CN109768716B - 一种电力电子变压器的控制方法 - Google Patents
一种电力电子变压器的控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109768716B CN109768716B CN201910173718.3A CN201910173718A CN109768716B CN 109768716 B CN109768716 B CN 109768716B CN 201910173718 A CN201910173718 A CN 201910173718A CN 109768716 B CN109768716 B CN 109768716B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bridge
- active
- converter
- double
- power
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
一种电力电子变压器的控制方法，适用于采用双有源桥串联谐振型DC‑DC变换器的电力电子变压器。当高压交流侧大功率运行时，根据电流工况调节级联H桥电路中开关器件工作频率，降低开关损耗。当DC‑DC环节处于大功率传输工况下，可闭锁DC‑DC变换器受端全桥电路中开关器件，降低开关损耗。最终在不影响电力电子变压器电气性能的前提条件下，提高整体运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种交直流混合配电领域电力电子变压器的控制方法。
背景技术
现代配电网中包含越来越多的分布式可再生能源、储能和消费电子类直流负荷。多类型能源、储能和直流负荷直接并入直流配电网可以节省大量的换流环节，提高电能变换效率。电力电子变压器一般具有不同电压等级的交流和直流端口，用于多种类型的分布式能源、储能和负荷的灵活接入，以及交/直流电网的互联，它是实现电能变换和处理的核心装置。电力电子变压器一般需要将高压交流整流变换到直流电压，或者将高压直流变换至低压直流电压，往往需要经过多级电能变换环节，从而导致系统效率不高，也制约了电力电子变压器的大规模应用。
现有电力电子变压器中高压交流侧级联H桥电路通常采用固定开关频率的载波相移调制方法，该开关频率的设置需要满足电力电子变压器在宽工作范围下高压交流侧的电能质量要求，例如CN 103972894 A。在高压直流-低压直流之间的DC-DC变换环节通常采用移相控制方式或者串联谐振方式，对于双有源桥型电路，在满足功率双向流动条件下，需要使高频变压器原边与副边全桥电路中全控型开关器件全部解锁运行，例如中国专利CN104682728 A、CN 103633623 A等。
这些已有的方案的缺点在于，一方面采用固定开关频率的载波相移调制方法，造成在大功率工况下级联H桥电路开关损耗较大；另一方面DC-DC中全控型开关器件全部解锁运行，电流在全控型开关器件之间换流，在高开关频率下开关损耗大。因而，现有方案导致电力电子变压器中全控型开关器件的损耗大，影响了整机运行效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术方案中电力电子变压器中高压交流侧级联H桥电路以及DC-DC环节中全控型开关器件损耗大，导致系统运行效率低的缺点，提出一种电力电子变压器的控制方法。本发明根据电力电子变压器运行工况自适应调节高压交流侧级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率，并可闭锁部分全控型开关器件，降低电路的开关损耗。
本发明电力电子变压器的控制方法，通过以下技术方案来实现：
根据电力电子变压器中流经高压交流侧的电流有效值调节交流侧级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率，并根据电力电子变压器中流过DC-DC环节的有功功率值调节DC-DC变换器中全控型开关器件的解闭锁状态。具体步骤如下：
(1)设置电力电子变压器高压交流侧的级联H桥电路工作在初始状态，其中全控型开关器件的开关频率为初始频率kch0；
(2)设置电力电子变压器DC-DC变换器工作在初始状态，其中各DC-DC变换器中的全控型开关器件均处于解锁状态，送端和受端的全桥电路均采用开环调制方法，调制波为同频同相，且占空比为50％的方波信号；
(3)对电力电子变压器高压交流侧电流进行采样，并计算电力电子变压器高压交流侧电流有效值Iac，对于三相电路则可计算三相电流有效值的平均值；
(4)计算电力电子变压器中流过DC-DC环节的有功功率值Pd；
(5)将交流侧电流有效值Iac进行滞环比较，根据比较结果来设置高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率，具体包括：
(5.1)若交流电流有效值Iac在滞环比较器的上限值Ih和下限值Il之间，则高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率维持不变；
(5.2)若交流电流有效值Iac超过滞环比较器的上限值Ih，则调低高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率为kch1；
(5.3)若交流电流有效值Iac低于滞环比较器的下限值Il，则恢复高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率为kch0。
(6)以电力电子变压器中有功功率流向为参考，DC-DC变换器中两侧的全桥电路分别处于发出和接收有功功率，定义接收有功功率的一侧全桥电路为受端，定义发出有功功率的一侧全桥电路为送端。将流过DC-DC环节的有功功率值Pd的绝对值|Pd|进行滞环比较，并根据比较结果调节DC-DC变换器中受端全控型开关器件的解闭锁状态，具体包括：
