CN113595409B - 一种利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力电子领域，具体公开了一种利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法，首先控制器检测CLC谐振频率；然后根据CLC谐振频率与DC/DC级变换器的开关频率确定轮转间歇连续打波数n，并根据电力电子变压器模组数确定各个模组轮转间歇的交错角度α；其次，当系统发生冗余时，根据ABC三相各相模组冗余数r实时调整各个模组轮转间歇的交错角度α，最后，当电力电子变压器运行时，根据负载功率实时调整轮转间歇数N。本发明通过轮转间歇避免了在间歇过程中产生的谐振过流问题，同时避免了间歇过程中产生较大的冲击电流，进一步提高了电力电子变压器在空轻载条件下的运行效率和稳定性。

Description

一种利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法。
背景技术
随着碳中和概念的提出和我国智能电网相关技术的发展以及推广应用，风能、光伏等可再生能源在现有的能源系统中的比例不断提高。在整个能源互联网中，由于分布式能源比例逐渐增加，对于各种能源的综合管理、治理变得十分重要。由于当前整个能源系统逐渐趋于智能化、分散化，传统的变压器无法针对上述应用场景实现上述的功能。在整个能源发展趋势下，能量路由器、电能路由器等相关产品与概念逐渐发展，而电力电子变压器是其中最为核心的环节。
电力电子变压器通过电力电子拓扑进行不同电压等级电压转换，电力电子变压器包括整流级变换器与DC/DC级变换器，其中整流级变换器根据应用场景一般实现形式为CHB或者MMC，将高压交流电转换为多端口低压直流电或者公共直流母线，DC/DC级变换器一般采用移相全桥或者谐振变换器进行电压等级变换，形成低压直流母线，其实现形式均为通过高频开关信号将直流电压先逆变为高频交流电，然后整流为直流电从而实现电压等级变换。此类电力电子设备均可以采用间歇的方式进行驱动，即脉冲式的开关信号。
传统的间歇方式仅考虑设备本身的控制，并未考虑负载对设备的影响，一般实现方式为电压滞环控制或者开环间歇控制，间歇产生的腔内电流以及输出电流频谱不固定，很容易引发CLC网络谐振，从而造成设备内部或者输出过流，同时谐振产生的交流输出电流并不会向负载传递有功功率，但会产生额外的开关损耗以及导通损耗。另一方面，传统间歇方式受到脉冲开关信号的影响，本身会产生较大的冲击电流，从而造成较大的输出电压纹波，影响输出电压质量。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法，根据负载变化调整轮转间歇连续打波数、模组交错角度以及轮转间歇数N，通过轮转间歇避免了在间歇过程中产生的谐振过流问题，同时避免了间歇过程中产生较大的冲击电流，进一步提高了电力电子变压器在空轻载条件下的运行效率和稳定性。
为实现上述目的，本发明提出了一种利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法，包括以下步骤：
S1：电力电子变压器低压直流母线接入负载网络，电力电子变压器直流滤波电容、平波电抗、线路寄生电感、负载网络直流侧电容形成CLC谐振，控制器检测此CLC谐振频率；
S2：根据CLC谐振频率与DC/DC级变换器的开关频率确定轮转间歇连续打波数n，并根据电力电子变压器模组数确定各个模组轮转间歇的交错角度α；
S3：当系统发生冗余时，根据ABC三相各相模组冗余数r实时调整各个模组轮转间歇的交错角度α；
S4：电力电子变压器运行时，根据负载功率确定最优间歇数N，并进行实时调整。
进一步地，所述步骤1中的CLC谐振频率计算公式为：
Figure BDA0003222895110000021
其中，Csrc为电力电子变压器DC/DC级变换器的直流滤波电容，Cload为等效至DC/DC级变换器单模组的负载网络直流侧电容，Lout为DC/DC级变换器单模组的平波电抗，Ljs为等效至DC/DC级变换器单模组的线路寄生电感。
进一步地，所述步骤2中的轮转间歇连续打波数n确定公式为：
Figure BDA0003222895110000022
其中，fs为所述步骤2中的DC/DC级变换器的开关频率，fclc为所述步骤1中的DC/DC级变换器的CLC谐振频率。
进一步地，所述步骤3中的各个模组轮转间歇的交错角度α计算公式为：
Figure BDA0003222895110000023
其中，Num为DC/DC级变换器的模组数量。
进一步地，所述步骤4中的各个模组轮转间歇的交错角度α计算公式为：
Figure BDA0003222895110000024
其中，R为DC/DC级变换器的冗余模组数量。
进一步地，所述步骤5中根据负载功率实时调整轮转间歇数N的方法可以采用爬山算法确定最优间歇数N以实现最优效率。
本发明的有益技术效果：方法通过轮转间歇，使输出电流频谱分量低于CLC网络谐振频率，从而避免了在间歇过程中产生的谐振过流问题，同时各个模组之间交错运行，尽量保证任意时刻均有模组运行，可以避免在间歇过程中产生较大的冲击电流，进一步提高了电力电子变压器在空轻载条件下的运行效率和稳定性，具有很好的工程实用性。
附图说明
图1是本发明利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法的电力电子变压器基本拓扑图。
图2是本发明利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法的轮转间歇时序图。
