CN114825905A - 一种电力电子变压器的电压相位间歇方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力电子领域，具体公开了一种电力电子变压器的电压相位间歇方法，首先控制器检测电网电压相位α；然后根据电力电子变压器运行功率确定间歇数n；最后，当电力电子变压器运行时，根据电网电压相位α和间歇数n实时调整电力电子变压器各个模组的驱动脉冲。本发明通过考虑电网电压相位间歇方法减缓了在间歇过程中产生的二倍频功率波动较大的问题，同时减小了间歇过程中产生较大的电流冲击，进一步提高了电力电子变压器在空载或者轻载条件下的运行效率和稳定性。

Description

一种电力电子变压器的电压相位间歇方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种应用于电力电子变压器的，考虑电网电压相位间歇技术提高电力电子变压器效率的电压相位间歇方法。
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DC/DC级变换器采用输出电压滞环的间歇方式，根据输出电压高低调整输出脉冲，当输出电压高于阈值时关闭驱动脉冲，当输出电压低于阈值时打开驱动脉冲。若将此种方法应用在电力电子变压器中的DC/DC级变换器，一方面，收到负载的干扰，较高频率的间歇频率会在输出侧形成CLC谐振导致输出电流振荡，另一方面，由于整流侧二倍频功率的扰动，在DC/DC级变换器中传输的电流会呈现出明显的二倍频（100Hz）包络形状，从而产生大量的无效驱动，同时电流峰值会变大，不加限制的间歇会加剧这种现象的产生，从而在轻载条件下达不到应有的提升效率的目的，使电力电子变压器处于不稳定的工作状态。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种电力电子变压器的电压相位间歇方法，在间歇的过程中，考虑电网电压相位，根据所检测到的电网电压相位合理地安排DC/DC级变换器驱动脉冲的起始时刻与中止时刻，根据运行负载设计间歇数，合理地运用整流侧二倍频功率的峰值进行传输能量，同时避免无效驱动的产生，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，本发明提出了一种电力电子变压器的电压相位间歇方法，具体包含以下内容：
50Hz电网电压相位
Figure 146831DEST_PATH_IMAGE001
检测；
间歇数n确定；
DC/DC级变换器模组驱动脉冲调整。
进一步地，电力电子变压器在稳态运行过程中由于50Hz交流电整流产生固有的二倍频100Hz功率流动特征，控制器通过二阶广义积分SOGI锁相环检测50Hz电网电压相位
Figure 772853DEST_PATH_IMAGE001
，SOGI相关传递函数如下：
Figure 986797DEST_PATH_IMAGE002
；
同相传递函数和正交信号传递函数分别为：
Figure 70201DEST_PATH_IMAGE003
；
Figure 290966DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，k为传递函数参数，w为角频率符号，s为复变量符号。
进一步地，所述间歇数n定义公式为：
n=(t2-t1)/t1
其中，t2为电网电压相位0-180度或者180-360度所持续的时间，t1为DC/DC级变换器模组一个间歇周期持续打波驱动的时间。间歇数n由扰动观察法逐步推导确定。
进一步地，所述DC/DC级变换器模组驱动脉冲需要根据50Hz电网电压相位
Figure 487724DEST_PATH_IMAGE001
在0-180度或180-360度范围内起始
Figure 946387DEST_PATH_IMAGE005
、终止角度
Figure 22927DEST_PATH_IMAGE006
进行调整，其中：
0-180度范围内起始
Figure 823000DEST_PATH_IMAGE005
与终止角度
Figure 400611DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 120306DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 259425DEST_PATH_IMAGE008
；
180-360度范围内起始
Figure 517100DEST_PATH_IMAGE005
与终止角度
Figure 773769DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 564614DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 248536DEST_PATH_IMAGE010
。
本发明的有益技术效果：通过考虑电网电压相位进行间歇，根据运行负载设计间歇数，合理地运用整流侧二倍频功率的峰值进行传输能量，同时避免无效驱动的产生，同时，间歇产生的等效频谱所处的频率范围较低，避免因直流侧滤波电容所产生的CLC谐振，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是本发明考虑电网电压相位间歇的方法的电力电子变压器基本拓扑图。
图2是本发明考虑电网电压相位间歇的方法的间歇时序图。
图3是本发明考虑电网电压相位间歇的方法的间歇方法的扰动观察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，电力电子变压器包含整流级变换器与DC/DC级变换器，其中：
整流级变换器采用级联H桥拓扑，将高压交流电转换为多路低压直流电分别接入DC/DC级变换器，DC/DC级变换器输出侧并联连接，进行电压等级变换后形成低压直流母线。
结合图2，一种考虑电网电压相位间歇技术提高电力电子变压器效率的电压相位间歇方法，包括以下步骤：
S1：电力电子变压器在稳态运行过程中由于50Hz交流电整流产生固有的二倍频100Hz功率流动特征，控制器通过二阶广义积分SOGI锁相环检测50Hz电网电压相位
Figure 868874DEST_PATH_IMAGE001
，SOGI相关传递函数如下：
Figure 945545DEST_PATH_IMAGE011
；
同相传递函数和正交信号传递函数分别为：
Figure 233307DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure 88131DEST_PATH_IMAGE013
；
其中，k为传递函数参数，w为角频率符号，s为复变量符号。
S2：控制器根据电力电子变压器实时运行功率确定间歇数n，间歇数n由扰动观察法逐步推导确定，如图3所示。当判断直流侧功率发生变化时，根据变化趋势增加或减小间歇数n，在保证满足谐振腔电流的条件下，通过判断交流侧功率的变化选择继续变化间歇数或者保持间歇数不变，间歇数n定义公式为：
n=(t2-t1)/t1
其中，t2为电网电压相位0-180度或者180-360度所持续的时间，t1为DC/DC级变换器模组一个间歇周期持续打波驱动的时间。
S3：控制器根据电网电压相位
Figure 84512DEST_PATH_IMAGE001
和间歇数n实时调整各个DC/DC级变换器模组的驱动脉冲，保证在整流级变换器二倍频功率传输最大点时尽可能传输功率；其中，各个DC/DC级变换器模组的驱动脉冲根据50Hz电网电压相位
Figure 682984DEST_PATH_IMAGE001
在0-180度或180-360度范围内起始
Figure 418727DEST_PATH_IMAGE005
与终止角度
Figure 336130DEST_PATH_IMAGE006
进行调整，其中：
0-180度范围内起始
Figure 540846DEST_PATH_IMAGE005
与终止角度
Figure 192276DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 533259DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 743267DEST_PATH_IMAGE015
；
180-360度范围内起始
Figure 435280DEST_PATH_IMAGE005
与终止角度
Figure 359242DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 85890DEST_PATH_IMAGE016
；
Figure 345095DEST_PATH_IMAGE017
。
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 (5)