(6.1)若|Pd|在滞环比较器的上限值Ph和下限值Pl之间，则DC-DC变换器中受端全控型开关器件的解闭锁状态维持不变；
(6.2)若|Pd|超过滞环比较器的上限值Ph，则DC-DC变换器中受端全控型开关器件改为闭锁状态；
(6.3)若|Pd|低于滞环比较器的下限值Pl，则DC-DC变换器中受端全控型开关器件改为解锁状态。
本发明控制方法适用于以双有源桥串联谐振型DC-DC变换器为基本单元构成的电力电子变压器。
本发明电力电子变压器效率优化控制方法具有以下特点和优势：
1.可根据电力电子变压器运行工况来自适应调节高压交流侧级联H桥电路的开关频率，在大功率运行范围可显著减少开关器件损耗，同时在小功率运行范围也能保证交流侧电能质量要求。
2.本发明中控制方法可根据电力电子变压器运行工况来改变DC-DC变换器中电流通路，在大功率运行范围使电流通过二极管进行换流，减少开关器件损耗，同时在小功率运行范围使得功率能够快速双向切换，满足各端口接入电源、负荷、储能快速动态响应需求。
附图说明
图1为本发明电力电子变压器的电路原理图，图1中：1全桥单元、2双有源桥串联谐振型DC-DC变换器；
图2为功率模块原理图；
图3为本发明电力电子变压器中双有源桥串联谐振型DC-DC变换器在有功功率Pd由送端向受端输送时，闭锁受端全桥电路中开关器件后的电流通路；
图4为本发明效率优化控制方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
本发明适用于以双有源桥串联谐振型DC-DC变换器为基本单元构成的电力电子变压器。
如图1所示，以电力电子变压器单相电路为例进行说明。该电力电子变压器单相电路由N个功率模块级联构成，单相电路可独立运行。其中，N为正整数。每个功率模块中均包含H桥单元、双有源桥串联谐振型DC-DC变换器。双有源桥串联谐振型DC-DC变换器采用开环的方波电压输出控制。
如图2所示，所述功率模块的连接方式为：H桥单元的直流输出端子为x、y，双有源桥串联谐振型DC-DC变换器的初级侧直流储能电容Ch连接于直流输出x端子和y端子之间，次级侧直流储能电容Cl的正极端子j连接到直流母线的正极端子h上。
下面结合具体电路拓扑阐述本发明电力电子变压器的控制方法。
电力电子变压器启动运行后，在初始状态下设置级联H桥采用载波相移控制技术，设置开关频率为初始频率kch0。并且，设置双有源桥串联谐振DC-DC变换器采用开环方波调制，变压器两侧的全桥电路均采用相同的调制波信号，调制波为同频同相的方波，占空比约为50％。
本发明控制方法分别针对级联H桥和双有源桥串联谐振DC-DC变换器中开关器件损耗进行优化，一方面，根据高压交流侧电流有效值的大小来优化设置高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率，在大功率工况下保证电能质量的前提条件下可调低开关频率来降低开关损耗；另一方面，根据DC-DC环节传输的有功功率大小来设置受端全控型开关器件的解闭锁状态，在大功率工况下令受端全桥电路的电流仅流过二极管器件，从而降低开关损耗。
具体实现过程包括以下步骤：
(1)对电力电子变压器高压交流侧电流进行采样，并计算其有效值Iac，对于三相电路则可计算三相电流有效值的平均值；
(2)对电力电子变压器DC-DC环节中直流侧电压Udc、电流Idc进行采样，计算电力电子变压器中流过DC-DC环节的有功功率值Pd；
(3)将交流侧电流有效值Iac进行滞环比较，根据比较结果来设置高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率，具体包括：
(3.1)若交流电流有效值Iac在滞环比较器的上限值Ih和下限值Il之间，则高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率维持不变；
(3.2)若交流电流有效值Iac超过滞环比较器的上限值Ih，则调低高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率为kch1；
(3.3)若交流电流有效值Iac低于滞环比较器的下限值Il，则恢复高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率为kch0。
(4)以电力电子变压器中有功功率流向为参考，DC-DC变换器中两侧的全桥电路分别处于发出和接收有功功率，定义接收有功功率的一侧全桥电路为受端，定义发出有功功率的一侧全桥电路为送端。将流过DC-DC环节的有功功率值Pd的绝对值|Pd|进行滞环比较，并根据比较结果调节DC-DC变换器中受端全控型开关器件的解闭锁状态，具体包括：
(4.1)若|Pd|在滞环比较器的上限值Ph和下限值Pl之间，则DC-DC变换器中受端全控型开关器件的解闭锁状态维持不变；
(4.2)若|Pd|超过滞环比较器的上限值Ph，则DC-DC变换器中受端全控型开关器件改为闭锁状态，此时受端全桥电路中电流将从二极管中流过；
(4.3)若|Pd|低于滞环比较器的下限值Pl，则DC-DC变换器中受端全控型开关器件改为解锁状态。
以上分析可推广至采用双有源桥串联谐振型DC-DC变换器构成的直流变压器。
Claims (1)
