CN112202340A - 一种级联式电力电子变压器及其控制方法 - Google Patents

一种级联式电力电子变压器及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112202340A
CN112202340A CN202011069564.2A CN202011069564A CN112202340A CN 112202340 A CN112202340 A CN 112202340A CN 202011069564 A CN202011069564 A CN 202011069564A CN 112202340 A CN112202340 A CN 112202340A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transformer
voltage
output
primary side
electrical angle
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.)
Granted
Application number
CN202011069564.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112202340B (zh
Inventor
董钺
庄加才
徐君
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sungrow Power Supply Co Ltd
Original Assignee
Sungrow Power Supply Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sungrow Power Supply Co Ltd filed Critical Sungrow Power Supply Co Ltd
Priority to CN202011069564.2A priority Critical patent/CN112202340B/zh
Publication of CN112202340A publication Critical patent/CN112202340A/zh
Priority to JP2022562772A priority patent/JP7389923B2/ja
Priority to US18/010,435 priority patent/US20230231466A1/en
Priority to EP21873884.7A priority patent/EP4224694A1/en
Priority to PCT/CN2021/095148 priority patent/WO2022068222A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112202340B publication Critical patent/CN112202340B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33561—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having more than one ouput with independent control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0025—Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/0074—Plural converter units whose inputs are connected in series
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/081—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters wherein the phase of the control voltage is adjustable with reference to the AC source
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4807—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode having a high frequency intermediate AC stage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/0077—Plural converter units whose outputs are connected in series
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/008—Plural converter units for generating at two or more independent and non-parallel outputs, e.g. systems with plural point of load switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/23—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only arranged for operation in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel

Abstract

本申请公开了一种级联式电力电子变压器及其控制方法，实现了不同一次侧绕组间的功率均衡。该方法包括：计算第s个变压器的θi1和θkps，以及第j个变压器的θj；s＝1、2、…、n；在同一变压器中，以第一个一次侧变换器桥臂电压为基准，第i个一次侧变换器桥臂电压与该基准之间的电角度为θi1，i＝2、3、…、m，第k个二次侧变换器桥臂电压与该基准之间的电角度为θkps，k＝1、2、…、r，第j个变压器的一、二次侧变换器桥臂电压之间的补偿电角度为θj，j＝2、3、…、n；在第j个变压器的θkps的基础上叠加θj，得到补偿后的θkps；在补偿后，将第s个变压器的θi1和θkps投入使用。

Description

一种级联式电力电子变压器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种级联式电力电子变压器及其控制方法。
背景技术
图1示出了一种级联式电力电子变压器，其单相拓扑结构为：每相包括n个变压器，每个变压器具有m个一次侧绕组和r个二次侧绕组，n+m≥3，r≥1，每个一次侧绕组串接一个DC/AC变换器，每个二次侧绕组串接一个AC/DC变换器；n*m个所述DC/AC变换器的直流侧各经过一个前级变换器后串联得到所述级联式电力电子变压器的输入端口；所述级联式电力电子变压器具有一个或多个输出端口，每个所述输出端口都是通过从每个变压器的二次侧各选取至少一个AC/DC变换器，然后将这些AC/DC变换器的直流侧进行串并联得到。
但是，目前还没有一种控制方式能够实现所述级联式电力电子变压器内不同一次侧绕组之间的功率均衡控制。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种级联式电力电子变压器及其控制方法，以实现所述级联式电力电子变压器内不同一次侧绕组之间的功率均衡控制。
一种级联式电力电子变压器控制方法，其中，所述级联式电力电子变压器的每相包括n个变压器，每个变压器具有m个一次侧绕组和r个二次侧绕组，n≥2，m≥2，r≥1，每个一次侧绕组串接一个DC/AC变换器，每个二次侧绕组串接一个AC/DC变换器；n*m个所述DC/AC变换器的直流侧各经过一个前级变换器后串联构成所述级联式电力电子变压器的输入端口；所述级联式电力电子变压器具有一个或多个输出端口，每个所述输出端口都是通过从每个变压器的二次侧各选取至少一个AC/DC变换器，然后将这些AC/DC变换器的直流侧进行串并联构成；
所述级联式电力电子变压器控制方法包括：
计算得到第s个变压器的电角度θi1和θkps，以及第j个变压器的补偿电角度θj；s＝1、2、…、n；