1.一种电力电子变压器的电压相位间歇方法，其特征在于，具体包含以下内容：
50Hz电网电压相位
Figure 587774DEST_PATH_IMAGE001
检测；
间歇数n确定；
DC/DC级变换器模组驱动脉冲调整。
2.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器的电压相位间歇方法，其特征在于，所述电力电子变压器包含整流级变换器与DC/DC级变换器，其中：
整流级变换器采用级联H桥拓扑，将高压交流电转换为多路低压直流电分别接入DC/DC级变换器，DC/DC级变换器输出侧并联连接，进行电压等级变换后形成低压直流母线。
3.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器的电压相位间歇方法，其特征在于，所述50Hz电网电压相位
Figure 324655DEST_PATH_IMAGE002
检测是通过使用二阶广义积分SOGI锁相环确定50Hz电网电压相位
Figure 674865DEST_PATH_IMAGE003
。
4.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器的电压相位间歇方法，其特征在于，所述间歇数n确定通过扰动观察法进行推导，公式为：
n=(t2-t1)/t1
其中，t2为电网电压相位0-180度或者180-360度所持续的时间，t1为DC/DC级变换器模组一个间歇周期持续打波驱动的时间。
5.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器的电压相位间歇方法，其特征在于，所述DC/DC级变换器模组驱动脉冲需要根据50Hz电网电压相位
Figure 552733DEST_PATH_IMAGE004
在0-180度或180-360度范围内起始
Figure 186845DEST_PATH_IMAGE005
、终止角度
Figure 579780DEST_PATH_IMAGE006
进行调整，其中：
0-180度范围内起始
Figure 433598DEST_PATH_IMAGE007
与终止角度
Figure 124342DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 518021DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 81858DEST_PATH_IMAGE009
；
180-360度范围内起始
Figure 655927DEST_PATH_IMAGE010
与终止角度
Figure 228991DEST_PATH_IMAGE011
为：
Figure 948948DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure 198532DEST_PATH_IMAGE013
。
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