CN106208725A - 一种变流器均流方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变流器均流方法和均流装置，所述方法包括：检测所述功率子模块的端口电压和内部电感电流；根据所述功率子模块的端口电压的符号，调整所述内部电感电流最大的功率子模块和/或所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号；根据调整后的载波信号控制对应的所述功率子模块的输出电流。由此，避免了变流器输出电流出现过大电流和过小电流，实现了对变流器的均流，提高了均流效果，因每次只对内部电感电流最大和最小的功率子模块的载波信号进行调整，从而简化的了变流器均流步骤。

Description

一种变流器均流方法和装置

技术领域

本发明涉及电力电子功率变换领域，具体涉及一种变流器均流方法和一种变流器均流装置。

背景技术

超导储能系统中的电力电子变流器是超导线圈和电网之间实现能量交换的装置。它一般通过变压器与电网连接，能实现独立控制超导线圈与电力系统间的有功功率和无功功率交换。受到电力电子器件耐压、开关频率和功率等级的限制，大功率变流器主要采用功率子模块的并联实现功率容量的扩展。

现有的并联变流器一般依靠硬件系统自动均流，变流器的各个并联的功率子模块的硬件参数绝对一致，通过硬件系统自动均流的效果是很好，然而，系统内部电子元器件的杂散特性会影响功率子模块的均流效果，使得每个功率模块的输出电流并不相同，随着并联功率模块数量的增加，硬件均流效果将越来越差，而且交流侧会伴有谐波。为解决上述问题，在现有技术中，通常需要采集所有功率子模块的实时电流，以此将各个功率子模块按照电流排序后分析，之后采取相应的均流措施，此过程操作复杂，尤其针对并联功率子模块较少的变流器而言，上述均流方法就显得不够便捷。

因此，如何提高各个功率子模块并联的变流器的均流效果、简化均流方法，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于现有的变流器均流效果差、操作复杂。

有鉴于此，根据第一方面，本发明实施例提供了一种变流器均流方法，所述变流器包括2n个并联的功率子模块和与所述功率子模块并联的电容，其中n为整数且n>＝1，包括：检测所述功率子模块的端口电压和内部电感电流；根据所述功率子模块的端口电压的符号，调整所述内部电感电流最大的功率子模块和/或所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号；根据调整后的载波信号控制对应的所述功率子模块的输出电流。

优先地，所述根据所述功率子模块的端口电压的符号，调整所述内部电感电流最大的功率子模块的载波信号包括：在所述端口电压为负时，将所述内部电感电流最大的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内或的范围内，其中A是所述变流器的调制波信号的幅度峰值；或者在所述端口电压为正时，将所述内部电感电流最大的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内。

优先地，所述根据所述功率子模块的端口电压的符号，调整所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号包括：在所述端口电压为负时，将所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内，其中A是所述变流器的调制波信号的幅度峰值；或者在所述端口电压为正时，将所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内或的范围内。

优先地，所述调制波信号包括：第一调制信号和第二调制信号，所述第一调制信号和所述第二调制信号互为反相信号。

优先地，所述根据调整后的载波信号控制对应的所述功率子模块的输出电流包括：在所述功率子模块对应的载波信号的幅度同时大于或同时小于所述第一调制信号的幅度和所述第二调制信号的幅度时，控制所述功率子模块输出正向电流；在所述功率子模块对应的载波信号的幅度小于所述第一调制信号的幅度且大于所述第二调制信号的幅度时，若所述变流器的电容两端电压为正，则控制所述功率子模块输出正向电流，若所述变流器的电容两端电压为负，则控制所述功率子模块输出负向电流；在所述功率子模块对应的载波信号的幅度大于所述第一调制信号的幅度且小于所述第二调制信号的幅度时，若所述变流器的电容两端电压为正，则控制所述功率子模块输出负向电流，若所述变流器的电容两端电压为负，则控制所述功率子模块输出正向电流。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种变流器均流装置，所述变流器包括2n个并联的功率子模块和与所述功率子模块并联的电容，其中n为整数且n>＝1，包括：检测模块，用于检测所述功率子模块的端口电压和内部电感电流；调整模块，用于根据所述功率子模块的端口电压的符号，调整所述内部电感电流最大的功率子模块和/或所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号；控制模块，用于根据调整后的载波信号控制对应的所述功率子模块的输出电流。