其中，在同一变压器中，将其第i个一次侧绕组串接的DC/AC变换器简称为第i个一次侧变换器，将其第k个二次侧绕组串接的AC/DC变换器简称为第k个二次侧变换器，以其第一个一次侧变换器桥臂电压作为基准电压，将第i个一次侧变换器桥臂电压与所述基准电压之间的电角度记为θi1，i＝2、3、…、m，将第k个二次侧变换器桥臂电压与所述基准电压之间的电角度记为θkps，k＝1、2、…、r；同相的各个变压器对应的所述基准电压相等，三相同一位置上的变压器对应的所述基准电压之间互错2π/3电角度；将第j个变压器的一次侧变换器桥臂电压和二次侧变换器桥臂电压之间的补偿角度记为θj，j＝2、3、…、n；则：第s个变压器的第i个一次侧绕组对应的均衡控制电流环取第s个变压器的m个一次侧变换器的直流链电流之和除以m，作为电流给定，将其与第s个变压器的第i个一次侧变换器的直流链电流Idcij相减后，通过第一调节器计算输出第s个变压器的电角度θi1；在通过调节电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps实现同一输出端口下不同二次侧绕组之间功率均衡的前提下，第j个变压器对应的变压器均衡控制电流环取每相m*n个一次侧变换器直流链电流之和除以n，作为电流给定，与第j个变压器的m个一次侧变换器直流链电流之和相减后，通过第二调节器计算输出补偿电角度θj；
在第j个变压器的电角度θkps的基础上叠加补偿电角度θj，得到补偿后的第j个变压器的电角度θkps；
在补偿后，根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的各一次侧、二次侧变换器的桥臂电压方波。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器控制方法中，所述在补偿后，根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的各一次侧、二次侧变换器的桥臂电压方波，包括：
在补偿后，根据第s个变压器的电角度θ11以及电角度θkps计算得到第s个变压器的第一个一次侧变换器的占空比D1，以及根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的第i个一次侧变换器的占空比Di；θ11表示第s个变压器的第1个一次侧变换器桥臂电压与自身之间的电角度，即为零；
根据第s个变压器的电角度θ11和占空比D1计算得到第s个变压器的第1个一次侧变换器的桥臂电压方波，根据第s个变压器的电角度θi1和占空比Di计算得到第s个变压器的第i个一次侧变换器的桥臂电压方波，以及根据第s个变压器的补偿后的电角度θkps计算得到第s个变压器的第k个二次侧变换器的桥臂电压方波。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器控制方法中，计算得到第s个变压器的电角度θkps，包括：
运行第s个变压器的第i个一次侧变换器对应的直流链电压环；
运行针对同一输出端口下第g个并联支路的第h个串联支路设计的控制环；
将所述直流链电压环的输出与所述控制环的输出相加得到补偿前的电角度θkps；
其中，所述运行第s个变压器的第i个一次侧变换器对应的直流链电压环，具体包括：
所有变压器一次侧的DC/AC变换器的直流链电压给定Udcref均相等；第s个变压器的第i个一次侧变换器的直流链电压环将直流链电压给定Udcref与本一次侧变换器的直流链电压Udcis相减后，通过第三调节器计算后输出，作为本直流链电压环的输出；
其中，所述运行针对同一输出端口下第g个并联支路的第h个串联支路设计的控制环，具体包括：
在同一输出端口下，判断本输出端口是要求恒压输出还是恒流输出；
若要求恒压输出：将该输出端口的电压给定Uoref除以q后作为每个串联支路的电压给定，以实现各串联支路的均压；将每个串联支路的电压给定Uoref除以q后和电压实际值Uoh相减，通过第四调节器计算输出，输出结果乘以1/p作为每个并联支路的电流给定，以实现各并联支路的均流；将所述电流给定与第g个并联支路的第h个串联支路的输出电流Iogh进行比较，其偏差值经第五调节器计算输出作为所述控制环的输出，g＝1、2、…、p，h＝1、2、…、q；
若要求恒流输出：将该输出端口的输出功率给定Poref除以p*q*Uo作为每个串联支路的每个并联支路的电流给定，以实现各并联支路的均流；将所述电流给定与第g个并联支路的第h个串联支路的输出电流Iogh相减后，通过第六调节器进行计算输出；与此同时，将q个串联支路电压求和后除以q作为每个串联支路的电压给定，以实现各串联支路的均压；将所述电压给定与第g个并联支路第h个串联支路的输出电压Uogh相减后，通过第七调节器计算输出，与所述第六调节器的输出之和作为所述控制环的输出。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器控制方法中，所述级联式电力电子变压器控制方法还包括：分别针对各变压器的各一次侧变换器直流链进行工频二次谐波抑制；
其中，针对单个变压器的单个一次侧变换器直流链进行工频二次谐波抑制，具体为：一次侧变换器的直流电流通过100Hz二阶带通滤波器，提取其中的工频二次谐波分量，将此工频二次谐波分量做反馈、以0做给定，两者相减后通过谐振频率为100Hz的比例谐振控制器进行计算输出，其输出结果叠加到本变换器补偿前的电角度θkps上。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器控制方法中，当n≥2且m＝1时，舍去上述对θi1的计算。
或者，在上述公开的任一级联式电力电子变压器控制方法中，当n＝1且m≥2时，舍去上述对θj的计算。
一种级联式电力电子变压器，包括主电路和控制器，所述主电路的每相包括n个变压器，每个变压器具有m个一次侧绕组和r个二次侧绕组，n≥2，m≥2，r≥1，每个一次侧绕组串接一个DC/AC变换器，每个二次侧绕组串接一个AC/DC变换器；n*m个所述DC/AC变换器的直流侧各经过一个前级变换器后串联构成所述级联式电力电子变压器的输入端口；所述级联式电力电子变压器具有一个或多个输出端口，每个所述输出端口都是通过从每个变压器的二次侧各选取至少一个AC/DC变换器，然后将这些AC/DC变换器的直流侧进行串并联构成；
所述控制器包括处理器、存储器及存储在存储器上并能在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：
计算得到第s个变压器的电角度θi1和θkps，以及第j个变压器的补偿电角度θj；s＝1、2、…、n；
其中，在同一变压器中，将其第i个一次侧绕组串接的DC/AC变换器简称为第i个一次侧变换器，将其第k个二次侧绕组串接的AC/DC变换器简称为第k个二次侧变换器，以其第一个一次侧变换器桥臂电压作为基准电压，将第i个一次侧变换器桥臂电压与所述基准电压之间的电角度记为θi1，i＝2、3、…、m，将第k个二次侧变换器桥臂电压与所述基准电压之间的电角度记为θkps，k＝1、2、…、r；同相的各个变压器对应的所述基准电压相等，三相同一位置上的变压器对应的所述基准电压之间互错2π/3电角度；将第j个变压器的一次侧变换器桥臂电压和二次侧变换器桥臂电压之间的补偿角度记为θj，j＝2、3、…、n；则：第s个变压器的第i个一次侧绕组对应的均衡控制电流环取第s个变压器的m个一次侧变换器的直流链电流之和除以m，作为电流给定，将其与第s个变压器的第i个一次侧变换器的直流链电流Idcis相减后，通过第一调节器计算输出第s个变压器的电角度θi1；在通过调节电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps实现同一输出端口下不同二次侧绕组之间功率均衡的前提下，第j个变压器对应的变压器均衡控制电流环取每相m*n个一次侧变换器直流链电流之和除以n，作为电流给定，与第j个变压器的m个一次侧变换器直流链电流之和相减后，通过第二调节器计算输出补偿电角度θj；
在第j个变压器的电角度θkps的基础上叠加补偿电角度θj，得到补偿后的第j个变压器的电角度θkps；
在补偿后，根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的各一次侧、二次侧变换器的桥臂电压方波。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器中，所述处理器实现的在补偿后，根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的各一次侧、二次侧变换器的桥臂电压方波这一步骤，包括：