图3是本发明利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法的CLC谐振网络图。
图4是本发明利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法的爬山算法动态调整间歇数控制框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
图1为本发明所述电力电子变压器基本拓扑图。结合图2，一种利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法，包括以下步骤：
S1：电力电子变压器低压直流母线接入负载网络，电力电子变压器直流滤波电容、平波电抗、线路寄生电感、负载网络直流侧电容形成CLC谐振，谐振网络如图3所示。当各个模组间歇产生的输出电流频谱分量接近CLC谐振频率时，易对输出电流进行放大从而引发输出电流过流，控制器检测此CLC谐振频率，其计算公式为：
Figure BDA0003222895110000031
其中，Csrc为电力电子变压器DC/DC级变换器的直流滤波电容，Cload为等效至DC/DC级变换器单模组的负载网络直流侧电容，Lout为DC/DC级变换器单模组的平波电抗，Ljs为等效至DC/DC级变换器单模组的线路寄生电感。
S2：根据CLC谐振频率与DC/DC级变换器的开关频率确定轮转间歇连续打波数n，即连续打波的开关周期数，其确定公式为：
Figure BDA0003222895110000032
同时，为了避免间歇引起输出电流冲击，各个模组应进行轮转工作，交错打波，根据电力电子变压器模组数确定各个模组轮转间歇的交错角度α，其计算公式为：
Figure BDA0003222895110000033
其中，fs为DC/DC级变换器的开关频率，fclc为DC/DC级变换器的CLC谐振频率，Num为DC/DC级变换器的模组数量，图1中的Num数为6。
S3：当系统部分模组出现故障时，需要对故障模组进行冗余处理，根据ABC三相各相模组冗余数r实时调整各个模组轮转间歇的交错角度α，冗余时的交错角度α计算公式为：
Figure BDA0003222895110000034
其中，R为DC/DC级变换器的冗余模组数量。
S4：电力电子变压器运行时，根据负载功率实时调整轮转间歇数N。如图4所示，采用人工智能爬山算法确定最优间歇数N以实现最优效率。在满足电压纹波要求范围之内，若当前功率满足进入间歇的条件，则由初始间歇数逐渐增加，并进行判断效率增减，确定全局最优解。在间歇数增加过程中，效率逐渐提升，但同时模组内部电流峰值逐渐提升，在间歇数增加到一定程度后，效率不增反降。基于此种趋势，选用爬山算法可得到一个全局最优解而不会受到局部最优解的干扰。当负载功率变化时，重新激活爬山算法，负载功率变小，间歇数增大判断，顺向爬山，负载功率变大，间歇数减小判断，逆向爬山。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：电力电子变压器低压直流母线接入负载网络，电力电子变压器直流滤波电容、平波电抗、线路寄生电感、负载网络直流侧电容形成CLC谐振，控制器检测此CLC谐振频率；
S2：确定轮转间歇连续打波数n及电力电子变压器各个模组轮转间歇的交错角度α；
S3：根据ABC三相各相冗余模组数量R实时调整各个模组轮转间歇的交错角度α；
S4：根据负载功率确定最优间歇数N并进行实时调整。
2.根据权利要求1所述的一种利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法，其特征在于，所述S1中的CLC谐振频率计算公式为：
Figure FDA0004218765590000011
其中，Csrc为电力电子变压器DC/DC级变换器的直流滤波电容，Cload为等效至DC/DC级变换器单模组的负载网络直流侧电容，Lout为DC/DC级变换器单模组的平波电抗，Ljs为等效至DC/DC级变换器单模组的线路寄生电感。
3.根据权利要求1所述的一种利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法，其特征在于，所述S2中的轮转间歇连续打波数n确定公式为：
Figure FDA0004218765590000012
其中，fs为所述S2中的DC/DC级变换器的开关频率，fclc为所述S1中的DC/DC级变换器的CLC谐振频率。
4.根据权利要求1所述的一种利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法，其特征在于，所述S2中的各个模组轮转间歇的交错角度α计算公式为：
Figure FDA0004218765590000013
其中，Num为DC/DC级变换器的模组数量。
5.根据权利要求1所述的一种利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法，其特征在于，所述S3中的各个模组轮转间歇的交错角度α计算公式为：
Figure FDA0004218765590000014
其中，R为DC/DC级变换器的冗余模组数量,Num为DC/DC级变换器的模组数量。
6.根据权利要求1所述的一种利用轮转间歇技术提高电力电子变压器效率的方法，其特征在于，所述最优间歇数N采用爬山算法进行确认，以实现电力电子变压器运行时达到最优效率。
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