优先地，所述调整模块包括：第一限制单元，用于在所述端口电压为负时，将所述内部电感电流最大的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内或的范围内，其中A是所述变流器的调制波信号的幅度峰值；第二限制单元，用于在所述端口电压为正时，将所述内部电感电流最大的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内。

优先地，所述调整模块还包括：第三限制单元，用于在所述端口电压为负时，将所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内，其中A是所述变流器的调制波信号的幅度峰值；第四限制单元，用于在所述端口电压为正时，将所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内或的范围内。

优先地，所述调制波信号包括：第一调制信号和第二调制信号，所述第一调制信号和所述第二调制信号互为反相信号。

优先地，所述控制模块包括：第一控制单元，用于在所述功率子模块对应的载波信号的幅度同时大于或同时小于所述第一调制信号的幅度和所述第二调制信号的幅度时，控制所述功率子模块输出正向电流；第二控制单元，用于在所述功率子模块对应的载波信号的幅度小于所述第一调制信号的幅度且大于所述第二调制信号的幅度时，若所述变流器的电容两端电压为正，则控制所述功率子模块输出正向电流，若所述变流器的电容两端电压为负，则控制所述功率子模块输出负向电流；第三控制单元，用于在所述功率子模块对应的载波信号的幅度大于所述第一调制信号的幅度且小于所述第二调制信号的幅度时，若所述变流器的电容两端电压为正，则控制所述功率子模块输出负向电流，若所述变流器的电容两端电压为负，则控制所述功率子模块输出正向电流。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的变流器均流方法，通过实时检测各个功率子模块的内部电感电流的变化状态以及其端口电压的符号，对内部电感电流最大的功率子模块、内部电感电流最小功率子模块对应的载波信号进行动态调整，进而控制两功率子模块的输出电流，如此，避免了变流器输出电流出现过大电流和过小电流，实现了对变流器的均流，提高了均流效果，因每次只对内部电感电流最大和最小的功率子模块的载波信号进行调整，从而简化的了变流器均流步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中变流器均流方法的流程图；

图2为本发明实施例1中变流器的示意图；

图3为本发明实施例1中调制波信号和载波信号在一个调制周期内随时间变化的示意图；

图4为本发明实施例2中变流器均流装置的框图；

附图标记：

21-功率子模块，22-电容，23-电流源，24-控制器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供了一种变流器均流方法，例如可应用于超导储能系统中的变流器，此处变流器包括2n个并联的功率子模块和与功率子模块并联的电容，其中n为整数且n>＝1。图2中示出了根据本发明实施例的变流器的示意图，其包括4个并联的功率子模块21，然而图2仅仅只是作为示例，并非意在限制本发明，只要是偶数个功率子模块都是可行的。控制器24分别与各个功率子模块21连接，以向各个功率子模块21发送载波信号，以使各个功率子模块21的输出电流均衡，电流源23用于向变流器供电，箭头方向为电流方向。优选地，还可以并联有电容22。

如图1所示，本实施例的变流器均流方法，包括如下步骤：

S11：检测功率子模块的端口电压和内部电感电流，如图2所示，比如可以通过控制器24实时对变流器的每一个功率子模块21的端口电压和内部电感电流进行检测，以获取端口电压的符号和各个功率子模块的内部电感电流。

S12：根据功率子模块的端口电压的符号，调整内部电感电流最大的功率子模块和/或内部电感电流最小的功率子模块的载波信号，具体地，本实施例可以采用PD-PWM(Phase Disposition-Pulse Width Modulation，同相载波层叠脉冲宽度调制)原理首先为变流器的每一个功率子模块分配对应的载波信号，然后根据步骤S11中获取的端口电压的符号对最大和/或最小内部电感电流的功率子模块对应的载波信号进行调整，而其余的每一个功率子模块对应的载波信号可以随机的限制其幅度范围，或者按照功率子模块的内部电感电流的大小排序来限制其载波信号的幅度范围。