在补偿后，根据第s个变压器的电角度θ11以及电角度θkps计算得到第s个变压器的第一个一次侧变换器的占空比D1，以及根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的第i个一次侧变换器的占空比Di；θ11表示第s个变压器的第1个一次侧变换器桥臂电压与自身之间的电角度，即为零；
根据第s个变压器的电角度θ11和占空比D1计算得到第s个变压器的第1个一次侧变换器的桥臂电压方波，根据第s个变压器的电角度θi1和占空比Di计算得到第s个变压器的第i个一次侧变换器的桥臂电压方波，以及根据第s个变压器的补偿后的电角度θkps计算得到第s个变压器的第k个二次侧变换器的桥臂电压方波。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器中，所述处理器实现的计算得到第s个变压器的电角度θkps这一步骤，包括：
运行第s个变压器的第i个一次侧变换器对应的直流链电压环；
运行针对同一输出端口下第g个并联支路的第h个串联支路设计的控制环；
将所述直流链电压环的输出与所述控制环的输出相加得到补偿前的电角度θkps；
其中，所述运行第s个变压器的第i个一次侧变换器对应的直流链电压环，具体包括：
所有变压器一次侧的DC/AC变换器的直流链电压给定Udcref均相等；第s个变压器的第i个一次侧变换器的直流链电压环将直流链电压给定Udcref与本一次侧变换器的直流链电压Udcis相减后，通过第三调节器计算后输出，作为本直流链电压环的输出；
其中，所述运行针对同一输出端口下第g个并联支路的第h个串联支路设计的控制环，具体包括：
在同一输出端口下，判断本输出端口是要求恒压输出还是恒流输出；
若要求恒压输出：将该输出端口的电压给定Uoref除以q后作为每个串联支路的电压给定，以实现各串联支路的均压；将每个串联支路的电压给定Uoref除以q后和电压实际值Uoh相减，通过第四调节器计算输出，输出结果乘以1/p作为每个并联支路的电流给定，以实现各并联支路的均流；将所述电流给定与第g个并联支路的第h个串联支路的输出电流Iogh进行比较，其偏差值经第五调节器计算输出作为所述控制环的输出，g＝1、2、…、p，h＝1、2、…、q；
若要求恒流输出：将该输出端口的输出功率给定Poref除以p*q*Uo作为每个串联支路的每个并联支路的电流给定，以实现各并联支路的均流；将所述电流给定与第g个并联支路的第h个串联支路的输出电流Iogh相减后，通过第六调节器进行计算输出；与此同时，将q个串联支路电压求和后除以q作为每个串联支路的电压给定，以实现各串联支路的均压；将所述电压给定与第g个并联支路第h个串联支路的输出电压Uogh相减后，通过第七调节器计算输出，与所述第六调节器的输出之和作为所述控制环的输出。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器中，所述处理器还实现分别针对各变压器的各一次侧变换器直流链进行工频二次谐波抑制的步骤；
其中，针对单个变压器的单个一次侧变换器直流链进行工频二次谐波抑制，具体包括：
一次侧变换器的直流电流通过100Hz二阶带通滤波器，提取其中的工频二次谐波分量，将此工频二次谐波分量做反馈、以0做给定，两者相减后通过谐振频率为100Hz的比例谐振控制器进行计算输出，其输出结果叠加到补偿前的电角度θkps上。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器中，当n≥2且m＝1时，所述处理器执行的程序中舍去上述对θi1的计算。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器中，当n＝1且m≥2时，所述处理器执行的程序中舍去上述对θj的计算。
从上述的技术方案可以看出，由于同一变压器内各一次侧绕组之间经过DC/AC变换器和前级变换器形成了电气连接，所以本发明通过调节电角度θ21、θ31、…、θm1来实现同一变压器内不同一次侧绕组之间的功率流动，进而实现同一变压器内不同一次侧绕组之间的功率均衡。对于级联式电力电子变压器的任意一个输出端口，由于每个变压器内都有至少一个二次侧绕组经过AC/DC变换器形成了电气连接，所以本发明通过调节电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps来实现同一输出端口下不同二次侧绕组之间的功率流动，进而实现同一输出端口下不同二次侧变换器之间的功率均衡；然后，本发明通过在不同变压器的一次侧变换器桥臂电压和二次侧变换器桥臂电压之间的电角度上叠加补偿电角度θ2、θ3、…、θn，实现不同变压器之间的均衡控制。当本发明实现了同一变压器内不同一次侧绕组之间、不同变压器之间的功率均衡时，也就实现了整个级联式电力电子变压器内不同一次侧绕组之间的功率均衡。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种级联式电力电子变压器结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种级联式电力电子变压器控制方法流程图；
图3为本发明实施例公开的一种级联式电力电子变压器控制框图；
图4为计算占空比Di的控制框图；
图5为电角度θi1、占空比Di、电角度θkps与变换器的对应关系框图；
图6为同一变压器上各不同绕组之间的电压时序图；
图7为本发明实施例公开的一种计算得到第s个变压器的电角度θkps的方法流程图。
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，所描述的实施例仅仅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。
本发明实施例公开了一种级联式电力电子变压器控制方法，应用于图1所示级联式电力电子变压器。当n≥2且m≥2时，参见图2，所述级联式电力电子变压器控制方法包括：
步骤S01：计算得到第s个变压器的电角度θi1和θkps，以及第j个变压器的补偿电角度θj；s＝1、2、…、n；
步骤S02：在第j个变压器的电角度θkps的基础上叠加补偿电角度θj，得到补偿后的第j个变压器的电角度θkps。
具体的，为便于描述，在级联式电力电子变压器的单相拓扑结构中，将第s个变压器的第i个一次侧绕组串接的DC/AC变换器简称为第s个变压器的第i个一次侧变换器，将第s个变压器的第k个二次侧绕组串接的AC/DC变换器简称为第s个变压器的第k个二次侧变换器。
由于同一变压器内各一次侧绕组之间经过DC/AC变换器和前级变换器形成了电气连接，所以可以通过调节同一变压器内不同一次侧变换器桥臂电压之间的电角度来实现同一变压器内不同一次侧绕组之间的功率流动，进而实现同一变压器内不同一次侧绕组之间的功率均衡。
另外，对于级联式电力电子变压器的任意一个输出端口，由于每个变压器内都有至少一个二次侧绕组经过AC/DC变换器形成了电气连接，所以可以通过调节同一输出端口下不同二次侧变换器桥臂电压之间的电角度来实现同一输出端口下不同二次侧绕组之间的功率流动，进而实现同一输出端口下不同二次侧绕组之间的功率均衡。
针对级联式电力电子变压器的单相拓扑结构中的每一个变压器，本发明实施例在同一变压器中，以其第一个一次侧变换器桥臂电压作为基准电压(同相的各个变压器对应的所述基准电压相等，三相同一位置上的变压器对应的所述基准电压之间互错2π/3电角度)，将第i个一次侧变换器桥臂电压与所述基准电压之间的电角度记为θi1，i＝2、3、…、m，将第k个二次侧变换器桥臂电压与所述基准电压之间的电角度记为θkps，k＝1、2、…、r，则：上述调节同一变压器内不同一次侧变换器桥臂电压之间的电角度的过程，也就是通过调节电角度θ21、θ31、…、θm1来进行同一变压器内不同一次侧绕组之间的均衡控制；上述调节同一输出端口下不同二次侧变换器桥臂电压之间的电角度的过程，也就是通过调节电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps来进行同一输出端口下不同二次侧绕组之间的均衡控制。
