三相整流型電力電子變壓器及其直流電壓協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種整流型電力電子變壓器W及多直流電壓協(xié)調(diào)控制方法，屬于高壓 大功率場(chǎng)合的多電平變流器直流電壓控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，越來多的可再生能源接入電網(wǎng)，對(duì)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量、穩(wěn) 定性及靈活性提出了更高的要求。而作為電力系統(tǒng)中最重要裝置的電力變壓器，其過于單 一的功能不能完全滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的新要求。因此，電力電子技術(shù)的興起給新型電力電 子變壓器的形成和發(fā)展提供了契機(jī)。電力電子變壓器通過電力電子器件和中高頻變壓器來 實(shí)現(xiàn)隔離的AC/AC變換，它不僅可W完成常規(guī)電力變壓器的變壓、隔離、能量轉(zhuǎn)換的功能，還 具有高度的可控性和靈活性，所W它的發(fā)展符合未來電網(wǎng)需求，有著非常重大的現(xiàn)實(shí)意義 和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)價(jià)值。
[0003] 電子技術(shù)利用電力電子器件對(duì)電能實(shí)現(xiàn)了變換和控制。它優(yōu)化了電能的使用，對(duì) 改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了條件，并已經(jīng)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，如高 壓直流輸電和柔性交流輸電。利用電力電子技術(shù)形成的裝置使得電力系統(tǒng)發(fā)生了深刻的變 化，通過控制運(yùn)些電力電子裝置優(yōu)化了潮流、降低了網(wǎng)損、提高了電能傳輸效率和電能質(zhì) 量，并進(jìn)一步提升了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電力電子變壓器正是在運(yùn)一背景下出現(xiàn)的，它通過 電力電子變換和高頻電磁禪合實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)中的電壓變換和電能傳遞，解決了傳統(tǒng)電力 變壓器功能上的不足，將進(jìn)一步推進(jìn)智能電網(wǎng)的發(fā)展。而且由于采用了高頻變壓器，將大大 降低了裝置的體積和重量。
[0004] 因而，研究電力電子變壓器的拓?fù)浼捌淇刂埔?guī)律具有十分重要的理論意義和應(yīng)用 價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：一個(gè)目的是提供一種=相整流型電力電子變壓器，W解決現(xiàn)有技術(shù)存 在的上述問題。進(jìn)一步的目的是提供直流電壓協(xié)調(diào)控制方法。
[0006] 技術(shù)方案：一種=相整流型電力電子變壓器，包括通過多直流側(cè)相互連接的=相 級(jí)聯(lián)型H橋變流器和多DAB輸出并聯(lián)系統(tǒng)，所述S相級(jí)聯(lián)型H橋變流器中每相包括兩個(gè)W上 的通過交流端依序串聯(lián)的H橋，所述多DAB輸出并聯(lián)系統(tǒng)包括數(shù)量與所述H橋相等的DAB模 塊;特點(diǎn)是還包括=相電流解禪控制、總直流電壓控制和多DAB并聯(lián)系統(tǒng)的輸入均壓控制；
[0007] 所述總直流電壓控制用于采集所述H橋的直流側(cè)電壓，并進(jìn)一步獲得指令有功電 流值;所述=相電流解禪控制用于采集H橋交流側(cè)的=相電壓和=相電流，W及指令有功電 流值，從而得到S相級(jí)聯(lián)型H橋變流器所需的脈沖信號(hào);所述多DAB并聯(lián)系統(tǒng)的輸入均壓控 制用于采集所述H橋的直流輸出側(cè)電壓和=相整流型電力電子變壓器系統(tǒng)的輸出電壓，進(jìn) 一步得到多DAB輸出并聯(lián)系統(tǒng)的脈沖信號(hào)。
[000引優(yōu)選的，所述H橋包括四個(gè)IGBT管，每個(gè)IGBT管反向并聯(lián)一個(gè)二極管;每?jī)蓚€(gè)IGBT 管構(gòu)成一個(gè)橋臂，橋臂上側(cè)IGBT管的發(fā)射極與下側(cè)IGBT管的集電極連接;兩組橋臂并聯(lián)后 形成H橋，再與電容Cl并聯(lián)形成直流輸出端;兩組橋臂的上側(cè)IGBT發(fā)射極分別引出構(gòu)成交流 JLjJU 乂而。
