CN109256954B - 一种无实时通信的串联型电力电子变压器分布式控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一张无实时通信的串联型电力电子变压器分布式控制装置，包括若干个电力电子变压器模块，每个所述的电力电子变压器模块具有一个独立的控制系统，所述控制系统包括控制器、输入电流测量模块、输入电压测量模块及输出电压测量模块，所述控制器分别与输入电流测量模块、输入电压测量模块及输出电压测量模块耦合连接，通过检测每个模块的输入输出电压和控制模块的输入电流，使串联模块之间能够自动均压，可以不需要通信。

Description

一种无实时通信的串联型电力电子变压器分布式控制器
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种无实时通信的串联型电力电子变压器分布式控制器。
背景技术
对于典型的模块化的电力电子变压器，采用高压侧串联、低压侧并联的方式。当电力电子变压器的高压侧具有很高电压时，经常需要很多的H桥串联来承受这个电压。而串联拓扑之间需要有一定的均压机制，否则会产生高压侧电容电压不均衡的问题，可导致模块过压损坏。
对于这种复杂的电力电子装置，控制系统有若干种方案：
可以采用集中式的控制系统，也就是使用一款强大的控制主机，实现所有控制任务，再使用接口板生成各种控制信号和采样各种模拟信号；
另一种控制方案是分层控制，每个模块都配备一个子控制器作为底层控制器，用以实现电流控制、保护等任务，因此对控制主机的要求大大降低，仅仅作为上层控制，用于实现模块均衡、功率控制等；
还有一种控制方法是采用分布式控制，不使用控制主机，将控制任务完全分配给每个模块的子控制器，也可以是若干个模块使用一个子控制器，模块控制之间仅仅采用通信进行必要的协调。每个模块之间需要相互通信才能够使串联模块之间能够实现均压。
发明内容
本发明的目的是提出一种新的、完全的电力电子变压器的分布式控制系统及方法，通过检测每个模块的输入输出电压和控制模块的输入电流，使串联模块之间能够自动均压，可以不需要通信。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种无实时通信的串联型电力电子变压器分布式控制装置，包括n个电力电子变压器模块，所述n个电力电子变压器模块的高压侧采用串联的方式，低压侧采用并联的方式，n为大于等于2的整数，其特征在于：每个所述的电力电子变压器模块具有一个独立的控制系统，所述控制系统包括控制器、输入电流测量模块、输入电压测量模块及输出电压测量模块，所述控制器分别与输入电流测量模块、输入电压测量模块及输出电压测量模块耦合连接；每个所述的独立的控制系统之间无实时通信；所述输入电流测量模块、输入电压测量模块及输出电压测量模块分别对输入电流、输入电压和输出电压进行检测。
优选的，所述输入电流测量模块实时检测输入电流，所述控制器根据输入电流参考值和输入电流测量模块实时监测的输入电流对输入电流进行控制，使得输入电流跟踪输入电流参考值。
优选的，所述输入电流参考值取两路电流参考值中的最大值作为该输入电流参考值，该两路电流参考值包括第一路电流参考值和第二路电流参考值，其中所述第一路电流参考值来自输入电压控制，所述输入电压控制是将输入电压跟随输入电压参考值；所述第二路电流参考值来自根据输出电压的计算，通过该计算使得所述第二路电流参考值随着输出电压的下降而上升。
优选的，在对输入电流进行控制过程中，所述控制器通过调节PWM对输入电流进行控制。
与现有技术相比，本发明至少具有下述的有益效果或优点：
本发明提供的这种无实时通信的串联型电力电子变压器分布式控制装置，利用每个电力电子变压器模块具有一个独立的控制系统，通过调节输入电流进而调节输入电压达到各模块输入电压均压目的，本申请的技术方案在每个模块之间不需要相互通信能够使串联模块之间实现均压。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明；
图1是本发明的电力电子变压器拓扑结构图；
图2是本发明的电力电子变压器模块化简图；
图3是本发明控制系统的电路结构图；
图4是本发明控制器的控制原理图；
图5是本发明第二路输入电流参考值的特性图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。