不同变压器线路参数上的差异，会导致不同变压器在一次侧变换器桥臂电压和二次侧变换器桥臂电压之间施加同一个电角度时也可能产生功率不均衡，所以在通过调节电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps来进行同一输出端口下不同二次侧绕组之间的均衡控制时，可以以第一个变压器为基准，对其余n-1变压器的电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps叠加一个补偿电角度(同一变压器下对应的电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps所叠加的补偿电角度相等，不同变压器下对应的电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps所叠加的补偿电角度根据本变压器本身的功率偏移程度确定)，从而实现不同变压器之间的功率均衡。为便于描述，以下将第j个变压器的一次侧变换器桥臂电压和二次侧变换器桥臂电压之间的补偿电角度记为θj，j＝2、3、…、n。
当实现了同一变压器内不同一次侧绕组之间、不同变压器之间的功率均衡时，也就实现了整个级联式电力电子变压器内不同一次侧绕组之间的功率均衡。
基于以上描述，本发明实施例针对每个变压器下的m-1个一次侧绕组分别设计了一个一次侧绕组均衡控制电流环(参见图3中的附图标记100)，以及在通过调节电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps实现同一输出端口下不同二次侧绕组之间功率均衡的前提下，针对每相中n-1个变压器分别设计了一个变压器均衡控制电流环(参见图3中的附图标记200)，下面结合图3描述其工作原理如下：
第s个变压器的第i个一次侧绕组对应的均衡控制电流环取第s个变压器的m个一次侧变换器的直流链电流之和除以m，作为电流给定，将其与第s个变压器的第i个一次侧变换器的直流链电流Idcis相减后，通过第一(例如PI调节器)计算输出第s个变压器的电角度θi1。
第j个变压器对应的变压器均衡控制电流环取每相m*n个一次侧变换器直流链电流之和除以n，作为电流给定，与第j个变压器的m个一次侧变换器直流链电流之和相减后，通过第二调节器(例如PI调节器)计算输出电角度θj。然后，在第j个变压器的电角度θkps的基础上叠加补偿电角度θj，即可得到补偿后的第j个变压器的电角度θkps。
步骤S03：在补偿后，根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的各一次侧、二次侧变换器的桥臂电压方波。
具体的，按照步骤S03给出的方式，将步骤S01～步骤S02中计算出的第s个变压器的电角度θi1、第1个变压器的电角度θkps以及第j个变压器补偿后的电角度θkps投入使用，完成对级联式电力电子变压器的运行控制，此时即可实现同一变压器内不同一次侧绕组之间、不同变压器之间的功率均衡控制。
其中，所述在补偿后，根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算第s个变压器的各一次侧、二次侧变换器的桥臂电压方波，具体包括：
在补偿后，根据第s个变压器的电角度θ11(θ11表示第s个变压器的第1个一次侧变换器桥臂电压与自身之间的电角度，即为零)以及电角度θkps计算得到第s个变压器的第一个一次侧变换器的占空比D1，以及根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的第i个一次侧变换器的占空比Di，对应的控制框图如图4所示；然后，根据第s个变压器的电角度θ11和占空比D1计算得到第s个变压器的第1个一次侧变换器的桥臂电压方波，根据第s个变压器的电角度θi1和占空比Di计算得到第s个变压器的第i个一次侧变换器的桥臂电压方波，以及根据第s个变压器的电角度θkps计算得到第s个变压器的第k个二次侧变换器的桥臂电压方波，对应的控制框图如图5所示。
同一变压器上各不同绕组之间的电压时序如图6所示，从上到下波形依次是：第1个一次侧变换器桥臂电压波形、第1个二次侧变换器桥臂电压波形、第i个一次侧变换器桥臂电压波形、第k个二次侧变换器桥臂电压波形。
由以上对本发明实施例技术方案的全部描述可以看出，由于同一变压器内各一次侧绕组之间经过DC/AC变换器和前级变换器形成了电气连接，所以本发明实施例通过调节电角度θ21、θ31、…、θm1来实现同一变压器内不同一次侧绕组之间的功率流动，进而实现同一变压器内不同一次侧绕组之间的功率均衡。对于级联式电力电子变压器的任意一个输出端口，由于每个变压器内都有至少一个二次侧绕组经过AC/DC变换器形成了电气连接，所以本发明实施例还通过调节电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps来实现同一输出端口下不同二次侧绕组之间的功率流动，进而实现同一输出端口下不同二次侧变换器之间的功率均衡；然后，本发明实施例通过在不同变压器的一次侧变换器桥臂电压和二次侧变换器桥臂电压之间的电角度上叠加补偿电角度θ2、θ3、…、θn，实现不同变压器之间的均衡控制。当本发明实施例实现了同一变压器内不同一次侧绕组之间、不同变压器之间的功率均衡时，也就实现了整个级联式电力电子变压器内不同一次侧绕组之间的功率均衡。
其中，需要说明的是，计算得到第s个变压器的电角度θkps的方式，也即通过调节电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps实现同一输出端口下不同二次侧绕组之间功率均衡的方式，可以直接采用现有的计算方式实现。
假设同一输出端口下所有AC/DC变换器通过串并联组合得到了p个并联支路和q个串联支路，p≥1，q≥1，则在需要实现同一输出端口下p个并联支路均流和q个串联支路均压的场合下，可采用如下计算方式来计算得到第j个变压器的电角度θkps，如图7所示，包括：
步骤S011：运行第s个变压器的第i个一次侧变换器对应的直流链电压环；
具体的，所有变压器一次侧的DC/AC变换器的直流链电压给定Udcref均相等。第s个变压器的第i个一次侧变换器的直流链电压环(对应的控制框图参见图3中的附图标记300)将直流链电压给定Udcref与本一次侧变换器的直流链电压Udcis相减后，通过第三调节器(例如PI调节器)计算后输出，作为本直流链电压环的输出。
步骤S012：运行针对同一输出端口下第g个并联支路的第h个串联支路设计的控制环。
具体的，在同一输出端口下，判断本输出端口是要求恒压输出还是恒流输出；恒压输出下对应的所述控制环的控制框图参见图3中的附图标记400，恒流输出下对应的所述控制环的控制框图参见图3中的附图标记500。
若要求恒压输出(即电压模式)：将该输出端口的电压给定Uoref除以q后作为每个串联支路的电压给定，以实现各串联支路的均压；将每个串联支路的电压给定Uoref除以q后和电压实际值Uoh相减，通过第四调节器(例如PI调节器)计算输出，输出结果乘以1/p作为每个并联支路的电流给定，以实现各并联支路的均流；将所述电流给定与第g个并联支路的第h个串联支路的输出电流Iogh进行比较，其偏差值经第五调节器(例如PI调节器)计算输出作为所述控制环的输出，g＝1、2、…、p，h＝1、2、…、q。
若要求恒流输出(即电流模式)：将该输出端口的输出功率给定Poref除以p*q*Uo作为每个串联支路的每个并联支路的电流给定，以实现各并联支路的均流；将所述电流给定与第g个并联支路的第h个串联支路的输出电流Iogh相减后，通过第六调节器(例如PI调节器)进行计算输出；与此同时，将q个串联支路电压求和后除以q作为每个串联支路的电压给定，以实现各串联支路的均压；将所述电压给定与第g个并联支路第h个串联支路的输出电压Uogh相减后，通过第七调节器(例如PI调节器)计算输出，与所述第六调节器的输出之和作为所述控制环的输出。
步骤S013：将所述直流链电压环的输出与所述控制环的输出相加得到补偿前的电角度θkps。
可选的，在上述公开的任一实施例中，所述控制方法还包括：分别针对各变压器的各一次侧变换器直流链进行工频二次谐波抑制(对应的控制框图参见图3中的附图标记600)。其中，针对单个变压器的单个一次侧变换器直流链进行工频二次谐波抑制，具体为：
一次侧变换器的直流电流通过100Hz二阶带通滤波器，提取其中的工频二次谐波分量，将此工频二次谐波分量做反馈、以0做给定，两者相减后通过谐振频率为100Hz的比例谐振控制器进行计算输出其输出结果叠加到本变换器补偿前的电角度θkps上。
上述任一实施例均是针对n≥2且m≥2的情况提出的。当n≥2且m＝1时，直接舍去上述对θi1的计算即可。当n＝1且m≥2时，直接舍去上述对θj的计算即可。