1.一种电力电子变压器的控制方法，所述电力电子变压器单相电路由N个功率模块级联构成，N为大于或等于2的正整数；每个功率模块均包含H桥单元和双有源桥串联谐振型DC-DC变换器；双有源桥串联谐振型DC-DC变换器的一端与H桥单元的两个直流输出端子连接，另一端与直流母线正负极连接；所述功率模块中，双有源桥串联谐振型DC-DC变换器的初级侧直流储能电容Ch连接于H桥单元的直流输出x端子和y端子之间，次级侧直流储能电容Cl的正极端子j连接到直流母线的正极端子h上；每个功率模块的H桥单元均包括两个桥臂，N个功率模块中第1个功率模块的H桥单元的一个桥臂中点与一个高压交流端连接，另外一个桥臂中点与第2个功率模块的H桥单元的一个桥臂中点连接，第2个功率模块的H桥单元的另外一个桥臂中点与第3个功率模块的H桥单元的一个桥臂中点连接，一直到第N个功率模块，第N个功率模块的H桥单元的另外一个桥臂中点连接至另一个高压交流端；N个功率模块的双有源桥串联谐振型DC-DC变换器在直流母线侧并联连接；所述H桥单元与双有源桥串联谐振型DC-DC变换器中开关器件由全控型开关器件反并联二极管构成，
其特征在于，所述的控制方法根据电力电子变压器中流经高压交流侧的电流有效值调节高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率，并根据电力电子变压器中流过双有源桥串联谐振型DC-DC变换器的有功功率值调节双有源桥串联谐振型DC-DC变换器的全控型开关器件的解闭锁状态；具体步骤如下：
(1)设置电力电子变压器高压交流侧的级联H桥电路工作在初始状态，构成高压交流侧的级联H桥电路的全控型开关器件的开关频率为初始频率kch0；
(2)设置电力电子变压器的双有源桥串联谐振型DC-DC变换器工作在初始状态，构成各双有源桥串联谐振型DC-DC变换器的全控型开关器件均处于解锁状态，送端和受端的全桥电路均采用开环调制方法，调制波为同频同相，且占空比为50％的方波信号；
(3)对电力电子变压器高压交流侧电流进行采样，并计算电力电子变压器高压交流侧电流有效值Iac，对于三相电路则计算三相电流有效值的平均值；
(4)计算电力电子变压器中流过双有源桥串联谐振型DC-DC变换器的有功功率值Pd；
(5)将交流侧电流有效值Iac进行滞环比较，根据比较结果来设置高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率；
(6)以电力电子变压器中有功功率流向为参考，双有源桥串联谐振型DC-DC变换器中两侧的全桥电路分别处于发出有功功率和接收有功功率的状态，定义接收有功功率的一侧全桥电路为受端，定义发出有功功率的一侧全桥电路为送端；将流过双有源桥串联谐振型DC-DC变换器的有功功率值Pd的绝对值|Pd|进行滞环比较，并根据比较结果调节双有源桥串联谐振型DC-DC变换器中受端全控型开关器件的解闭锁状态；
所述的控制方法适用于以双有源桥串联谐振型DC-DC变换器为基本单元构成的电力电子变压器；
根据交流侧电流有效值调节全控型开关器件的开关频率的方法如下：
若交流电流有效值Iac在滞环比较器的上限值Ih和下限值Il之间，则高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率维持不变；
若交流电流有效值Iac超过滞环比较器的上限值Ih，则调低高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率为kch1；
若交流电流有效值Iac低于滞环比较器的下限值Il，则恢复高压交流侧的级联H桥电路中全控型开关器件的开关频率为kch0；
所述的步骤(6)中，由流过双有源桥串联谐振型DC-DC变换器的有功功率值Pd的绝对值|Pd|滞环比较的结果设置双有源桥串联谐振型DC-DC变换器中受端全控型开关器件的解闭锁状态具体包括：
若|Pd|在滞环比较器的上限值Ph和下限值Pl之间，则双有源桥串联谐振型DC-DC变换器中受端全控型开关器件的解闭锁状态维持不变；
若|Pd|超过滞环比较器的上限值Ph，则双有源桥串联谐振型DC-DC变换器中受端全控型开关器件改为闭锁状态；
若|Pd|低于滞环比较器的下限值Pl，则双有源桥串联谐振型DC-DC变换器中受端全控型开关器件改为解锁状态。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910173718.3A CN109768716B (zh) | 2019-03-07 | 2019-03-07 | 一种电力电子变压器的控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910173718.3A CN109768716B (zh) | 2019-03-07 | 2019-03-07 | 一种电力电子变压器的控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109768716A CN109768716A (zh) | 2019-05-17 |
| CN109768716B true CN109768716B (zh) | 2020-07-31 |
Family
ID=66456792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910173718.3A Active CN109768716B (zh) | 2019-03-07 | 2019-03-07 | 一种电力电子变压器的控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109768716B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110829865B (zh) * | 2019-11-07 | 2021-04-13 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 适用于电力电子变压器的自适应投切方法、装置及系统 |
| CN113037090B (zh) * | 2019-12-25 | 2022-10-04 | 新疆金风科技股份有限公司 | Dc/dc变换器的控制方法和装置、计算机设备 |