S13：根据调整后的载波信号控制对应的功率子模块的输出电流，此处调整后的载波信号包括调整后最大和/或最小内部电感电流的功率子模块对应的载波信号，也包括其余的功率子模块对应的载波信号，即在一次载波信号调整结束后，根据每一个功率子模块对应的载波信号来控制每一个功率子模块的输出电流。

上述变流器均流方法，通过实时检测各个功率子模块的内部电感电流的变化状态以及其端口电压的符号，对内部电感电流最大的功率子模块、内部电感电流最小功率子模块对应的载波信号进行动态调整，进而控制两功率子模块的输出电流，如此，避免了变流器输出电流出现过大电流和过小电流，实现了对变流器的均流，提高了均流效果，因每次只对内部电感电流最大和最小的功率子模块的载波信号进行调整，从而简化的了变流器均流步骤。

具体而言，步骤S12可以包括：在端口电压为负时，将内部电感电流最大的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内或的范围内，其中A是变流器的调制波信号的幅度峰值；或者在端口电压为正时，将内部电感电流最大的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内。其中，如图3所示，调制波信号可以包括第一调制信号31和第二调制信号32，第一调制信号31和第二调制信号32互为反相信号，具体地，本实施例可以采用PD-PWM原理生成调制波信号，该调制波信号可以是互为反相的两个正弦波，此处调制波信号是根据该变流器的参考信号获得的，比如可以是将该变流器的给定电流作为参考信号，也可以是从上层系统中获取的参考信号。

仍然以4个功率子模块(即n＝2)为例，如果实时获取到的功率子模块的端口电压的符号为负，说明载波信号在内或内波动，可以使对应的功率子模块内部电感电流处于最慢增加状态，则将内部电感电流最大的功率子模块对应的载波信号限制在内或内波动。如图3所示，此时内部电感电流最大的功率子模块对应的载波信号可以为三角波35或者三角波36；而在端口电压为正时，说明载波信号在内波动，可以使对应的功率子模块内部电感电流处于最快减小状态，则将内部电感电流最大的功率子模块对应的载波信号限制在内波动，此时内部电感电流最大的功率子模块对应的载波信号可以为三角波33或者三角波34，通过上述调整过程，保证该功率子模块的内部电感电流快速减小，避免其输出电流过大。

步骤S12还可以包括：在端口电压为负时，将内部电感电流最小的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内，其中A是变流器的调制波信号的幅度峰值；或者在端口电压为正时，将内部电感电流最小的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内或的范围内。

仍然以4个功率子模块(即n＝2)为例，如果实时获取到的功率子模块的端口电压的符号为负，说明载波信号在内波动，可以使对应的功率子模块内部电感电流处于最快增加状态，则将内部电感电流最小的功率子模块对应的载波信号限制在内波动，如图3所示，此时内部电感电流最小的功率子模块对应的载波信号可以为三角波33或者三角波34；而如果实时获取到的功率子模块的端口电压的符号为正，则说明载波信号在内或内波动，可以使对应的功率子模块内部电感电流处于最慢减小状态，则将内部电感电流最小的功率子模块对应的载波信号限制在内或内波动。如图3所示，此时内部电感电流最小的功率子模块对应的载波信号可以为三角波35或者三角波36，通过上述调整过程，实现降低该功率子模块的内部电感电流的减小速度，避免其输出电流过小。

需要说明的是，在对载波信号的动态调整中，可以通过为内部电感电流最大的功率子模块和/或内部电感电流最小的功率子模块的载波信号叠加偏置信号的方式实现对其波动范围的控制，但是本实施例的载波信号调整方式并不局限于此，只要是能实现本实施例的技术方案的方式均适用于本实施例。

具体而言，步骤S13可以包括：在功率子模块对应的载波信号的幅度同时大于或同时小于第一调制信号31的幅度和第二调制信号32的幅度时，控制功率子模块输出正向电流；在功率子模块对应的载波信号的幅度小于第一调制信号31的幅度且大于第二调制信号32的幅度时，若变流器的电容两端电压为正，则控制功率子模块输出正向电流，若变流器的电容两端电压为负，则控制功率子模块输出负向电流；在功率子模块对应的载波信号的幅度大于第一调制信号31的幅度且小于第二调制信号32的幅度时，若变流器的电容两端电压为正，则控制功率子模块输出负向电流，若变流器的电容两端电压为负，则控制功率子模块输出正向电流。通过上述控制方式，实现对每一个功率子模块的输出电流的实时控制，进而实现对变流器的控制。

实施例2

本实施例提供了一种变流器均流装置，可应用于超导储能系统中的变流器(比如可以应用于实施例1中图2所示的控制器24)，变流器包括2n个并联的功率子模块和与功率子模块并联的电容，其中n为整数且n>＝1，如图3所示，包括：检测模块41、调整模块42、控制模块4333，具体地，

检测模块41，用于检测功率子模块的端口电压和内部电感电流，具体可以参见实施例1中对于步骤S11的描述。

调整模块42，用于根据功率子模块的端口电压的符号，调整内部电感电流最大的功率子模块和/或内部电感电流最小的功率子模块的载波信号。具体可以参见实施例1中对于步骤S12的描述。

控制模块43，用于根据调整后的载波信号控制对应的功率子模块的输出电流。具体可以参见实施例1中对于步骤S13的描述。

作为一种优选方案，调整模块42包括：第一限制单元421，用于在端口电压为负时，将内部电感电流最大的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内或的范围内，其中A是变流器的调制波信号的幅度峰值；第二限制单元422，用于在端口电压为正时，将内部电感电流最大的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内。具体可以参见实施例1中对于步骤S12对应优选方案的描述。

作为一种优选方案，调整模块42还包括：第三限制单元423，用于在端口电压为负时，将内部电感电流最小的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内，其中A是变流器的调制波信号的幅度峰值；第四限制单元424，用于在端口电压为正时，将内部电感电流最小的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内或的范围内。具体可以参见实施例1中对于步骤S12对应优选方案的描述。

作为一种优选方案，调制波信号包括：第一调制信号和第二调制信号，第一调制信号和第二调制信号互为反相信号。具体参见实施例1中对调制波信号的描述。

作为一种优选方案，控制模块43包括：第一控制单元431，用于在功率子模块对应的载波信号的幅度同时大于或同时小于第一调制信号的幅度和第二调制信号的幅度时，控制功率子模块输出正向电流；第二控制单元432，用于在功率子模块对应的载波信号的幅度小于第一调制信号的幅度且大于第二调制信号的幅度时，若变流器的电容两端电压为正，则控制功率子模块输出正向电流，若变流器的电容两端电压为负，则控制功率子模块输出负向电流；第三控制单元433，用于在功率子模块对应的载波信号的幅度大于第一调制信号的幅度且小于第二调制信号的幅度时，若变流器的电容两端电压为正，则控制功率子模块输出负向电流，若变流器的电容两端电压为负，则控制功率子模块输出正向电，通过上述控制方式，实现对每一个功率子模块的输出电流的实时控制，进而实现对变流器的控制。

上述变流器均流装置，通过实时检测各个功率子模块的内部电感电流的变化状态以及其端口电压的符号，对内部电感电流最大的功率子模块、内部电感电流最小功率子模块对应的载波信号进行动态调整，进而控制两功率子模块的输出电流，如此，避免了变流器输出电流出现过大电流和过小电流，实现了对变流器的均流，提高了均流效果，因每次只对内部电感电流最大和最小的功率子模块的载波信号进行调整，从而简化的了变流器均流步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种变流器均流方法，所述变流器包括2n个并联的功率子模块和与所述功率子模块并联的电容，其中n为整数且n>＝1，其特征在于，包括：

检测所述功率子模块的端口电压和内部电感电流；

根据所述功率子模块的端口电压的符号，调整所述内部电感电流最大的功率子模块和/或所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号；