与上述方法实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种级联式电力电子变压器，包括主电路和控制器。所述主电路的每相包括n个变压器，每个变压器具有m个一次侧绕组和r个二次侧绕组，n≥2，m≥2，r≥1，每个一次侧绕组串接一个DC/AC变换器，每个二次侧绕组串接一个AC/DC变换器；n*m个所述DC/AC变换器的直流侧各经过一个前级变换器后串联构成所述级联式电力电子变压器的输入端口；所述级联式电力电子变压器具有一个或多个输出端口，每个所述输出端口都是通过从每个变压器的二次侧各选取至少一个AC/DC变换器，然后将这些AC/DC变换器的直流侧进行串并联构成；
所述控制器包括处理器、存储器及存储在存储器上并能在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：
计算得到第s个变压器的电角度θi1和θkps，以及第j个变压器的补偿电角度θj；s＝1、2、…、n；
其中，在同一变压器中，将其第i个一次侧绕组串接的DC/AC变换器简称为第i个一次侧变换器，将其第k个二次侧绕组串接的AC/DC变换器简称为第k个二次侧变换器，以其第一个一次侧变换器桥臂电压作为基准电压，将第i个一次侧变换器桥臂电压与所述基准电压之间的电角度记为θi1，i＝2、3、…、m，将第k个二次侧变换器桥臂电压与所述基准电压之间的电角度记为θkps，k＝1、2、…、r；同相的各个变压器对应的所述基准电压相等，三相同一位置上的变压器对应的所述基准电压之间互错2π/3电角度；将第j个变压器的一次侧变换器桥臂电压和二次侧变换器桥臂电压之间的补偿角度记为θj，j＝2、3、…、n；则：第s个变压器的第i个一次侧绕组对应的均衡控制电流环取第s个变压器的m个一次侧变换器的直流链电流之和除以m，作为电流给定，将其与第s个变压器的第i个一次侧变换器的直流链电流Idcis相减后，通过第一调节器计算输出第s个变压器的电角度θi1；在通过调节电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps实现同一输出端口下不同二次侧绕组之间功率均衡的前提下，第j个变压器对应的变压器均衡控制电流环取每相m*n个一次侧变换器直流链电流之和除以n，作为电流给定，与第j个变压器的m个一次侧变换器直流链电流之和相减后，通过第二调节器计算输出补偿电角度θj；
在第j个变压器的电角度θkps的基础上叠加补偿电角度θj，得到补偿后的第j个变压器的电角度θkps；
在补偿后，根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的各一次侧、二次侧变换器的桥臂电压方波。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器中，所述处理器实现的在补偿后，根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的各一次侧、二次侧变换器的桥臂电压方波这一步骤，包括：
在补偿后，根据第s个变压器的电角度θ11以及电角度θkps计算得到第s个变压器的第一个一次侧变换器的占空比D1，以及根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的第i个一次侧变换器的占空比Di；θ11表示第s个变压器的第1个一次侧变换器桥臂电压与自身之间的电角度，即为零；
根据第s个变压器的电角度θ11和占空比D1计算得到第s个变压器的第1个一次侧变换器的桥臂电压方波，根据第s个变压器的电角度θi1和占空比Di计算得到第s个变压器的第i个一次侧变换器的桥臂电压方波，以及根据第s个变压器的补偿后的电角度θkps计算得到第s个变压器的第k个二次侧变换器的桥臂电压方波。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器中，所述处理器实现的计算得到第s个变压器的电角度θkps这一步骤，包括：
运行第s个变压器的第i个一次侧变换器对应的直流链电压环；
运行针对同一输出端口下第g个并联支路的第h个串联支路设计的控制环；
将所述直流链电压环的输出与所述控制环的输出相加得到补偿前的电角度θkps；
其中，所述运行第s个变压器的第i个一次侧变换器对应的直流链电压环，具体包括：
所有变压器一次侧的DC/AC变换器的直流链电压给定Udcref均相等；第s个变压器的第i个一次侧变换器的直流链电压环将直流链电压给定Udcref与本一次侧变换器的直流链电压Udcis相减后，通过第三调节器计算后输出，作为本直流链电压环的输出；
其中，所述运行针对同一输出端口下第g个并联支路的第h个串联支路设计的控制环，具体包括：
在同一输出端口下，判断本输出端口是要求恒压输出还是恒流输出；
若要求恒压输出：将该输出端口的电压给定Uoref除以q后作为每个串联支路的电压给定，以实现各串联支路的均压；将每个串联支路的电压给定Uoref除以q后和电压实际值Uoh相减，通过第四调节器计算输出，输出结果乘以1/p作为每个并联支路的电流给定，以实现各并联支路的均流；将所述电流给定与第g个并联支路的第h个串联支路的输出电流Iogh进行比较，其偏差值经第五调节器计算输出作为所述控制环的输出，g＝1、2、…、p，h＝1、2、…、q；
若要求恒流输出：将该输出端口的输出功率给定Poref除以p*q*Uo作为每个串联支路的每个并联支路的电流给定，以实现各并联支路的均流；将所述电流给定与第g个并联支路的第h个串联支路的输出电流Iogh相减后，通过第六调节器进行计算输出；与此同时，将q个串联支路电压求和后除以q作为每个串联支路的电压给定，以实现各串联支路的均压；将所述电压给定与第g个并联支路第h个串联支路的输出电压Uogh相减后，通过第七调节器计算输出，与所述第六调节器的输出之和作为所述控制环的输出。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器中，所述处理器还实现分别针对各变压器的各一次侧变换器直流链进行工频二次谐波抑制的步骤；
其中，针对单个变压器的单个一次侧变换器直流链进行工频二次谐波抑制，具体包括：
一次侧变换器的直流电流通过100Hz二阶带通滤波器，提取其中的工频二次谐波分量，将此工频二次谐波分量做反馈、以0做给定，两者相减后通过谐振频率为100Hz的比例谐振控制器进行计算输出，其输出结果叠加到补偿前的电角度θkps上。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器中，当n≥2且m＝1时，所述处理器执行的程序中舍去上述对θi1的计算。
可选的，在上述公开的任一级联式电力电子变压器中，当n＝1且m≥2时，所述处理器执行的程序中舍去上述对θj的计算。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的级联式电力电子变压器实施例而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的不同对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种级联式电力电子变压器控制方法，其特征在于，所述级联式电力电子变压器的每相包括n个变压器，每个变压器具有m个一次侧绕组和r个二次侧绕组，n≥2，m≥2，r≥1，每个一次侧绕组串接一个DC/AC变换器，每个二次侧绕组串接一个AC/DC变换器；n*m个所述DC/AC变换器的直流侧各经过一个前级变换器后串联构成所述级联式电力电子变压器的输入端口；所述级联式电力电子变压器具有一个或多个输出端口，每个所述输出端口都是通过从每个变压器的二次侧各选取至少一个AC/DC变换器，然后将这些AC/DC变换器的直流侧进行串并联构成；
所述级联式电力电子变压器控制方法包括：
计算得到第s个变压器的电角度θi1和θkps，以及第j个变压器的补偿电角度θj；s＝1、2、…、n；
其中，在同一变压器中，将其第i个一次侧绕组串接的DC/AC变换器简称为第i个一次侧变换器，将其第k个二次侧绕组串接的AC/DC变换器简称为第k个二次侧变换器，以其第一个一次侧变换器桥臂电压作为基准电压，将第i个一次侧变换器桥臂电压与所述基准电压之间的电角度记为θi1，i＝2、3、…、m，将第k个二次侧变换器桥臂电压与所述基准电压之间的电角度记为θkps，k＝1、2、…、r；同相的各个变压器对应的所述基准电压相等，三相同一位置上的变压器对应的所述基准电压之间互错2π/3电角度；将第j个变压器的一次侧变换器桥臂电压和二次侧变换器桥臂电压之间的补偿角度记为θj，j＝2、3、…、n；则：第s个变压器的第i个一次侧绕组对应的均衡控制电流环取第s个变压器的m个一次侧变换器的直流链电流之和除以m，作为电流给定，将其与第s个变压器的第i个一次侧变换器的直流链电流Idcis相减后，通过第一调节器计算输出第s个变压器的电角度θi1；在通过调节电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps实现同一输出端口下不同二次侧绕组之间功率均衡的前提下，第j个变压器对应的变压器均衡控制电流环取每相m*n个一次侧变换器直流链电流之和除以n，作为电流给定，与第j个变压器的m个一次侧变换器直流链电流之和相减后，通过第二调节器计算输出补偿电角度θj；
