CN111600308A - 一种应用于能量路由器三相与两相切换运行的控制方案 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于能量路由器三相与两相切换运行的控制方案，属于电力电子变压器控制技术领域。其技术方案包括判断系统当前状态，当前为三相运行且需进入两相运行时，识别需运行相后切到两相运行控制方案；当前为两相运行需进入三相运行时，先让非工作相反向运行，使非工作相CHB级母线电压升至正常工作电压，然后切入到三相控制方案中；两相运行控制方案中CHB级采用瞬时电流控制工作两相的占空比，辅助以模块间电容电压平衡策略，非工作相封锁PWM信号；SRC‑DAB级工作两相控制方法不变，非工作相封锁PWM信号。三相运行方案中CHB采用DQ解耦控制，SRC‑DAB采用开环定频控制。本发明应用于PET高效运行方面，具有提升系统效率，增加系统稳定性等优势。

Description

一种应用于能量路由器三相与两相切换运行的控制方案
技术领域
本发明涉及电力电子变压器控制技术领域，尤其涉及一种应用于能量路由器三相与两相切换运行的控制方案。
背景技术
一种应用于能量路由器三相与两相切换运行的控制方案主要应用于新型的电力电子变压器控制方案。相比传统电力变压器，电力电子变压器(PET)不仅能实现电压等级变换、电气隔离和能量传递等功能，还能实现潮流控制、电能质量控制等额外功能。三相PET在空载待机或轻载下，可通过切入到两相运行降低损耗，功率达到一定值后要及时切换到三相运行；当某一相故障模块数超过允许值后可进入两相运行提升系统冗余度，增强系统稳定性；当电网发生单相接地故障时，可切换至两相运行方式，当故障清除后切换至三相运行，增强系统稳定性。所以一种可靠的两相切三相，三相切两相的控制方法尤为重要。
发明内容
本发明针对上述需求，提供了应用于PET三相与两相切换运行的控制方案，该方案可实现系统在两相与三相运行的平滑切换，实现提升系统效率，增加系统稳定性功能。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
该种应用于PET三相与两相切换运行的控制方案，包含以下步骤：
步骤1、判断系统当前运行状态，若当前为三相运行状态，进入步骤2，若当前为两相运行状态，进入步骤3。
步骤2、判断系统是否需进入两相运行，若需要进入步骤4，若不需要重复此步骤；
步骤3、判断系统是否需进入三相运行，若需要进入步骤5，若不需要重复此步骤；
步骤4、判定需工作的两相x，y，切到两相运行算法，然后进入步骤1，其中：(1)x，y要求为正相序，即x，y组合为A、B，B、C，C、A；
(2)两相运行算法包括CHB级和SRC-DAB级的控制，SRC-DAB处于工作的两相继续使用开环定频控制方式，处于断开的一相封锁PWM信号，CHB级处于工作的两相采用瞬时电流控制，处于断开的一相封锁PWM信号，其具体如下：
a、电压外环采用PI控制器，电压外环给定值为系统设定工作电压，反馈值为工作两相的各母线电容电压平均值，经过2倍频LPF滤除其二倍频分量，电容电压平均值求法如下：
Figure BDA0002420485710000021
式中x，y为处于工作状态的两相，Nx为x相处于工作状态的模块数，Ny为y相处于工作状态的模块数；
其中LPF可更换为其他滤波器达到滤除二倍频分量效果，如低通滤波器，也属于本发明的保护范围；
b、电流内环采用PR控制器，电流内环的给定值为电压外环结果与有功分量cos(xy)相乘，电流内环的反馈值为x相电流ix；
c、电压前馈量减去电流内环结果得到一次调整量d，其中电压前馈量为
Figure BDA0002420485710000022
d、x，y两相均加入电容电压均衡控制策略，采用P控制器，参考值为各相电容电压均值经低通滤波器，反馈值为各模块电容电压，经P控制器后与分别于有功分量cos(xy)，-cos(xy)相乘，得到二次调整量Δdxi,Δdyi；
e、x，y两相占空比表达式为：
Figure BDA0002420485710000023
f、两相占空比信号经归一化得到最终的占空比。
步骤5、判定处于断开的相z，使z相SRC-DAB反向运行，给该相CHB母线电容充电，当电容电压升至正常工作电压后切换至三相运行算法，然后进入步骤1。
三相运行算法同样包含CHB级控制和SRC-DAB级控制，其中CHB级采用DQ解耦控制，SRC-DAB级采用开环定频控制方式。
本发明的积极效果在于：使三相PET在三相运行和两相运行之间平滑切换，达到提升PET运行效率，增强系统稳定性的效果。
附图说明
图1是本发明实施例的电力电子变压器结构图；
图2是本发明实施例的电力电子变压器电路拓扑图；
图3是本发明实施例的流程框图；
图4是本发明实施例的CHB级两相运行控制框图；
图5是本发明实施例的三相切两相仿真结果：(a)电网电流与电网电压(b)CHB级母线电压(c)SRC-DAB输出电压；
图6是本发明实施例的两相切三相仿真结果：(a)电网电流与电网电压(b)CHB级母线电压(c)SRC-DAB输出电压。
具体实施方式