本发明提供了一种无实时通信的串联型电力电子变压器分布式控制装置，如图1-2所示，包括n个电力电子变压器模块，即模块1、模块2……模块n，所述n个电力电子变压器模块的高压侧采用串联的方式，低压侧采用并联的方式，n为大于等于2的整数；每个所述的电力电子变压器模块具有一个独立的控制系统，如图3所示，所述控制系统包括控制器、输入电流测量模块、输入电压测量模块及输出电压测量模块，所述控制器分别与输入电流测量模块、输入电压测量模块及输出电压测量模块耦合连接；每个所述的独立的控制系统之间无实时通信；所述输入电流测量模块、输入电压测量模块及输出电压测量模块分别对输入电流ii、输入电压ui和输出电压uo进行检测。
所述输入电流测量模块实时检测输入电流ii，所述控制器根据输入电流参考值iir和输入电流ii对输入电流进行控制，使得输入电流ii跟踪输入电流参考值iir。
如图4所示，所述输入电流参考值iir取两路电流参考值中的最大值作为该输入电流参考值，该两路电流参考值包括第一路电流参考值iir1和第二路电流参考值iir2，其中所述第一路电流参考值iir1来自输入电压控制，所述输入电压控制是将输入电压ui跟随输入电压参考值uir；所述第二路电流参考值iir1来自根据输出电压uo的计算，如图5所示，通过该计算使得所述第二路电流参考值iir2随着输出电压uo的下降而上升。
在对输入电流进行控制过程中，所述控制器通过调节PWM对输入电流进行控制。
根据上述所提出的技术方案，实现功率控制和模块间的功率平衡。
包括如下功能：
1)转换功率随输出电压的下垂控制。当输入电压在正常范围时，通过取最大值计算，输入电流参考值iir＝iir2。当输入电压变化不大时，每个模块的功率是由模块的输入电流决定的，因此可以根据输出电压值，计算输入电流的参考值，其关系如图5。如此，由于每个模块输出并联，检测到的输出电压相同，因此可以确保输出电流保持一致
2)输入电压过压控制。基于输出电压下垂控制，各模块之间的转换功率保持平衡，输入电压趋于均衡，但若由于控制错误造成电压不均衡，则在输入电压过压时，增加输入电流参考，也就是取iir＝iir1，确保输入电压无过压。
3)自动冗余控制。为了获得更高的可靠性，在串联模块中使用若干个额外的模块作为冗余。如此，在上述的下垂控制下，根据模块的数量，可以自动调整输入电流给定。
综上所述，本发明的无实时通信的串联型电力电子变压器分布式控制装置，利用每个电力电子变压器模块具有一个独立的控制系统，通过调节输入电流进而调节输入电压达到各模块输入电压均压目的，本申请的技术方案在每个模块之间不需要相互通信能够使串联模块之间实现均压。不仅节省了各模块之间的通信路径，还能够是系统工作更加稳定、可靠。具有广泛的应用前景。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种无实时通信的串联型电力电子变压器分布式控制装置，包括n个电力电子变压器模块，所述n个电力电子变压器模块的高压侧采用串联的方式，低压侧采用并联的方式，n为大于等于2的整数，其特征在于：每个所述的电力电子变压器模块具有一个独立的控制系统，所述控制系统包括控制器、输入电流测量模块、输入电压测量模块及输出电压测量模块，所述控制器分别与输入电流测量模块、输入电压测量模块及输出电压测量模块耦合连接；每个所述的独立的控制系统之间无实时通信；所述输入电流测量模块、输入电压测量模块及输出电压测量模块分别对输入电流、输入电压和输出电压进行检测；所述输入电流测量模块实时检测输入电流，所述控制器根据输入电流参考值和输入电流测量模块实时监测的输入电流对输入电流进行控制，使得输入电流跟踪输入电流参考值；
所述输入电流参考值取两路电流参考值中的最大值作为该输入电流参考值，该两路电流参考值包括第一路电流参考值和第二路电流参考值，其中所述第一路电流参考值来自输入电压控制，所述输入电压控制是将输入电压跟随输入电压参考值；所述第二路电流参考值来自根据输出电压的计算，通过该计算使得所述第二路电流参考值随着输出电压的下降而上升，
所述控制器对转换功率进行随输出电压的下垂控制。
2.根据权利要求1所述的无实时通信的串联型电力电子变压器分布式控制装置，其特征在于：在对输入电流进行控制过程中，所述控制器通过调节PWM对输入电流进行控制。
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