在第j个变压器的电角度θkps的基础上叠加补偿电角度θj，得到补偿后的第j个变压器的电角度θkps；
在补偿后，根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的各一次侧、二次侧变换器的桥臂电压方波。
2.根据权利要求1所述的级联式电力电子变压器控制方法，其特征在于，所述在补偿后，根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的各一次侧、二次侧变换器的桥臂电压方波，包括：
在补偿后，根据第s个变压器的电角度θ11以及电角度θkps计算得到第s个变压器的第一个一次侧变换器的占空比D1，以及根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的第i个一次侧变换器的占空比Di；θ11表示第s个变压器的第1个一次侧变换器桥臂电压与自身之间的电角度，即为零；
根据第s个变压器的电角度θ11和占空比D1计算得到第s个变压器的第1个一次侧变换器的桥臂电压方波，根据第s个变压器的电角度θi1和占空比Di计算得到第s个变压器的第i个一次侧变换器的桥臂电压方波，以及根据第s个变压器的补偿后的电角度θkps计算得到第s个变压器的第k个二次侧变换器的桥臂电压方波。
3.根据权利要求1所述的级联式电力电子变压器控制方法，其特征在于，计算得到第s个变压器的电角度θkps，包括：
运行第s个变压器的第i个一次侧变换器对应的直流链电压环；
运行针对同一输出端口下第g个并联支路的第h个串联支路设计的控制环；
将所述直流链电压环的输出与所述控制环的输出相加得到补偿前的电角度θkps；
其中，所述运行第s个变压器的第i个一次侧变换器对应的直流链电压环，具体包括：
所有变压器一次侧的DC/AC变换器的直流链电压给定Udcref均相等；第s个变压器的第i个一次侧变换器的直流链电压环将直流链电压给定Udcref与本一次侧变换器的直流链电压Udcis相减后，通过第三调节器计算后输出，作为本直流链电压环的输出；
其中，所述运行针对同一输出端口下第g个并联支路的第h个串联支路设计的控制环，具体包括：
在同一输出端口下，判断本输出端口是要求恒压输出还是恒流输出；
若要求恒压输出：将该输出端口的电压给定Uoref除以q后作为每个串联支路的电压给定，以实现各串联支路的均压；将每个串联支路的电压给定Uoref除以q后和电压实际值Uoh相减，通过第四调节器计算输出，输出结果乘以1/p作为每个并联支路的电流给定，以实现各并联支路的均流；将所述电流给定与第g个并联支路的第h个串联支路的输出电流Iogh进行比较，其偏差值经第五调节器计算输出作为所述控制环的输出，g＝1、2、…、p，h＝1、2、…、q；
若要求恒流输出：将该输出端口的输出功率给定Poref除以p*q*Uo作为每个串联支路的每个并联支路的电流给定，以实现各并联支路的均流；将所述电流给定与第g个并联支路的第h个串联支路的输出电流Iogh相减后，通过第六调节器进行计算输出；与此同时，将q个串联支路电压求和后除以q作为每个串联支路的电压给定，以实现各串联支路的均压；将所述电压给定与第g个并联支路第h个串联支路的输出电压Uogh相减后，通过第七调节器计算输出，与所述第六调节器的输出之和作为所述控制环的输出。
4.根据权利要求1所述的级联式电力电子变压器控制方法，其特征在于，所述级联式电力电子变压器控制方法还包括：分别针对各变压器的各一次侧变换器直流链进行工频二次谐波抑制；
其中，针对单个变压器的单个一次侧变换器直流链进行工频二次谐波抑制，具体为：一次侧变换器的直流电流通过100Hz二阶带通滤波器，提取其中的工频二次谐波分量，将此工频二次谐波分量做反馈、以0做给定，两者相减后通过谐振频率为100Hz的比例谐振控制器进行计算输出，其输出结果叠加到本变换器补偿前的电角度θkps上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的级联式电力电子变压器控制方法，其特征在于，当n≥2且m＝1时，舍去上述对θi1的计算。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的级联式电力电子变压器控制方法，其特征在于，当n＝1且m≥2时，舍去上述对θj的计算。
7.一种级联式电力电子变压器，包括主电路和控制器，其特征在于，所述主电路的每相包括n个变压器，每个变压器具有m个一次侧绕组和r个二次侧绕组，n≥2，m≥2，r≥1，每个一次侧绕组串接一个DC/AC变换器，每个二次侧绕组串接一个AC/DC变换器；n*m个所述DC/AC变换器的直流侧各经过一个前级变换器后串联构成所述级联式电力电子变压器的输入端口；所述级联式电力电子变压器具有一个或多个输出端口，每个所述输出端口都是通过从每个变压器的二次侧各选取至少一个AC/DC变换器，然后将这些AC/DC变换器的直流侧进行串并联构成；
所述控制器包括处理器、存储器及存储在存储器上并能在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：
计算得到第s个变压器的电角度θi1和θkps，以及第j个变压器的补偿电角度θj；s＝1、2、…、n；
其中，在同一变压器中，将其第i个一次侧绕组串接的DC/AC变换器简称为第i个一次侧变换器，将其第k个二次侧绕组串接的AC/DC变换器简称为第k个二次侧变换器，以其第一个一次侧变换器桥臂电压作为基准电压，将第i个一次侧变换器桥臂电压与所述基准电压之间的电角度记为θi1，i＝2、3、…、m，将第k个二次侧变换器桥臂电压与所述基准电压之间的电角度记为θkps，k＝1、2、…、r；同相的各个变压器对应的所述基准电压相等，三相同一位置上的变压器对应的所述基准电压之间互错2π/3电角度；将第j个变压器的一次侧变换器桥臂电压和二次侧变换器桥臂电压之间的补偿角度记为θj，j＝2、3、…、n；则：第s个变压器的第i个一次侧绕组对应的均衡控制电流环取第s个变压器的m个一次侧变换器的直流链电流之和除以m，作为电流给定，将其与第s个变压器的第i个一次侧变换器的直流链电流Idcis相减后，通过第一调节器计算输出第s个变压器的电角度θi1；在通过调节电角度θ1ps、θ2ps、…、θrps实现同一输出端口下不同二次侧绕组之间功率均衡的前提下，第j个变压器对应的变压器均衡控制电流环取每相m*n个一次侧变换器直流链电流之和除以n，作为电流给定，与第j个变压器的m个一次侧变换器直流链电流之和相减后，通过第二调节器计算输出补偿电角度θj；
在第j个变压器的电角度θkps的基础上叠加补偿电角度θj，得到补偿后的第j个变压器的电角度θkps；
在补偿后，根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的各一次侧、二次侧变换器的桥臂电压方波。
8.根据权利要求7所述的级联式电力电子变压器，其特征在于，所述处理器实现的在补偿后，根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的各一次侧、二次侧变换器的桥臂电压方波这一步骤，包括：
在补偿后，根据第s个变压器的电角度θ11以及电角度θkps计算得到第s个变压器的第一个一次侧变换器的占空比D1，以及根据第s个变压器的电角度θi1以及电角度θkps计算得到第s个变压器的第i个一次侧变换器的占空比Di；θ11表示第s个变压器的第1个一次侧变换器桥臂电压与自身之间的电角度，即为零；
根据第s个变压器的电角度θ11和占空比D1计算得到第s个变压器的第1个一次侧变换器的桥臂电压方波，根据第s个变压器的电角度θi1和占空比Di计算得到第s个变压器的第i个一次侧变换器的桥臂电压方波，以及根据第s个变压器的补偿后的电角度θkps计算得到第s个变压器的第k个二次侧变换器的桥臂电压方波。
9.根据权利要求7所述的级联式电力电子变压器，其特征在于，所述处理器实现的计算得到第s个变压器的电角度θkps这一步骤，包括：
运行第s个变压器的第i个一次侧变换器对应的直流链电压环；
运行针对同一输出端口下第g个并联支路的第h个串联支路设计的控制环；
