CN110118903B - 电力电子变压器直流端口等效满功率试验电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力电子变压器直流端口等效满功率试验电路及控制方法，所述试验电路为在两类非隔离的DC/DC变换器拓扑中增加辅助电路与直流源构成功率环试验电路，所述辅助电路包括与被测变换器同规格的IGBT开关管和二极管。所述试验电路拓扑可以应用于各种电压和功率等级的电力电子变压器装置中，同时也可扩展到其它具有相似电路的应用中。

Description

电力电子变压器直流端口等效满功率试验电路及控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子变换器技术领域，特别是涉及电力电子变压器直流端口装置的等效满功率试验电路及控制方法。
背景技术
随着分布式新能源应用的逐渐增多，电力电子变压器作为连接交、直流微网系统的关键设备，逐步受到重视。其直流端口装置，即DC/DC变换器作为直流电能的变换装置，其应用得到了很大的发展。光伏、储能以及直流负载等设备中根据使用场合的需求，采用了各种类型的非隔离DC/DC变换器。
在这些装置的测试过程中，一项重要的试验项目就是变换器的满功率运行测试，通过该试验考核变换器的控制性能、温升、效率和可靠性等指标。通常试验中采用符合电力电子变压器直流端口设备功率等级的直流电源和直流负载，将变换器接入其中，进行满载或过载运行。这样既需要较高的试验装置成本，试验过程中产生的电能也没有合理回收；有的试验系统中采用双向直流电源馈网或者直流储能装置，这又增加了试验装置的成本。
因此希望有一种电力电子变压器直流端口装置的等效满功率试验电路及其控制方法能够解决现有技术中电力电子变压器直流端口装置满功率运行试验系统的较高装置成本和电能浪费问题。
发明内容
本发明公开了一种电力电子变压器直流端口等效满功率试验电路，所述试验电路为在两类非隔离的DC/DC变换器拓扑中增加辅助电路与直流源构成功率环试验电路，所述辅助电路包括与被测变换器同规格的绝缘栅双极型功率管(IGBT)开关管和二极管。
优选地,所述两类非隔离的DC/DC变换器拓扑包括Sepic电路和Zeta电路。
优选地,在所述Sepic电路的输入端增加一个所述与被测变换器同规格的绝缘栅双极型功率管(IGBT)开关管和二极管串联的半桥电路，桥臂中点连接所述Sepic电路的输入电感，桥臂两端分别与输入电容的正负极并联，将输出正极与输入正极连接。
优选地，在所述Zeta电路的输入端增加一个所述与被测变换器同规格的绝缘栅双极型功率管(IGBT)开关管和二极管串联的半桥电路，桥臂中点连接所述Zeta电路的输入开关管，桥臂两端分别与输入电容的正负极并联，将输出正极与输入正极连接。
优选地,所述辅助电路与被测电路处于同样的散热条件。
电力电子变压器直流端口等效满功率试验电路的控制方法，所述试验电路的控制方法为控制试验电路中的功率等级，在直流源设定的输出电压等级下，对其中一个绝缘栅双极型功率管(IGBT)开关管的开环控制和对DC/DC变换器中直流电感电流的闭环控制实现对DC/DC变换器功率的控制。
本发明公开的电力电子变压器直流端口装置的等效满功率试验电路及其控制方法极大节省了实验装置的成本，同时避免了能源浪费，本发明能够满足功率试验方案中对控制系统、散热系统和电磁干扰等的测试指标的考核。
附图说明
图1是电力电子变压器中的直流端口连接关系示意图。
图2是Sepic电路的功率环试验电路示意图。
图3是Zeta电路的功率环试验电路示意图。
图4是Sepic电路的控制结果示意图。
图5是Zeta电路的控制结果示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
如图1所示，电力电子变压器的通用结构框图，其中直流端口根据电压等级可以分为低压和高压端口，根据需要采用隔离或非隔离的拓扑方式。