[0009] 優(yōu)選的，所述DAB模塊包括兩組H橋和中頻變壓器，兩組H橋的交流端分別與中頻變 壓器的原副邊相連;位于DAB模塊一端的H橋的直流側(cè)連接于S相級(jí)聯(lián)型H橋變流器的直流 輸出端，另一端H橋的直流側(cè)與其他DAB模塊相互并聯(lián)連接，與電容C2并聯(lián)構(gòu)成S相整流型 電力電子變壓器的直流輸出。
[0010] 優(yōu)選的，=相級(jí)聯(lián)型H橋變流器中，每相包括兩個(gè)W上的通過交流端串聯(lián)的H橋;= 相之間的連接方式包括星型連接和=角形連接。
[0011] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述總直流電壓控制用于采集各H橋直流側(cè)電壓，計(jì)算H橋直流側(cè) 電壓的平均值，將該平均值與直流電壓指令值進(jìn)行比較，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器，獲得指令有 功電流值；
[0012] 所述=相電流解禪控制用于采集交流側(cè)的=相電壓和=相電流，并對(duì)交流側(cè)=相 電流和=相電壓分別進(jìn)行abc/dq變換，得到電流有功分量、電流無功分量、電壓有功分量和 電壓無功分量;通過電流有功分量、電流無功分量、電壓有功分量和電壓無功分量進(jìn)行電流 解禪控制，得到各相H橋的調(diào)制波;通過載波移相調(diào)制，得到各H橋的脈沖信號(hào)；
[0013] 所述多DAB并聯(lián)系統(tǒng)的輸入均壓控制用于采集各相中每一 H橋直流輸出側(cè)電壓，并 和所有H橋直流電壓的平均值進(jìn)行比較，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器得到各相中每一 DAB模塊的移 相比修正值；
[0014] 采集輸出側(cè)電壓，并和輸出電壓指令值進(jìn)行比較后，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器，得到 DAB模塊的公共移相比；
[0015] 利用DAB模塊的公共移相比和每相中DAB模塊的移相比修正值的差值即可得到對(duì) 應(yīng)相中對(duì)應(yīng)DAB模塊的移相比，最終經(jīng)過移相調(diào)制得到多DAB輸出并聯(lián)系統(tǒng)中各DAB模塊的 脈沖信號(hào)。
[0016] 用于上述=相整流型電力電子變壓器的多直流電壓協(xié)調(diào)控制方法，
[0017] 采集各H橋直流側(cè)電壓，計(jì)算H橋直流側(cè)電壓的平均值，將該平均值與直流電壓指 令值進(jìn)行比較，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器，獲得指令有功電流值；
[0018] 采集交流側(cè)的=相電壓和=相電流，并對(duì)交流側(cè)=相電流和=相電壓分別進(jìn)行 abc/dq變換，得到電流有功分量、電流無功分量、電壓有功分量和電壓無功分量;通過電流 有功分量、電流無功分量、電壓有功分量和電壓無功分量進(jìn)行電流解禪控制，得到各相H橋 的調(diào)制波;通過載波移相調(diào)制，得到各H橋的脈沖信號(hào)；
[0019] 采集各相中每一 H橋直流輸出側(cè)電壓，并和所有H橋直流電壓的平均值進(jìn)行比較， 經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器得到各相中每一 DAB模塊的移相比修正值；
[0020] 采集輸出側(cè)電壓，并和輸出電壓指令值進(jìn)行比較后，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器，得到 DAB模塊的公共移相比；
[0021] 利用DAB模塊的公共移相比和每相中DAB模塊的移相比修正值的差值即可得到對(duì) 應(yīng)相中對(duì)應(yīng)DAB模塊的移相比，最終經(jīng)過移相調(diào)制得到多DAB輸出并聯(lián)系統(tǒng)中各DAB模塊的 脈沖信號(hào)。
[0022] 用于S相整流型電力電子變壓器的多直流電壓協(xié)調(diào)控制方法，包括如下步驟：
[0023] SI. I采集各H橋直流側(cè)電壓，計(jì)算H橋直流側(cè)電壓的平均值，將該平均值與直流電 壓指令值進(jìn)行比較，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器，獲得指令有功電流值；