将所述直流链电压环的输出与所述控制环的输出相加得到补偿前的电角度θkps；
其中，所述运行第s个变压器的第i个一次侧变换器对应的直流链电压环，具体包括：
所有变压器一次侧的DC/AC变换器的直流链电压给定Udcref均相等；第s个变压器的第i个一次侧变换器的直流链电压环将直流链电压给定Udcref与本一次侧变换器的直流链电压Udcis相减后，通过第三调节器计算后输出，作为本直流链电压环的输出；
其中，所述运行针对同一输出端口下第g个并联支路的第h个串联支路设计的控制环，具体包括：
在同一输出端口下，判断本输出端口是要求恒压输出还是恒流输出；
若要求恒压输出：将该输出端口的电压给定Uoref除以q后作为每个串联支路的电压给定，以实现各串联支路的均压；将每个串联支路的电压给定Uoref除以q后和电压实际值Uoh相减，通过第四调节器计算输出，输出结果乘以1/p作为每个并联支路的电流给定，以实现各并联支路的均流；将所述电流给定与第g个并联支路的第h个串联支路的输出电流Iogh进行比较，其偏差值经第五调节器计算输出作为所述控制环的输出，g＝1、2、…、p，h＝1、2、…、q；
若要求恒流输出：将该输出端口的输出功率给定Poref除以p*q*Uo作为每个串联支路的每个并联支路的电流给定，以实现各并联支路的均流；将所述电流给定与第g个并联支路的第h个串联支路的输出电流Iogh相减后，通过第六调节器进行计算输出；与此同时，将q个串联支路电压求和后除以q作为每个串联支路的电压给定，以实现各串联支路的均压；将所述电压给定与第g个并联支路第h个串联支路的输出电压Uogh相减后，通过第七调节器计算输出，与所述第六调节器的输出之和作为所述控制环的输出。
10.根据权利要求7所述的级联式电力电子变压器法，其特征在于，所述处理器还实现分别针对各变压器的各一次侧变换器直流链进行工频二次谐波抑制的步骤；
其中，针对单个变压器的单个一次侧变换器直流链进行工频二次谐波抑制，具体包括：
一次侧变换器的直流电流通过100Hz二阶带通滤波器，提取其中的工频二次谐波分量，将此工频二次谐波分量做反馈、以0做给定，两者相减后通过谐振频率为100Hz的比例谐振控制器进行计算输出，其输出结果叠加到补偿前的电角度θkps上。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的级联式电力电子变压器，其特征在于，当n≥2且m＝1时，所述处理器执行的程序中舍去上述对θi1的计算。
12.根据权利要求7～10中任一项所述的级联式电力电子变压器，其特征在于，当n＝1且m≥2时，所述处理器执行的程序中舍去上述对θj的计算。
CN202011069564.2A 2020-09-30 2020-09-30 一种级联式电力电子变压器及其控制方法 Active CN112202340B (zh)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011069564.2A CN112202340B (zh) 2020-09-30 2020-09-30 一种级联式电力电子变压器及其控制方法
JP2022562772A JP7389923B2 (ja) 2020-09-30 2021-05-21 カスケード型電力電子変圧器及びその制御方法
US18/010,435 US20230231466A1 (en) 2020-09-30 2021-05-21 Cascaded power electronic transformer and control method therefor
EP21873884.7A EP4224694A1 (en) 2020-09-30 2021-05-21 Cascaded power electronic transformer and control method therefor
PCT/CN2021/095148 WO2022068222A1 (zh) 2020-09-30 2021-05-21 一种级联式电力电子变压器及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011069564.2A CN112202340B (zh) 2020-09-30 2020-09-30 一种级联式电力电子变压器及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112202340A true CN112202340A (zh) 2021-01-08
CN112202340B CN112202340B (zh) 2021-09-03

Family

ID=74014364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011069564.2A Active CN112202340B (zh) 2020-09-30 2020-09-30 一种级联式电力电子变压器及其控制方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230231466A1 (zh)
EP (1) EP4224694A1 (zh)
JP (1) JP7389923B2 (zh)
CN (1) CN112202340B (zh)
WO (1) WO2022068222A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022068222A1 (zh) * 2020-09-30 2022-04-07 阳光电源股份有限公司 一种级联式电力电子变压器及其控制方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1479440A (zh) * 2002-06-05 2004-03-03 欧姆龙株式会社 推挽电路方式的变电装置
CN102163927A (zh) * 2011-04-20 2011-08-24 清华大学 一种采用多绕组中高频变压器的多电平变换器
US8711585B2 (en) * 2012-09-05 2014-04-29 The Florida State University Research Foundation, Inc. High-frequency-link power-conversion system having direct double-frequency ripple current control and method of use
CN105591548A (zh) * 2015-12-31 2016-05-18 西安交通大学 基于多端口高频变压器的自平衡式电力电子变压器
CN106169873A (zh) * 2016-07-21 2016-11-30 连云港杰瑞电子有限公司 适用于高压或大电流输出的混合串并联全桥电路及其控制方法
CN106533191A (zh) * 2016-11-04 2017-03-22 北京交通大学 一种新型电力电子牵引变压器拓扑结构及其控制方法
CN109286330A (zh) * 2018-11-28 2019-01-29 深圳市优优绿能电气有限公司 一种大电流大功率功率变换器
CN110798074A (zh) * 2019-11-11 2020-02-14 内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司 一种级联型单相交流转直流隔离变换器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101917126B (zh) * 2010-07-30 2012-08-15 浙江大学 一种多模块级联固态变压器均压均功率控制方法
FR2987190B1 (fr) 2012-02-22 2014-06-27 Inst Polytechnique Grenoble Convertisseur de tension
US20140153294A1 (en) 2012-12-05 2014-06-05 Infineon Technologies Austria Ag AC/DC Power Converter Arrangement
CN103956911A (zh) * 2014-05-05 2014-07-30 国家电网公司 一种模块化h桥级联型多电平互平衡电力电子变压器
JP6496608B2 (ja) * 2015-05-26 2019-04-03 株式会社日立製作所 電力変換装置及びその電力変換制御手段
