CN110994618B - 基于高频汇集母线的多端口电能路由器的模块供电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于高频汇集母线的多端口EER的模块供电方法。正常启动时，通过检测各端口的输入电压状态，并根据预设的优先级确定主电源端口，启动主电源端口的高频H桥，通过高频母线给其它端口供电。故障定位时，由外部供电单元向各端口提供控制电源和功率电源，外部供电单元由一个电压/功率可调直流电源、一个二极管、一个H桥及一个H桥控制器组成，并直接向EER的公共高频交流汇集母线供电，通过控制外部供电单元中的H桥桥臂中点之间高频脉冲电压，使脉冲占空比从0逐步增加为50％，即可向各端口提供稳定电源。本发明的方法电路简单、控制方便，且无需对EER各端口硬件结构作任何调整，能同时满足正常启动、故障定位及端口独立功能调试需求。

Description

基于高频汇集母线的多端口电能路由器的模块供电方法
技术领域
本发明涉及电力电子设备技术领域，特别涉及一种基于高频汇集母线的多端口电能路由器的模块供电方法。
背景技术
在中高压应用领域，多端口电能路由器(Electrical Energy Router，以下简称EER)的主功率电路均采用模块化组合结构。图1所示为一种四端口EER，具备10kV高压交流(high voltage alternating current，以下简称HVAC)、10kV高压直流(high voltagedirect current，以下简称HVDC)、380V低压交流(low voltage alternating current，以下简称LVAC)和750V低压直流(low voltage direct current，以下简称LVDC)四个端口。各端口通过高频变压器(high frequency transformer，以下简称HFT)互联，构成一种具有高频交流汇集母线的结构。每个端口由多个子模块构成，其中，LVAC端口分为AC/DC及DC/AC两个单元，AC/DC单元的拓扑结构与LVDC相同。每个模块内部设有模块控制板，通过光纤与端口控制器相连，通过端口控制器即可实现对每个模块内功率器件的控制。在考虑空气绝缘、电气隔离及功率密度优化设计时，各模块的辅助电源通常从模块内部的直流母线取电。在模块的供电方法上主要存在以下问题：
(1)系统正常启动过程中，如何依次让每个端口模块内的辅助电源上电，使各控制器进入正常运行状态。
(2)系统故障时，出于安全考虑，在故障定位阶段无法直接引进高压交流、直流电或大功率电源，如何给指定端口的各模块供电，以便进行故障检查。
发明内容
针对基于高频汇集母线的多端口EER的上述问题，本发明提出了一种基于高频汇集母线的多端口电能路由器的模块供电方法。
一方面，本发明提出的一种基于高频汇集母线的多端口电能路由器的模块供电方法，电能路由器正常启动时，检测各端口输入电压状态，并根据设定的优先级确定主电源端口，之后启动确定的所述主电源端口的高频H桥工作，通过高频汇集母线给其它端口的各子模块供电。
进一步，当检测到唯一一个端口输入电压正常时，则所述唯一端口为主电源端口；当检测到多个端口输入电压正常时，则优先级高的端口为主电源端口。
进一步，给所述主电源端口各模块高频H桥桥臂中点之间施加高频脉冲波电压，脉冲占空比从零逐步增加为50％后维持不变，且所述主电源端口各模块高频H桥相对应的功率管驱动脉冲保持一致，完成公共高频母线上电。
进一步，所述主电源端口的各模块高频H桥内各功率管处于解锁状态，且受本模块内部控制器控制；所述其它端口的各模块高频H桥内各功率管处于闭锁状态。
另一方面，本发明提出一种基于高频汇集母线的多端口电能路由器的模块供电方法，在端口故障定位时，通过外部供电单元给所述故障端口的各模块供电，所述外部供电单元由一个电压/功率可调直流电源、一个二极管、一个H桥及一个H桥控制器组成；所述电压/功率可调直流电源的正极输出端与所述二极管的阳极相连；所述二极管的阴极和所述电压/功率可调直流电源的负极输出端与所述H桥的直流母线相连；所述H桥的桥臂中点与电能路由器的高频汇集母线相连。
进一步，通过所述H桥控制器控制所述外部供电单元的H桥，使其桥臂中点之间输出高频脉冲信号，脉冲占空比逐步由零增加为50％并保持不变后，所述外部直流电源向公共高频母线供电。
进一步，所述外部供电单元中的H桥内各功率管处于解锁状态，且受所述H桥控制器控制；所述故障端口各模块高频H桥内各功率管处于闭锁状态。
本发明的模块供电方法具有以下优点：
(1)对EER各端口硬件结构无需任何调整。
(2)能给EER各端口同时提供控制电源和功率电源。
(3)新增外部供电单元电路简单，控制方便。
(4)外部供电单元能同时满足故障定位和端口独立功能调试需求。
附图说明
图1为基于高频汇集母线的四端口电能路由器拓扑示意图；
图2为本发明中提出的外部供电单元电路示意图。
具体实施方式