以下，结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的描述。
本发明应用的PET结构如图1所示，其为三级结构。输入级为AC/DC变换器，将10kV交流电转换为高压直流电；中间隔离级为带高频隔离变压器的DC/DC变换器，其承担电气隔离的作用，将高压直流电转换为低压直流电；输出级为DC/AC变换器，其将直流电变换为380V交流电。
具体拓扑结构如图2所示，输入级采用CHB拓扑，中间隔离级采用SRC-DAB拓扑，DC/AC级采用H桥拓扑，其相比于传统的PET多了三个单相可控断路器，用于断开/闭合某一相使系统在两相与三相之间切换。图3为具体实施方式，参照图3，本发明提升PET轻载及空载效率的系统运行方法实施过程如下：
步骤1：判断系统当前运行状态，若当前为三相运行状态，进入步骤2，若当前为两相运行状态，进入步骤3；
步骤2：判断系统是否需进入两相运行，若需要进入步骤4，若不需要重复此步骤；
步骤3：判断系统是否需进入三相运行，若需要进入步骤5，若不需要重复此步骤；
步骤4：判定需工作的两相x，y，切到两相运行算法，两相运行算法中CHB采用瞬时电流控制，控制框图如图4所示，SRC-DAB采用开环定频方式，然后进入步骤1；
步骤5：判定处于断开的相z，使z相SRC-DAB反向运行，给该相CHB母线电容充电，使得电容电压升至正常工作电压后切换至三相运行算法，然后进入步骤1。
为验证本发明所提方法的正确性，利用MATLAB搭建PET仿真模型，仿真模型包含输入级和中间隔离级，仿真参数设置如下：
Figure BDA0002420485710000041
仿真包含三相切到两相(x为A，y为B)和两相(x为A，y为B)切回三相两种模式，仿真结果分别如图5，图6所示。从仿真结果可以看出两相与三相之间的切换均为平滑进行，两相运行时CHB母线电压和SRC-DAB输出电压波动会变大，但在可接受范围内，说明本发明的有效性。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明的范围，凡在本发明说明书及附图内容的范围内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种应用于能量路由器三相与两相切换运行的控制方案，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
步骤1：判断系统当前运行状态，若当前为三相运行状态，进入步骤2，若当前为两相运行状态，进入步骤3；
步骤2：判断系统是否需进入两相运行，若需要进入步骤4，若不需要重复此步骤；
步骤3：判断系统是否需进入三相运行，若需要进入步骤5，若不需要重复此步骤；
步骤4：判定需工作的两相x，y，切到两相运行算法，然后进入步骤1；
步骤5：判定处于断开的相z，使z相SRC-DAB反向运行，给该相CHB母线电容充电，当电容电压升至正常工作电压后切换至三相运行算法，然后进入步骤1。
2.如权利要求1所述的一种应用于能量路由器三相与两相切换运行的控制方案，其特征在于，所述步骤4中，两相运行算法包括CHB级和SRC-DAB级的控制，SRC-DAB处于工作的两相继续使用开环定频控制方式，处于断开的一相封锁PWM信号，CHB级处于工作的两相采用瞬时电流控制，处于断开的一相封锁PWM信号，其具体如下：
电压外环采用PI控制器，电压外环给定值为系统设定工作电压，反馈值为工作两相的各母线电容电压平均值，经过2倍频LPF滤除其二倍频分量，电容电压平均值求法如下：
Figure FDA0002420485700000011
式中x，y为处于工作状态的两相，Nx为x相处于工作状态的模块数，Ny为y相处于工作状态的模块数；
其中LPF可更换为其他滤波器达到滤除二倍频分量效果，如低通滤波器等，也属于本发明的保护范围；
电流内环采用PR控制器，电流内环的给定值为电压外环结果与有功分量cos(xy)相乘，电流内环的反馈值为x相电流ix；
电压前馈量减去电流内环结果得到一次调整量d，其中电压前馈量为
Figure FDA0002420485700000021
x，y两相均加入电容电压均衡控制策略，采用P控制器，参考值为各相电容电压均值经低通滤波器，反馈值为各模块电容电压，经P控制器后分别与有功分量cos(xy)，-cos(xy)相乘，得到二次调整量Δdxi,Δdyi；
x，y两相占空比表达式为：
Figure FDA0002420485700000022
两相占空比信号经归一化得到最终的占空比。
3.如权利要求1所述的一种应用于能量路由器三相与两相切换运行的控制方案，其特征在于，所述步骤5中三相运行算法同样包含CHB级控制和SRC-DAB级控制，其中CHB级采用DQ解耦控制，SRC-DAB级采用开环定频控制方式。
4.如权利要求1所述的一种应用于能量路由器三相与两相切换运行的控制方案，其特征在于，所述步骤4中x，y要求为正相序，即x，y组合为A、B，B、C，C、A。
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