根据调整后的载波信号控制对应的所述功率子模块的输出电流。

2.根据权利要求1所述的变流器均流方法，其特征在于，所述根据所述功率子模块的端口电压的符号，调整所述内部电感电流最大的功率子模块的载波信号包括：

在所述端口电压为负时，将所述内部电感电流最大的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内或的范围内，其中A是所述变流器的调制波信号的幅度峰值；或者

在所述端口电压为正时，将所述内部电感电流最大的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内。

3.根据权利要求1所述的变流器均流方法，其特征在于，所述根据所述功率子模块的端口电压的符号，调整所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号包括：

在所述端口电压为负时，将所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内，其中A是所述变流器的调制波信号的幅度峰值；或者

在所述端口电压为正时，将所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内或的范围内。

4.根据权利要求2或3所述的变流器均流方法，其特征在于，所述调制波信号包括：第一调制信号和第二调制信号，所述第一调制信号和所述第二调制信号互为反相信号。

5.根据权利要求4所述的变流器均流方法，其特征在于，所述根据调整后的载波信号控制对应的所述功率子模块的输出电流包括：

在所述功率子模块对应的载波信号的幅度同时大于或同时小于所述第一调制信号的幅度和所述第二调制信号的幅度时，控制所述功率子模块输出正向电流；或者

在所述功率子模块对应的载波信号的幅度小于所述第一调制信号的幅度且大于所述第二调制信号的幅度时，若所述变流器的电容两端电压为正，则控制所述功率子模块输出正向电流，若所述变流器的电容两端电压为负，则控制所述功率子模块输出负向电流；或者

在所述功率子模块对应的载波信号的幅度大于所述第一调制信号的幅度且小于所述第二调制信号的幅度时，若所述变流器的电容两端电压为正，则控制所述功率子模块输出负向电流，若所述变流器的电容两端电压为负，则控制所述功率子模块输出正向电流。

6.一种变流器均流装置，所述变流器包括2n个并联的功率子模块和与所述功率子模块并联的电容，其中n为整数且n>＝1，其特征在于，包括：

检测模块，用于检测所述功率子模块的端口电压和内部电感电流；

调整模块，用于根据所述功率子模块的端口电压的符号，调整所述内部电感电流最大的功率子模块和/或所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号；

控制模块，用于根据调整后的载波信号控制对应的所述功率子模块的输出电流。

7.根据权利要求6所述的变流器均流装置，其特征在于，所述调整模块包括：

第一限制单元，用于在所述端口电压为负时，将所述内部电感电流最大的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内或的范围内，其中A是所述变流器的调制波信号的幅度峰值；

第二限制单元，用于在所述端口电压为正时，将所述内部电感电流最大的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内。

8.根据权利要求6所述的变流器均流装置，其特征在于，所述调整模块还包括：

第三限制单元，用于在所述端口电压为负时，将所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内，其中A是所述变流器的调制波信号的幅度峰值；

第四限制单元，用于在所述端口电压为正时，将所述内部电感电流最小的功率子模块的载波信号的幅度值限制在的范围内或的范围内。

9.根据权利要求7或8所述的变流器的均流装置，其特征在于，所述调制波信号包括：第一调制信号和第二调制信号，所述第一调制信号和所述第二调制信号互为反相信号。

10.根据权利要求9所述的变流器均流装置，其特征在于，所述控制模块包括：

第一控制单元，用于在所述功率子模块对应的载波信号的幅度同时大于或同时小于所述第一调制信号的幅度和所述第二调制信号的幅度时，控制所述功率子模块输出正向电流；或者

第二控制单元，用于在所述功率子模块对应的载波信号的幅度小于所述第一调制信号的幅度且大于所述第二调制信号的幅度时，若所述变流器的电容两端电压为正，则控制所述功率子模块输出正向电流，若所述变流器的电容两端电压为负，则控制所述功率子模块输出负向电流；或者

第三控制单元，用于在所述功率子模块对应的载波信号的幅度大于所述第一调制信号的幅度且小于所述第二调制信号的幅度时，若所述变流器的电容两端电压为正，则控制所述功率子模块输出负向电流，若所述变流器的电容两端电压为负，则控制所述功率子模块输出正向电流。