本发明提出的EER的模块供电方法，在无需更改各端口硬件结构的情况下，能同时满足正常启动、故障定位和单端口功能调试需求，可适用于如图1所示的具有高频汇集母线的四端口EER结构，并可扩展到具有高频汇集母线的多端口EER结构。下面以图1所示的四端口EER为例，阐述本发明所提出的模块供电方法的实施方式。
(1)正常启动
系统启动时，首先合端口开关，之后检测各端口的输入电压。当检测到唯一一个端口输入电压正常时，则该唯一端口为主电源端口；当检测到多个端口输入电压正常时，则优先级高的端口为主电源端口。在四端口EER中，设定主电源优先级为HVAC>LVAC>HVDC>LVDC。如检测到HVAC和HVDC两个端口的电压正常，则根据优先级确定HVAC为主电源端口。
启动主电源端口(HVAC)内部的所有高频H桥工作，各H桥内位置对应的功率管驱动脉冲保持一致，采用软启动方式让公共高频母线上电，即逐步调节H桥桥臂中点电压的占空比，电压波形为高频脉冲波，使其从0逐步增大到50％。公共高频母线上电后，由于其它端口的高频H桥处于不控整流状态(闭锁状态)，因此，各模块母线电容被充电，各模块内模块控制器开始工作，模块供电完成。若其它端口为主电源端口，启动过程类似。
(2)端口故障定位
①各模块供电过程
断开故障端口的输入端与外部电源或负载设备的电气连接，并将外部供电单元与公共高频母线连接。外部供电单元由一个电压/功率可调直流电源、一个二极管、一个H桥及一个H桥控制器组成。电压/功率可调直流电源的正极输出端与二极管的阳极相连，二极管的阴极和电压/功率可调直流电源的负极输出端与H桥的直流母线相连；H桥的桥臂中点与电能路由器的高频汇集母线相连。
当外部供电单元与公共高频母线连接好后，通过H桥控制器控制外部供电单元的H桥，使其桥臂中点之间输出高频脉冲信号，脉冲占空比逐步由零增加为50％，之后维持不变。在此过程中，故障端口内各模块高频H桥一直处于闭锁状态，各模块直流母线电容逐步充电，之后控制电源上电，控制器开始工作。
②光纤等功能部件性能测试
故障端口内所有控制器上电工作后，即可开始对光纤、辅助电源等功能部件进行性能测试。
③功率电源上电及模块好坏测试
在外部供电单元的H桥输出高频脉冲占空比达到50％后，外部直流电源即可向故障端口提供功率电源。由于故障端口内部高频H桥处于不控整流状态，此时各模块直流母线电压应与外部直流电源电压接近，由此，可以初步判断模块好坏。
此外，对于HVAC端口而言，可使其内部级联H桥工作在逆变方式，在HVAC端口的输入端开环逆变出10kV/50Hz交流电压，由此交流电压的波形可以判定HVAC端口内部模块的好坏。对于其它端口而言，可使其内部的高频H桥工作，进一步判断模块好坏。
以上实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于高频汇集母线的多端口电能路由器的模块供电方法，其特征在于：电能路由器正常启动时，检测各端口输入电压状态，并根据设定的优先级确定主电源端口，当检测到唯一一个端口输入电压正常时，则所述唯一端口为主电源端口；当检测到多个端口输入电压正常时，则优先级高的端口为主电源端口；之后启动确定的所述主电源端口的高频H桥工作，通过高频汇集母线给其它端口的各子模块供电；在故障端口定位时，通过外部供电单元给所述故障端口的各模块供电，所述外部供电单元由一个电压/功率可调直流电源、一个二极管、一个H桥及一个H桥控制器组成；所述电压/功率可调直流电源的正极输出端与所述二极管的阳极相连；所述二极管的阴极和所述电压/功率可调直流电源的负极输出端与所述H桥的直流母线相连；所述H桥的桥臂中点与电能路由器的高频汇集母线相连。
2.根据权利要求1所述一种基于高频汇集母线的多端口电能路由器的模块供电方法，其特征在于：给所述主电源端口各模块高频H桥桥臂中点之间施加高频脉冲波电压，脉冲占空比从零逐步增加为50％后维持不变，且所述主电源端口各模块高频H桥相对应的功率管驱动脉冲保持一致，完成公共高频母线上电。
3.根据权利要求2所述一种基于高频汇集母线的多端口电能路由器的模块供电方法，其特征在于：所述主电源端口的各模块高频H桥内各功率管处于解锁状态，且受本模块内部控制器控制；所述其它端口的各模块高频H桥内各功率管处于闭锁状态。
4.根据权利要求1所述一种基于高频汇集母线的多端口电能路由器的模块供电方法，其特征在于：通过所述H桥控制器控制所述外部供电单元的H桥，使其桥臂中点之间输出高频脉冲信号，脉冲占空比逐步由零增加为50％并保持不变后，所述电压/功率可调直流电源向公共高频母线供电。
5.根据权利要求4所述一种基于高频汇集母线的多端口电能路由器的模块供电方法，其特征在于：所述外部供电单元中的H桥内各功率管处于解锁状态，且受所述H桥控制器控制；所述故障端口各模块高频H桥内各功率管处于闭锁状态。
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