[發(fā)明專利]基于直流側(cè)電容諧振的電力電子變壓器開關(guān)控制系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110019796.5
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112671250A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙聰;李子欣;胡鈺杰;李耀華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M3/335;H02M7/219;H02M7/5387
• 代理公司: 北京瀚仁知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11482
• 代理人: 宋寶庫;屠曉旭

本發(fā)明屬于電力電子變壓器控制策略領(lǐng)域，具體涉及了一種基于直流側(cè)電容諧振的電力電子變壓器開關(guān)控制系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)無法在降低控制復(fù)雜度、保證可靠性的前提下，實現(xiàn)電力電子變壓器功率密度的提升的問題。本發(fā)明包括：第一變流器、第二變流器和第三變流器構(gòu)成；根據(jù)第一變流器交流輸入側(cè)電壓極性控制第一變流器和第三變流器功率半導(dǎo)體導(dǎo)通與關(guān)斷；根據(jù)第二變流器電路參數(shù)計算第二變流器功率半導(dǎo)體開關(guān)周期，控制第二變流器功率半導(dǎo)體導(dǎo)通與關(guān)斷，從而實現(xiàn)電力電子變壓器輸入電壓至輸出電壓變換。本發(fā)明在降低控制復(fù)雜度、保證可靠性的前提下，提高電力電子變壓器的功率密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子變壓器控制策略領(lǐng)域，具體涉及了一種基于直流側(cè)電容諧振的電力電子變壓器開關(guān)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

以風(fēng)能、光伏為首的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)在現(xiàn)有電網(wǎng)中的比例正逐年提升，其間接性和波動性對所接入電網(wǎng)的可控性也提出了更高的要求，提高電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、增強(qiáng)新能源消納能力以及發(fā)展高效節(jié)能技術(shù)也成為未來電網(wǎng)戰(zhàn)略規(guī)劃和研發(fā)的重點。電力電子變壓器一般是指通過電力電子變換技術(shù)及高頻隔離變壓器實現(xiàn)的新型多功能電力電子設(shè)備。電力電子變壓器不僅具備傳統(tǒng)工頻變壓器電壓變換和隔離功能外，還能夠?qū)崿F(xiàn)諧波治理、無功補償、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)接入、端口故障隔離以及與智能設(shè)備通訊，是未來智能電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵設(shè)備之一。

現(xiàn)有的已取得廣泛研究的電力電子變壓器主要有基于級聯(lián)H橋和基于模塊化多電平變流器兩種類型的電路拓?fù)?。級?lián)H橋型電力電子變壓器由輸入串聯(lián)、輸出并聯(lián)的雙有源橋變換器與H橋模塊構(gòu)成。模塊化多電平變流器型電力電子變壓器是由輸入串聯(lián)、輸出并聯(lián)的雙有源橋變換器與模塊化多電平變流器高壓直流側(cè)連接構(gòu)成。兩種結(jié)構(gòu)的電力電子變壓器均存在儲能電容體積大、重量重等缺點，嚴(yán)重制約其功率密度的提高。另外，現(xiàn)有的電力電子變壓器普遍存在運行效率低的缺點，導(dǎo)致其散熱系統(tǒng)體積較大，進(jìn)一步降低了電力電子變壓器功率密度。

為解決以上問題，一些文獻(xiàn)提出一種基于全橋型模塊化多電平變流器的電力電子變壓器[1]，雖然隔離環(huán)節(jié)只有一臺高頻變壓器，但全橋型模塊化多電平變流器儲能電容體積仍較大，功率密度較低。一些文獻(xiàn)提出利用全橋型模塊化多電平變流器直接輸出高頻電壓和電流以減少電能變換級數(shù)[2]，但高頻電壓會導(dǎo)致全橋型模塊化多電平變流器開關(guān)頻率較高，效率低，功率密度難以提高。一些文獻(xiàn)提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)輸入串聯(lián)、輸出并聯(lián)雙有源橋變換器冗余運行的電力電子變壓器電路拓?fù)鋄3]，能夠提高電力電子變壓器運行可靠性，但此種結(jié)構(gòu)功率半導(dǎo)體器件數(shù)量較多，諧振回路也需要諧振電容，功率密度較低。還有一些文獻(xiàn)提出一種基于矩陣變換的電力電子變壓器電路拓?fù)鋄4]，雖然高頻回路無需諧振電容，但其輸入與輸出側(cè)均需配置濾波電容，功率密度難以提高。另外，矩陣變換器存在控制復(fù)雜、保護(hù)困難等缺點，導(dǎo)致該電力電子變壓器可靠性較低。

總的來說，現(xiàn)有電力電子變壓器功率模塊需要直流電容承受直流電壓，而該直流電容較大，一般可達(dá)到mF級別，另外高頻回路還需要諧振電容以完成諧振軟開關(guān)，因而電容數(shù)量多、容值大，占用空間多，導(dǎo)致現(xiàn)有的電力電子變壓器功率密度較低。

以下文獻(xiàn)是與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)背景資料：

[1]王婷、王廣柱、張勛、吳欽，基于模塊化多電平矩陣變換器的電力電子變壓器控制策略，電工技術(shù)學(xué)報2016年第31卷18期.

[2]高范強(qiáng)、李子欣、徐飛、王哲、趙聰、王平、李耀華，一種高頻鏈模塊化電力電子變壓器，電工電能新技術(shù)2017年第36卷5期.

[3]趙聰、高范強(qiáng)、李子欣、王平、王哲、李耀華，電力電子變壓器、雙向直流變換器及其控制方法，CN109039081A，20180620.

[4]吳爭、楊曉梅、吉宇、費益軍、徐曉軼、陳銘明、袁宇波、李強(qiáng)，一種電力電子變壓器，CN110034687A，20190418.

發(fā)明內(nèi)容