用變頻移相電壓閉環控制模式，在該控制模式下第M+1至第N臺功率模塊內部高低壓側H橋變換器輸出存有相位差φ且頻率均為f_s2的50%占空比方波電壓，相位差φ通過傳統低壓側電容電壓閉環控制得到；當能量從高壓側傳遞至低壓側時，高壓側H橋變換器輸出50%占空比方波電壓相位超前于低壓側H橋變換器輸出50%占空比方波電壓相位；當功率由低壓側向高壓側流動時，則高壓側H橋變換器輸出50%占空比方波電壓相位滯后于低壓側H橋變換器輸出50%占空比方波電壓相位；此外，開關器件工作頻率f_s2與LC諧振網絡工作頻率f_r1不同，且開關器件工作頻率f_s2高于LC諧振網絡工作頻率f_r1；

M的取值根據直流變壓器實際運行工況調整：當所控制的低壓直流側電壓u_o、功率模塊內部高頻變壓器電壓變比k_tf、直流變壓器功率模塊數量N及高壓直流側電壓u_I之間滿足u_I/(Nk_tfu_o) ≠1時，M與直流變壓器功率模塊數量N之間滿足M=fix[0.5N]，其中fix[x]為向下取整函數；當所控制的低壓直流側電壓u_o、功率模塊內部高頻變壓器電壓變比k_tf、直流變壓器功率模塊數量N及高壓直流側電壓u_I之間滿足u_I/Nk_tfu_o=1時，M的取值范圍為fix[0.5N]≤M＜N，且在調整時M需要結合離線仿真結果確定，且最佳的M取值應滿足在直流變壓器工作在額定功率時，其余N-M臺功率模塊高壓側和低壓側的H橋所輸出的50%占空比方波電壓移相角為30°。