[0024] SI. 2采集交流側(cè)的=相電壓和=相電流，并對(duì)交流側(cè)=相電流和=相電壓分別進(jìn) 行abc/dq變換，得到電流有功分量、電流無功分量、電壓有功分量和電壓無功分量;通過電 流有功分量、電流無功分量、電壓有功分量和電壓無功分量進(jìn)行電流解禪控制，得到各相H 橋的調(diào)制波;通過載波移相調(diào)制，得到各H橋的脈沖信號(hào)；
[0025] S2.1采集各相中每一 H橋的直流輸出側(cè)電壓，并和所有H橋直流電壓的平均值進(jìn)行 比較，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器得到各相中每一 DAB模塊的移相比修正值；
[00%] S2.2采集輸出側(cè)電壓，并和輸出電壓指令值進(jìn)行比較后，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)器，得 到DAB模塊的公共移相比；
[0027] S2.3利用DAB模塊的公共移相比和每相中DAB模塊的移相比修正值的差值即可得 到對(duì)應(yīng)相中對(duì)應(yīng)DAB模塊的移相比，最終經(jīng)過移相調(diào)制得到多DAB輸出并聯(lián)系統(tǒng)中各DAB模 塊的脈沖信號(hào)。
[0028] 有益效果:本發(fā)明具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便，能夠很好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流的無靜差控制;本 發(fā)明無需為每個(gè)DAB模塊輸出增加電流傳感器，因此降低了硬件成本;本發(fā)明控制方法采用 兩級(jí)協(xié)調(diào)控制方式，輸入級(jí)控制網(wǎng)側(cè)電流和多直流電壓的平均值，輸出級(jí)則對(duì)多輸入直流 電壓的平衡和輸出電壓進(jìn)行控制;簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)多直流電壓均衡及多DAB功率平 衡的同時(shí)，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的可靠性。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0030] 圖2是本發(fā)明單相系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031] 圖3a和圖3b分別是=相系統(tǒng)的兩種連接方式示意圖。
[0032] 圖4是本發(fā)明S相級(jí)聯(lián)型H橋變流器的總直流電壓控制。
[0033] 圖5是本發(fā)明多DAB輸出并聯(lián)系統(tǒng)的輸入均壓控制。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 如圖1所示，本發(fā)明=相整流型電力電子變壓器，包括=相級(jí)聯(lián)型H橋變流器1、多 DAB(Dual Active化idge雙有源橋)輸出并聯(lián)系統(tǒng)2、S相電流解禪控制3、總直流電壓控制 4和多DAB并聯(lián)系統(tǒng)的輸入均壓控制5。
[00對(duì)其中，立相級(jí)聯(lián)型H橋變流器1和多DAB輸出并聯(lián)系統(tǒng)2通過多直流側(cè)相互連接，其 各相分別包括n個(gè)子模塊，n為正整數(shù)。
[0036] 總直流電壓控制4用W采集所有H橋直流側(cè)電壓UdEXi,從而得到指令有功電流值《， 其中X表示相別(取A、B、C)，i表示單元編號(hào)(取1~n);
[0037] S相電流解禪控制3用W采集交流側(cè)A、B、CS相電壓6A,B,c和S相電流iA,B,c，W及 指令有功電流值4，得到；相級(jí)聯(lián)型H橋變流器1所需的脈沖信號(hào)；
[0038] 多DAB并聯(lián)系統(tǒng)輸入均壓控制5用W采集所有H橋直流輸出側(cè)電壓UdcxiW及S相整 流型電力電子變壓器系統(tǒng)輸出電壓Udc2,得到多DAB輸出并聯(lián)系統(tǒng)2的脈沖信號(hào)。
[0039] 轉(zhuǎn)到圖2,描述S相級(jí)聯(lián)型H橋變流器I和多DAB輸出并聯(lián)系統(tǒng)2的技術(shù)細(xì)節(jié)。
[0040] 在圖2的左上方，S相級(jí)聯(lián)型H橋變流器1所述的子模塊包括四個(gè)IGBT管，每個(gè)IGBT 管各反向并聯(lián)一個(gè)二極管，每?jī)蓚€(gè)IGBT管構(gòu)成一個(gè)橋臂，通過上側(cè)IGBT管發(fā)射極的與下側(cè) IGBT管的集電極連接，兩組橋臂通過并聯(lián)方式構(gòu)成H橋，并與電容Cl并聯(lián)形成直流輸出端； 兩