JP6621293B2 (ja) 2015-10-14 2019-12-18 新電元工業株式会社 スイッチング電源装置
WO2017201209A1 (en) * 2016-05-17 2017-11-23 Georgia Tech Research Corporation Soft switching solid state transformers and converters
CN109067195A (zh) * 2018-10-11 2018-12-21 华北水利水电大学 一种带储能装置的电力电子变压器
CN112202340B (zh) * 2020-09-30 2021-09-03 阳光电源股份有限公司 一种级联式电力电子变压器及其控制方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1479440A (zh) * 2002-06-05 2004-03-03 欧姆龙株式会社 推挽电路方式的变电装置
CN102163927A (zh) * 2011-04-20 2011-08-24 清华大学 一种采用多绕组中高频变压器的多电平变换器
US8711585B2 (en) * 2012-09-05 2014-04-29 The Florida State University Research Foundation, Inc. High-frequency-link power-conversion system having direct double-frequency ripple current control and method of use
CN105591548A (zh) * 2015-12-31 2016-05-18 西安交通大学 基于多端口高频变压器的自平衡式电力电子变压器
CN106169873A (zh) * 2016-07-21 2016-11-30 连云港杰瑞电子有限公司 适用于高压或大电流输出的混合串并联全桥电路及其控制方法
CN106533191A (zh) * 2016-11-04 2017-03-22 北京交通大学 一种新型电力电子牵引变压器拓扑结构及其控制方法
CN109286330A (zh) * 2018-11-28 2019-01-29 深圳市优优绿能电气有限公司 一种大电流大功率功率变换器
CN110798074A (zh) * 2019-11-11 2020-02-14 内蒙古电力(集团)有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司 一种级联型单相交流转直流隔离变换器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GOKHAN SEN: "Integrated Current Balancing Transformer for Primary Parallel Isolated", 《IEEE》 *
刘俊雅: "级联型电力电子变压器均压均流控制策略研究", 《中国优秀硕士论文》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022068222A1 (zh) * 2020-09-30 2022-04-07 阳光电源股份有限公司 一种级联式电力电子变压器及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022068222A1 (zh) 2022-04-07
CN112202340B (zh) 2021-09-03
JP7389923B2 (ja) 2023-11-30
JP2023521454A (ja) 2023-05-24
EP4224694A1 (en) 2023-08-09
US20230231466A1 (en) 2023-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kulkarni et al. Mitigation of lower order harmonics in a grid-connected single-phase PV inverter
Beniwal et al. Implementation of the DSTATCOM with an i-PNLMS-based control algorithm under abnormal grid conditions
CN112202340B (zh) 一种级联式电力电子变压器及其控制方法
JP2004528000A (ja) 電力供給システム
CN110677059B (zh) 一种三相单级式整流电路及其控制方法
Dusmez et al. A modified dual-output interleaved PFC converter using single negative rail current sense for server power systems
CN109617426B (zh) 一种电力电子变压器电路、电力电子变压器及控制方法
Park et al. Voltage sensorless feedforward control of a dual boost PFC converter for battery charger applications
CN110199463B (zh) 用于控制电动或混合车辆上车载的充电设备的三相整流器的方法
Sun et al. Small-signal modeling of multipulse rectifiers for more-electric aircraft applications
CN111404401A (zh) 三相ac-dc交直流转换器、实现三相ac-dc交直流转换器的方法
JP6999651B2 (ja) 電気自動車またはハイブリッド車の車載充電デバイスの三相整流器を制御するための方法
CN109716641B (zh) 电力供给系统
Hahn et al. A wide input range active multi-pulse three-phase rectifier for utility interface of power electronic converters
Kumar et al. Comparative performance analysis of single-phase grid-connected converters
CN108039812A (zh) 单周期控制的电力电子变流器功率因数超前滞后控制策略
Bagawade et al. Interleaved boost based AC/DC bidirectional converter with four quadrant power control based on one-cycle controller (OCC)
Ahmad et al. Fractional PI Controller to Correct the Power Factor for Variable Loads
CN110326204B (zh) 用于控制电动或混合车辆上车载的充电设备的三相整流器的方法
JPH0783599B2 (ja) 循環電流形サイクロコンバ−タの制御方法
EP2476178A1 (en) Adaptive control method and adaptive controller for controlling energy supplied to a resonant tank
Toledo et al. Active and reactive power control based on an inner predictive voltage control loop for AC generation systems with direct matrix converter
CN112491273B (zh) 一种有源桥变换器及其直流分量抑制方法
Borisavljevic et al. Modeling and analysis of a digitally controlled high power switch-mode rectifier
De Paris et al. Third Harmonic Content Correction Technique for DCM Boost Rectifier

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