如图2所示，Sepic电路由直流电容C1、开关管T2、二极管D2、直流电感L1和L2、直流电容C2和C3组成。在此基础上接入由开关管T1和二极管D1组成的辅助电路，同时将输出电容正极通过导线与输出电容正极连接，共同构成测试所需的功率环电路。工作原理为：T1管按照固定占空比进行开关动作，T2管则对电感L1中的电流进行闭环控制，在闭环调节过程中，T2管的驱动脉冲首先将电感电流值调整至指令值，进入稳态后与T1管的驱动脉冲保持相对固定，如图4的第一通道和第二通道。
如图4所示，第三通道为变换器的输出电压，由于试验电路中输出与输入并联，所以输出电压就是输入电压的设定值。第四通道为输出电流，其平均值根据T1管的占空比和电流指令值决定。第五通道为电感电流的实际值，其最低值为指令值，峰值由T1管的占空比决定。第六、七通道分别为T1管和T2管的端电压和电流，其电压、电流与T1管的占空比和电感电流指令值相关，可以根据实验的功率等级要求确定。即通过本发明的功率环实验电路，满足了Sepic电路的功率等级需求。
如图3所示，Zeta电路由直流电容C1、开关管T2、二极管D2、直流电感L1和L2、直流电容C2和C3组成。在此基础上接入由开关管T1和二极管D1组成的辅助电路，同时将输出电容正极通过导线与输出电容正极连接，共同构成测试所需的功率环电路。工作原理为：T1管按照固定占空比进行开关动作，T2管则对电感L1中的电流进行闭环控制，在闭环调节过程中，T2管的驱动脉冲首先将电感电流值调整至指令值，进入稳态后与T1管的驱动脉冲保持相对固定，如图5的第一通道和第二通道。
如图5所示，第三通道为变换器的输出电压，由于试验电路中输出与输入并联，所以输出电压就是输入电压的设定值。第四通道为输出电流，其平均值根据T1管的占空比和电流指令值决定。第五通道为电感电流的实际值，其最低值为指令值，峰值由T1管的占空比决定。第六、七通道分别为T1管和T2管的端电压和电流，其电压、电流与T1管的占空比和电感电流指令值相关，可以根据实验的功率等级要求确定。即通过本发明的功率环实验电路，满足了Zeta电路的功率等级需求。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.电力电子变压器直流端口等效满功率试验电路，其特征在于，所述试验电路在两类非隔离的DC/DC变换器拓扑中分别增加辅助电路与直流源构成功率环试验电路，所述辅助电路包括与被测非隔离的DC/DC变换器同规格的绝缘栅双极型功率管(IGBT)开关管和二极管；
所述两类非隔离的DC/DC变换器拓扑包括Sepic电路和Zeta电路；
在所述Zeta电路的输入端增加一个与所述被测非隔离的DC/DC变换器同规格的绝缘栅双极型功率管(IGBT)开关管和二极管串联的半桥电路，桥臂中点连接所述Zeta电路的输入开关管，桥臂两端分别与输入电容的正、负极并联，将输出电容正极与输入电容正极连接；
在所述Sepic电路的输入端增加一个与所述被测非隔离的DC/DC变换器同规格的绝缘栅双极型功率管(IGBT)开关管和二极管串联的半桥电路，桥臂中点连接所述Sepic电路的输入电感，桥臂两端分别与输入电容的正、负极并联，将输出电容正极与输入电容正极连接。
2.根据权利要求1所述的电力电子变压器直流端口等效满功率试验电路，其特征在于：所述辅助电路与被测非隔离的DC/DC变换器处于同样的散热条件。
3.一种控制权利要求1所述的电力电子变压器直流端口等效满功率试验电路的控制方法，其特征在于：所述试验电路的控制方法为控制试验电路中的功率等级，在直流源设定的输出电压等级下，对其中一个绝缘栅双极型功率管(IGBT)开关管的开环控制和对被测非隔离的DC/DC变换器中直流电感电流的闭环控制实现对被测非隔离的DC/DC变换器功率的控制。
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