| CN111596130A (zh) * | 2020-03-14 | 2020-08-28 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种利用谐振频率检测技术提高能量路由器效率的方法 |
| CN111614148A (zh) * | 2020-03-14 | 2020-09-01 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种基于能量路由器的充电站效率和动态性能的改善方案 |
| CN111628556B (zh) * | 2020-03-14 | 2023-06-16 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 提高基于能量路由器的充电站dcdc效率的控制策略 |
| CN111600488A (zh) * | 2020-03-14 | 2020-08-28 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种利用过零检测技术提高电力电子变压器效率的方法 |
| CN111669062B (zh) * | 2020-03-21 | 2022-07-12 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种提升能量路由器轻载及空载效率的系统运行方法 |
| CN116599336B (zh) * | 2023-07-03 | 2024-05-28 | 西安西电电力电子有限公司 | 一种级联型直流变压器控制方法及系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103633623A (zh) * | 2013-12-08 | 2014-03-12 | 中国科学院电工研究所 | 高压直流变压器及其控制方法 |
| CN103972894A (zh) * | 2014-04-29 | 2014-08-06 | 广西电网公司电力科学研究院 | 电力电子变压器的控制方法及系统 |
-
2019
- 2019-03-07 CN CN201910173718.3A patent/CN109768716B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103633623A (zh) * | 2013-12-08 | 2014-03-12 | 中国科学院电工研究所 | 高压直流变压器及其控制方法 |
| CN103972894A (zh) * | 2014-04-29 | 2014-08-06 | 广西电网公司电力科学研究院 | 电力电子变压器的控制方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109768716A (zh) | 2019-05-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109768716B (zh) | 一种电力电子变压器的控制方法 | |
| CN110504688B (zh) | 具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器及控制方法 | |
| CN103441691B (zh) | 一种谐振型电力电子变流器及变流器装置 | |
| CN107592017B (zh) | 一种dc-dc变换器及控制方法 | |
| CN110336320B (zh) | 一种基于电能路由器的新能源并网或就地消纳系统 | |
| CN112054690B (zh) | 一种直流变压器控制方法 | |
| CN111900884A (zh) | 一种直流配网的电力电子变压设备及其控制方法 | |
| CN103427658A (zh) | 一种基于多绕组变压器的高压直流-直流变换装置 | |
| CN117614047B (zh) | 一种中压直挂数据中心供电系统 | |
| CN113437879B (zh) | 一种直流变换器及其控制方法 | |
| CN109302072B (zh) | 串联输入多端口输出的谐振式直流变换器及其控制方法 | |
| CN116826694B (zh) | 多端口数据中心供电系统及供电方法 | |
| CN108134405B (zh) | 一种适用于光伏发电应用的双有源桥电路调制方法 | |
| CN112953254A (zh) | 一种三相电力电子变压器拓扑及其控制方法 | |
| CN112054685A (zh) | 一种电能路由器及其控制方法 | |
| CN114531037B (zh) | 一种直流变压器电流断续控制方法 | |
| CN215934745U (zh) | 一种基于电流源的无线发射器电源均流控制器 | |
| CN111404409A (zh) | 基于mmc的多端口电力电子变压器拓扑及其控制方法 | |
| CN212627700U (zh) | 一种电能路由器 | |
| CN111342690B (zh) | 一种分裂电容功率单元多电平变换器的调制方法 | |
| CN113708408A (zh) | 自适应光照条件的多输出模式单相光伏逆变器及控制方法 | |
| CN111431416A (zh) | 一种三电平llc变换器及其控制方法 | |
| CN110535172B (zh) | 一种交直流风光混合发电系统及功率平滑控制方法 | |
| CN112332683A (zh) | 一种基于方波变换器的电力电子变压器 | |
| CN117175596B (zh) | 基于开关耦合的潮流转供装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |