CN114142740B - 一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法 - Google Patents

一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114142740B
CN114142740B CN202111390033.8A CN202111390033A CN114142740B CN 114142740 B CN114142740 B CN 114142740B CN 202111390033 A CN202111390033 A CN 202111390033A CN 114142740 B CN114142740 B CN 114142740B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power supply
quadrant
phase
output
current
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.)
Active
Application number
CN202111390033.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114142740A (zh
Inventor
盛建科
盛亮科
刘湘
廖晓斌
甘义成
周思益
杨新刚
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.)
Hunan Fullde Electric Co Ltd
Guangdong Fullde Electronics Co Ltd
Zhuzhou Fullde Rail Transit Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Hunan Fullde Electric Co Ltd
Guangdong Fullde Electronics Co Ltd
Zhuzhou Fullde Rail Transit Research Institute 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 Hunan Fullde Electric Co Ltd, Guangdong Fullde Electronics Co Ltd, Zhuzhou Fullde Rail Transit Research Institute Co Ltd filed Critical Hunan Fullde Electric Co Ltd
Priority to CN202111390033.8A priority Critical patent/CN114142740B/zh
Publication of CN114142740A publication Critical patent/CN114142740A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114142740B publication Critical patent/CN114142740B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • 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
    • H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc
    • 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
    • H02M3/3353—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 at least two simultaneously operating switches on the input side, e.g. "double forward" or "double (switched) flyback" converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法。其中电源包括控制装置、输出组合开关柜、三个结构相同的四象限变流单元。三个所述四象限变流单元的负输出端共接形成接点N；所述输出组合开关柜包括六个开关K1‑K6，三个所述四象限变流单元的正输出端一方面分别经开关K1、开关K2、开关K3连接至接点A1、接点B1、接点C1，另一方面分别经开关K4、开关K5、开关K6共接形成接点P。本发明可使电源配置成可调直流电源或可调单相或三相交流电源，且直流电源或交流电源模式下均可实现四象限运行，满足能量回馈型被试对象的试验电源需求。

Description

一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法
技术领域
本发明涉及电气测试领域，尤其是一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法。
背景技术
在一些试验领域，需要用到各种大容量电源，如需要容量为MW级以上的中高低压直流电源或交流电源，针对阻抗负载、电动机或发电机进行测试，或针对新能源并网设备或能量回馈型系统进行测试，被测对象多种多样，被测对象额定功率从几十到几兆瓦，范围很广。在试验室建设中如果要满足这些广泛的被测设备的要求，传统的方式是专门针对性地单独配置直流电源或交流电源，存在需要资金投入大和占地空间广的缺点。为了克服这些不足，这里提出一个交直流两用、电压宽范围调节，且能四象限运行的综合性多功能电源的电气结构和主要控制方法，用来满足各种被测设备的电源需求。
发明内容
本发明提出一个交直流两用、输出电压宽范围调节，且能四象限运行的大容量综合性多功能电源的电气结构和主要控制方法，通过人机界面修改控制配置模式，就可使电源配置成可调直流电源或可调单相或三相交流电源，且直流电源或交流电源模式下均可实现四象限运行，满足能量回馈型被试对象的试验电源需求。
为实现所述目的，本发明公开了一种大容量多功能电源系统结构，包括控制装置、输出组合开关柜、三个结构相同的四象限变流单元；
所述四象限变流单元具有四象限功率单元，四象限功率单元包括可控三相桥臂与可控H桥臂及直流支撑电容，所述可控三相桥臂与可控H桥臂共直流母线，所述直流支撑电容跨接于所述直流母线中；
三个所述四象限变流单元的负输出端共接形成接点N；
所述输出组合开关柜包括六个开关K1-K6，三个所述四象限变流单元的正输出端一方面分别经开关K1、开关K2、开关K3连接至接点A1、接点B1、接点C1，另一方面分别经开关K4、开关K5、开关K6共接形成接点P；
所述控制装置，分别连接上述各个可控三相桥臂及可控H桥臂的受控端，以及各个所述开关。
进一步的，所述四象限变流单元具有一副边多绕组变压器，所述四象限功率单元具有多个且相互间结构相同；
所述副边多绕组变压器的一次侧自外部电网取电，其副边的每个绕组连接一所述四象限功率单元；
各个所述四象限功率单元的输出采取首尾相连的级联型式。
进一步的，所述四象限功率单元还包括三相LC滤波器与单相LC滤波器；
所述三相LC滤波器连接于可控三相桥臂输入端；
所述单相LC滤波器连接于可控H桥臂输出端。
进一步的，每个所述四象限变流单元的正输出端均串联有一电感。
上述大容量多功能电源系统结构的控制方法是：
对每个所述可控三相桥臂，采用电压外环电流内环的双闭环控制；
设每个四象限变流单元中四象限功率单元级联的个数为K，以及每个所述可控H桥臂的左桥臂由上至下分别为开关管S1、开关管S2，右桥臂由上至下分别为开关管S3、开关管S4，对每个所述可控H桥臂，执行：
采取电压外环与电流内环的双闭环控制方法，实时检测总的输出相电压，作为反馈电压uA1_N与目标指令电压uA1_N*的瞬时值的误差经PI调节器得到内环指令电流，该指令电流与采样反馈的实时电流iA1_N的差值经PI调节器调节，其输出经限幅器后得到调制波；
采用单极性倍频控制方法，将所述调制波与三角载波TRI_n比较得到开关管S1的PWM驱动脉冲信号，其反向脉冲信号用于开关管S2的控制，并将所述调制波乘以-1得到的反向调制波与同一三角载波TRI_n进行比较得到开关管S3的PWM驱动脉冲信号，其反向脉冲信号用于开关管S4的控制；
采取载波移相控制方法，控制同个四象限变流单元中各可控H桥臂的PWM控制用的三角载波依次彼此相差360°/k。
进一步的，所述大容量多功能电源系统结构可受控运行于直流电源输出模式；
运行于直流电源输出模式时，控制开关K1、K2与K3保持断开态，选取开关K4、K5、K6中的任意一者或多者闭合，并将目标指令电压uA1_N*配置为恒定值，其中所述恒定值为正值或负值。
进一步的，所述大容量多功能电源系统结构可受控运行于单相交流电源输出模式；
运行于单相交流电源输出模式时，控制开关K1、K2与K3保持断开态，选取开关K4、K5、K6中的任意一者或多者闭合，并将目标指令电压uA1_N*配置为正弦交流波形。
进一步的，运行于直流电源输出模式或单相交流电源输出模式时，采取总电压外闭环，该闭环输出为电流指令，作为并联的各四象限变流单元的H桥控制的电流闭环的输入。
进一步的，所述大容量多功能电源系统结构可受控运行于三相交流电源输出模式；
运行于三相交流电源输出模式时，控制开关K4、K5与K6保持断开态，开关K1、K2与K3保持闭合态，并控制三个所述四象限变流单元均工作于单相交流电源状态，输出的正弦波电压依次彼此相位相差120度。
进一步的，所述控制三个所述四象限变流单元均工作于单相交流电源状态，输出的正弦波电压依次彼此相位相差120度，进一步包括：
将三个所述四象限变流单元的目标指令电压uA1_N*依次配置为
uA1_N *＝UAsin(2πft)
uB1_N *＝UBsin(2πf-120°)
uC1_n *＝UCsin(2πf-240°)
其中f为输出电压频率。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其中，计算机可读存储介质存储一个或多个程序，一个或多个程序当被处理器执行时，实现所述的控制方法。
相对于现有技术，本发明能够达到以下有益效果：
采用本方明专利方案，利用同一套电源可以实现非常广泛的用途，既可以作为高压大功率可调直流电源，又可以作为高压可调单相交流电源或三相交流电源，而且可以实现四象限运行，基本可满足变流技术产品的绝大部分试验需求，从而可以减少试验室为满足各种测试需求的投资成本，同时也减少了试验场地需求。系统采用模块化设计结构，增强了系统的可维护性。
所述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的所述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。
在附图中：
图1为本发明的综合电源系统的电气结构图；
图2为本发明的四象限功率单元的电气结构图；
图3为本发明运行于三相交流电源输出模式时用作电网模拟电源的电气示意图；
图4为本发明的四象限功率单元的H桥单相逆变侧的输出电压控制示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了满足综合电源系统的多功能任务需求，电源系统采用如下图1所示的电气结构方案。
系统采用模块化设计方法，整个系统由控制装置、输出组合开关柜，以及三个功能与结构完全一致的四象限变流单元组成，而每个四象限变流单元由一副边多绕组变压器以及多个结构相同的四象限功率单元级联组成，副边多绕组变压器的一次侧自外部电网取电，副边的每个绕组连接一四象限功率单元。
其中，三个四象限变流单元的负输出端共接形成接点N。
输出组合开关柜包括六个开关K1-K6，三个四象限变流单元的正输出端一方面分别经开关K1、开关K2、开关K3连接至接点A1、接点B1、接点C1，另一方面分别经开关K4、开关K5、开关K6共接形成接点P。
控制装置，分别连接上述各个可控三相桥臂及可控H桥臂的受控端，以及各个开关。
四象限功率单元的结构如图2所示，其核心是能量能双向流动的四象限功率模块，四象限功率模块由IGBT三相桥臂与可控H桥臂及直流支撑电容组成，三相桥臂与可控H桥臂共直流母线。三相桥臂侧带三相LC滤波器，可控H桥臂侧带单相LC滤波器。
为了实现中高压(比如电压高到10kV)，见图1，四象限变流单元由多个四象限功率单元在H桥输出采取首尾相连的级联型式，输出电压为各四象限功率单元的输出电压的叠加。N个四象限功率单元的H桥采取载波移相控制方法的话，级联后的系统等效开关频率可以增大到N倍，实现输出电压完美无谐波。各四象限功率单元分别接输入多绕组变压器的一副边。采取功率模块单元级联来得到高电压输出的好处是降低了每个功率模块对IGBT开关器器件的耐压要求，便于应用价格相对便宜的低压IGBT和低压直流支撑电容等关键物料来降低系统成本。
四象限功率单元中，三相桥臂用于PWM整流，将三相交流电压整流成直流电压，其作应是稳定直流侧电压。采取PWM整流控制，可以实现输入侧单位功率因数，在LC滤波器的配合下实现非常小的电流谐波。H桥可以实现单相交流电压输出，也可以实现直流电压的输出，而且直流电压的正负极性可以反向。
进一步的，为降低各四象限变流单元输出纹波，每个四象限变流单元的正输出端均串联一电感。
下面是图1所示结构实现各种电源的原理性说明。
本发明中，大容量多功能电源系统结构可受控运行于三种模式，分别为直流电源输出模式、单相交流电源输出模式和三相交流电源输出模式。
(1)直流电源输出模式
通过人机界面修改控制配置模式，自动切换输出组合开关柜内的开关，使开关K1、K2与K3保持断开态，K4与K5断开，只有K6闭合，四象限变流单元可控制为四象限高压可调直流电源，其中的四象限功率单元中的IGBT功率开关S2与S3的驱动脉冲封锁，S1与S4进行PWM驱动控制时，系统输出端子的P与N端输出正向可调直流电压；而S2与S3进行PWM驱动控制时，系统输出端子的P与N端输出负的可调直流电压。由于这种结构可实现四象限运行，因此电源这种模式可实现直流电机的正转或反转、制动测试等试验。
同上，开关K1、K2与K3保持断开态，K4与K5断开，只有K5闭合时，四象限变流单元2可控制为四象限高压可调直流电源
同上，开关K1、K2与K3保持断开态，K4与K5断开，只有K6闭合时，四象限变流单元3可控制为四象限高压可调直流电源。
如果上面单个四象限变流单元实现的四象限高压可调直流电源容量不够时，将开关K1、K2与K3保持断开态，通过K4、K5、K6任两个闭合或全部闭合来实现两单元或三单元并联运行。
(2)单相交流电源输出模式
开关K1、K2与K3保持断开态，K4与K5断开，只有K6闭合时，通过PWM正弦波调制控制方案控制S1、S2、S3及S4的通断，四象限变流单元可控制为四象限高压可调单相交流电源，系统输出端子的P与N端输出幅值和频率都可调的单相交流电压；
同上，开关K1、K2与K3保持断开态，K4与K5断开，只有K5闭合时，通过PWM正弦波调制控制方案控制S1、S2、S3及S4的通断，四象限变流单元2可控制为四象限高压可调单相交流电源，系统输出端子的P与N端输出幅值和频率都可调的单相交流电压；
同上，开关K1、K2与K3保持断开态，K4与K5断开，只有K4闭合时，通过PWM正弦波调制控制方案控制S1、S2、S3及S4的通断，四象限变流单元3可控制为四象限高压可调单相交流电源，系统输出端子的P与N端输出幅值和频率都可调的单相交流电压；
如果上面单个四象限变流单元实现的四象限高压可调单相交流电源容量不够时，将开关K1、K2与K3保持断开态，通过K4、K5、K6任两个闭合或全部闭合来实现两单元或三单元并联运行。
(3)三相交流电源输出模式
开关K4、K5与K6保持断开态，开关K1、K2与K3保持闭合态，三个四象限变流单元都工作于单相交流电源状态，输出的正弦波电压依次彼此相位相差120度，这时U、V与W端子对外输出三相线电压，这种电源可用于三相高压变频器的调试。系统外接三相隔离变压器的话，如图3所示，其也可以用作电网模拟电源，种模拟电源可用于模拟产生电网电压波动及闪变、频率波动、电网谐波及间谐波等电网扰动，模拟电网故障产生电压跌落和升高等，用于对新能源并网变流器等设备的测试。
对于上述三种模式，在输出电压控制上，总的控制方法如下：
每个四象限功率单元电气拓扑与技术参数完全一致，其三相PWM整流侧的控制方法是采用电压外环电流内环的双闭环控制方法，主要目标是对直流侧母线电压进行控制。稳定直流侧电压，其控制方法可参考相关文献。
四象限功率单元的H桥单相逆变侧的输出电压控制方法如下：
如下图2及图4所示，设四象限变流单元内的四象限功率单元的级联个数为K。以四象限功率单元1的输出电压控制为例来说明某相的第n编号的四象限功率模块的H桥各开关管的控制。采取电压外环与电流内环的双闭环控制方法，实时检测总的输出相电压，作为反馈电压(如输出端A1与N间的电压uA1_N)与目标指令电压(如uA1_N*)的瞬时值的误差经PI调节器得到内环指令电流，该指令电流与采样反馈的实时电流iA1_N的差值经PI调节器调节，其输出经限幅器后得到调制波。采用单极性倍频控制方法，该调制波与三角载波(如TRI_n)比较得到一个桥臂的上面开关管S1的PWM驱动脉冲信号，其反向脉冲信号用于该桥臂下面一个开关管S2的控制。调制波乘以-1得到的反向调制波与同一三角载波(如TRI_n)进行比较得到另一个桥臂的上部开关管S3的PWM驱动脉冲信号，其反向脉冲信号用于该桥臂下部一个开关管S4的控制。三角载波TRI_n用于第n编号的四象限功率模块的H桥PWM控制脉冲的产生，为等效增大开关频率，降低输出谐波含量，采取载波移相控制方法，使各四象限功率模块的H桥PWM控制用的该三角载波依次彼此相差360°/k，采用单极性倍频控制方式和载波移相控制方法，使相电压输出控制中的系统等效开关频率增大到2k倍。
基于上述的集中控制策略，可以配置目标指令电压uA1_N*使系统工作于相应模式，如：
(1)直流电源输出模式或单相交流电源输出模式
给定的目标指令电压uA1_N*标为正弦交流波形时，四象限变流单元输出就是单相交流电源，给定的是某正或负的恒定值时，四象限变流单元输出的就是正压或负压直流电源。
此时，进一步的，基于图1的系统结构，每个四象限变流单元的输出配有相同参数的均流电抗，并实时检测了输出电流。当每个四象限变流单元需要切换到并联运行模式时，通过系统操控面板设置从主从控制模式，系统采取总电压外闭环，该闭环输出为电流指令，作为并联的各四象限变流单元的H桥控制的电流闭环的输入，此时每个四象限变流单元的H桥的控制只采取电流闭环的控制方式。这种主从控制方式保证各并联的变流单元的输出电流大小和相位基本一致。
(2)三相交流电源输出模式
为了得到对称输出的三相电压，三个四象限变流单元同时工作，分别输出单相交流电压，三个四象限变流单元的输出目标控制指令电压依次为：
uA1_N *＝UAsin(2πft)
uB1_N *＝UBsin(2πf-120°)
uC1_n *＝UCsin(2πf-240°)
其中f为输出电压频率。
当取UA、UB与UC大小相同时，则输出三相对称交流电压，三者大小不一时则输出三相不对称电压，在运行中突然同时减小或增大UA、UB或UC，能模拟电网实现网压三相对称电压跌落或者骤升。而突然减小或增大UA、UB或UC中的部分参数时，能模拟电网实现网压单相或两相电压跌落或者骤升。
采用本方明专利方案，利用同一套电源可以实现非常广泛的用途，既可以作为高压大功率可调直流电源，又可以作为高压可调单相交流电源或三相交流电源，而且可以实现四象限运行，基本可满足变流技术产品的绝大部分试验需求，从而可以减少试验室为满足各种测试需求的投资成本，同时也减少了试验场地需求。系统采用模块化设计结构，增强了系统的可维护性。
最后应说明的是：本发明实施例公开仅为本发明较佳实施例而已，仅用于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项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；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各项实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种大容量多功能电源系统结构，其特征在于，包括控制装置、输出组合开关柜、三个结构相同的四象限变流单元；
所述四象限变流单元具有四象限功率单元，四象限功率单元包括可控三相桥臂与可控H桥臂及直流支撑电容，所述可控三相桥臂与可控H桥臂共直流母线，所述直流支撑电容跨接于所述直流母线中；
三个所述四象限变流单元的负输出端共接形成接点N；
所述输出组合开关柜包括六个开关K1-K6，三个所述四象限变流单元的正输出端一方面分别经开关K1、开关K2、开关K3连接至接点A1、接点B1、接点C1，另一方面分别经开关K4、开关K5、开关K6共接形成接点P；
所述控制装置，分别连接上述各个可控三相桥臂及可控H桥臂的受控端，以及各个所述开关；
所述四象限变流单元具有一副边多绕组变压器，所述四象限功率单元具有多个且相互间结构相同；
所述副边多绕组变压器的一次侧自外部电网取电，其副边的每个绕组连接一所述四象限功率单元；
各个所述四象限功率单元的输出采取首尾相连的级联型式；
所述大容量多功能电源系统结构的控制方法，包括：
对每个所述可控三相桥臂，采用电压外环电流内环的双闭环控制；
设每个四象限变流单元中四象限功率单元级联的个数为K，以及每个所述可控H桥臂的左桥臂由上至下分别为开关管S1、开关管S2，右桥臂由上至下分别为开关管S3、开关管S4，对每个所述可控H桥臂，执行：
采取电压外环与电流内环的双闭环控制方法，实时检测总的输出相电压，作为反馈电压uA1_N与目标指令电压uA1_N*的瞬时值的误差经PI调节器得到内环指令电流，该指令电流与采样反馈的实时电流iA1_N的差值经PI调节器调节，其输出经限幅器后得到调制波；
采用单极性倍频控制方法，将所述调制波与三角载波TRI_n比较得到开关管S1的PWM驱动脉冲信号，其反向脉冲信号用于开关管S2的控制，并将所述调制波乘以-1得到的反向调制波与同一三角载波TRI_n进行比较得到开关管S3的PWM驱动脉冲信号，其反向脉冲信号用于开关管S4的控制；
采取载波移相控制方法，控制同个四象限变流单元中各可控H桥臂的PWM控制用的三角载波依次彼此相差360°/k；
所述大容量多功能电源系统结构可受控运行于直流电源输出模式、单相交流电源输出模式和三相交流电源输出模式；
运行于直流电源输出模式时，控制开关K1、K2与K3保持断开态，选取开关K4、K5、K6中的任意一者或多者闭合，并将目标指令电压uA1_N*配置为恒定值，其中所述恒定值为正值或负值。
2.如权利要求1所述的大容量多功能电源系统结构，其特征在于：所述四象限功率单元还包括三相LC滤波器与单相LC滤波器；
所述三相LC滤波器连接于可控三相桥臂输入端；
所述单相LC滤波器连接于可控H桥臂输出端。
3.如权利要求1所述的大容量多功能电源系统结构，其特征在于：每个所述四象限变流单元的正输出端均串联有一电感。
4.如权利要求1所述的大容量多功能电源系统结构，其特征在于：
所述大容量多功能电源系统结构可受控运行于单相交流电源输出模式；
运行于单相交流电源输出模式时，控制开关K1、K2与K3保持断开态，选取开关K4、K5、K6中的任意一者或多者闭合，并将目标指令电压uA1_N*配置为正弦交流波形。
5.如权利要求1或4所述的大容量多功能电源系统结构，其特征在于：
运行于直流电源输出模式或单相交流电源输出模式时，采取总电压外闭环，该闭环输出为电流指令，作为并联的各四象限变流单元的H桥控制的电流闭环的输入。
6.如权利要求1所述的大容量多功能电源系统结构，其特征在于：
所述大容量多功能电源系统结构可受控运行于三相交流电源输出模式；
运行于三相交流电源输出模式时，控制开关K4、K5与K6保持断开态，开关K1、K2与K3保持闭合态，并控制三个所述四象限变流单元均工作于单相交流电源状态，输出的正弦波电压依次彼此相位相差120度。
7.如权利要求6所述的大容量多功能电源系统结构，其特征在于，所述控制三个所述四象限变流单元均工作于单相交流电源状态，输出的正弦波电压依次彼此相位相差120度，进一步包括：
将三个所述四象限变流单元的目标指令电压依次配置为
uA1_N *＝UAsin(2πft)
uB1_N *＝UBsin(2πf-120°)
uC1_n *＝UCsin(2πf-240°)
其中f为输出电压频率。
CN202111390033.8A 2021-11-19 2021-11-19 一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法 Active CN114142740B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111390033.8A CN114142740B (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111390033.8A CN114142740B (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114142740A CN114142740A (zh) 2022-03-04
CN114142740B true CN114142740B (zh) 2023-09-22

Family

ID=80391146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111390033.8A Active CN114142740B (zh) 2021-11-19 2021-11-19 一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114142740B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004248430A (ja) * 2003-02-14 2004-09-02 Fuji Electric Holdings Co Ltd 交流−交流電力変換器の制御装置
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
CN206962725U (zh) * 2017-05-25 2018-02-02 重庆都英科技有限公司 一种可单三相共用的新型逆变器
CN108574400A (zh) * 2018-04-18 2018-09-25 国网山西省电力公司电力科学研究院 一种交直流混合大范围可调实验电源及其控制方法
CN113064096A (zh) * 2021-03-22 2021-07-02 中国人民解放军海军工程大学 一种基于中高压交流的岸电试验系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004248430A (ja) * 2003-02-14 2004-09-02 Fuji Electric Holdings Co Ltd 交流−交流電力変換器の制御装置
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
CN206962725U (zh) * 2017-05-25 2018-02-02 重庆都英科技有限公司 一种可单三相共用的新型逆变器
CN108574400A (zh) * 2018-04-18 2018-09-25 国网山西省电力公司电力科学研究院 一种交直流混合大范围可调实验电源及其控制方法
CN113064096A (zh) * 2021-03-22 2021-07-02 中国人民解放军海军工程大学 一种基于中高压交流的岸电试验系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
管爱伟.CRH380型电力动车组变频器控制策略差异化研究.中国优秀硕士学位论文全文数据库(电子期刊).2019,第6-9页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114142740A (zh) 2022-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. New technologies of modular multilevel converter for VSC-HVDC application
Mao et al. Energy-based control design for a solid state transformer
KR20150061067A (ko) 직류 및 교류 겸용 다기능 시험을 위한 시뮬레이터
Rahman et al. Design of a switching mode three phase inverter
Tayyab et al. Submodule capacitor voltage balancing of modular multilevel converter
Xu et al. Research on control strategy for multi-port power electronics transformer based on interphase coupling MMC topology
Mohamad et al. The effects of number of conducting switches in a cascaded multilevel inverter output
Shi et al. Model predictive control of PWM AC/DC converters for Bi-directional power flow control in microgrids
Jauch et al. An innovative bidirectional isolated multi-port converter with multi-phase AC ports and DC ports
Naik et al. A novel grid interface for photovoltaic, wind-electric, and fuel-cell systems with a controllable power factor of operation
CN114142740B (zh) 一种大容量多功能电源系统结构及其控制方法
Liu et al. Model predictive control of a matrix-converter based solid state transformer for utility grid interaction
Wang et al. Modeling and control of a novel transformer-less dynamic voltage restorer based on H-bridge cascaded multilevel inverter
Su et al. Control of the hybrid cascaded converter under unbalanced conditions
Elnady PI controller based operational scheme to stabilize voltage in microgrid
CN114123840B (zh) 一种高输出功率宽电压直流电源
Liu et al. Control of single-stage AC-AC solid state transformer for power exchange between grids
Tarisciotti et al. An improved Dead-Beat current control for Cascaded H-Bridge active rectifier with low switching frequency
Cunha et al. Three-phase unified power quality conditioner based on H-bridge and high-frequency link
Juyal et al. Power quality improvement of a system using three phase cascaded H-bridge multilevel inverters (a comparison)
Chakraborty et al. Design and analysis of a transformer-less single-phase grid-tie photovoltaic inverter using boost converter with Immittance conversion topology
Hasan et al. A high frequency linked modular cascaded multilevel inverter
Sharma et al. A dynamic voltage restorer based on voltage balanced back-to-back stacked multicell converter with equal voltage sources
Ramos-Ruiz et al. Medium voltage AC-AC adapter using multilevel capacitor clamped buck converter
de Oliveira Pacheco et al. Bidirectional modular multilevel PFC rectifier based on cascading full-bridge and interleaving technique suitable for SST applications

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