CN116667630B - 多模块串联的谐振回路谐振电流控制策略和电力电子开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多模块串联的谐振回路谐振电流控制策略和电力电子开关,该控制策略包括以下步骤:采集谐振回路的每个子模块的电压,从谐振回路的所有子模块中选取多个目标子模块,使其电压之和满足谐振电路的谐振电流要求;当谐振回路工作时,控制目标子模块参与谐振回路中谐振电流的产生,以及控制所有子模块中除开目标子模块的子模块不参与谐振电流的产生。根据本发明的控制策略,无论有多少个半桥或全桥子模块串联,每个子模块的电压有多少,参与谐振电流产生的子模块的电压和总是在预期值,产生的谐振电流幅值也在预期值,保证不会出现过大的谐振电流。
Description
技术领域
本发明涉及属于高压输变电装备技术领域,尤其涉及一种多模块串联的电力电子开关及其谐振回路谐振电流控制策略。
背景技术
当前,对多级子模块串联的谐振回路来说,如图2所示,子模块的电压都是由外部独立的充电器充电并控制的。因为充电器特性的不同,各个子模块的电压也会有差异,特别是当利用无稳压措施的充电器对子模块充电时,子模块的电压更是参差不齐。特别是对于要求有冗余子模块数量的工程,子模块的电压总是大于目标值,这样造成谐振电流的幅值也远超过目标值。
对于由多个半桥或全桥子模块串联组成的可控谐振回路来说,子模块的电压和决定了谐振电流的幅值,子模块电压和越高,谐振电流的幅值就越大,然而过大的谐振电流会造成子模块开关器件损坏,过大的谐振电流也可能导致其他设备损坏。
对于多级子模块串联的谐振回路来说,上述子模块数量冗余要求和避免谐振电流过大要求二者产生矛盾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多模块串联的谐振回路谐振电流控制策略和使用该控制策略的电力电子开关及其谐振回路,以兼顾子模块数量冗余要求和避免谐振电流过大要求。
为此,本发明提供了一种多模块串联的谐振回路谐振电流控制策略,用于电力电子开关,包括以下步骤:采集谐振回路的每个子模块的电压,从谐振回路的所有子模块中选取多个目标子模块,使其电压之和满足谐振电路的谐振电流要求;当谐振回路工作时,控制目标子模块参与谐振回路中谐振电流的产生,以及控制所有子模块中除开目标子模块的子模块不参与谐振电流的产生。
进一步地,上述选取一些目标子模块包括:对谐振回路的所有子模块电压按照高低顺序排序;从高到底依次累加计算子模块的电压之和直至满足谐振电流要求或从中间开始前后累计子模块的电压之和直至满足谐振电流要求。
根据本发明的另一方面,提供了一种电力电子开关的谐振回路,包括多个子模块、多个电压监控单元、控制装置,每个子模块与一个电压监控单元对应设置,电压监控单元用于采集子模块的电压;多个子模块、多个电压监控单元分别与控制装置连接,所述控制装置用于获取各电压监控单元所采集子模块的电压,根据各子模块的电压,从谐振回路的所有子模块中选取多个目标子模块;其中,多个目标子模块的电压之和满足谐振电路的谐振电流要求,且当谐振回路工作时,控制目标子模块参与谐振回路中谐振电流的产生,以及控制所有子模块中除开目标子模块的子模块不参与谐振电流的产生。
进一步地,上述谐振回路的子模块均为半桥子模块。
进一步地,上述半桥子模块的电压监控单元为中控板卡,其中,该中控板卡通过光纤与控制装置连接,所述中控板卡用于接收控制装置发出的子模块导通命令,并根据子模块导通命令导通相应子模块。
进一步地,上述半桥子模块包括上开关管T2和下开关管T1,上开关管T2和下开关管T1相互连接构成半桥,其中当中控板卡接收到子模块导通命令时,中控板卡根据子模块导通命令控制上开关管T2和下开关管T1交替导通,以使谐振回路产生谐振电流,当中控板卡接收到子模块旁通命令时,中控板卡根据子模块旁通命令控制下开关管T1导通。
进一步地,上述谐振回路的子模块为全桥子模块。
进一步地,上述全桥子模块的电压监控单元为中控板卡,其中,该中控板卡通过光纤与控制装置连接,所述中控板卡用于接收控制装置发出的子模块导通命令,并根据子模块导通命令导通相应子模块。
进一步地,上述全桥子模块包括两上桥臂开关管T1和T2、以及两下桥臂开关管T3和T4,其中当中控板卡接收到子模块导通命令时,中控板卡根据子模块导通命令控制子模块导通,以使谐振回路产生谐振电流,当中控板卡接收到子模块旁通命令时,中控板卡根据子模块旁通命令控制子模块的两上桥臂开关管T1和T2导通,或两下桥臂开关管T3和T4导通。
本发明还提供了一种电力电子开关,包括多模块串联的谐振回路、控制装置,还包括为每个子模块配置的电压监控单元,所述电压监控单元用于实时检测每个子模块的电压,并传送至控制模块,所述控制模块用于根据电压监控单元传回的每个子模块的电压,根据各子模块的电压,从谐振回路的所有子模块中选取多个目标子模块,其中,多个目标子模块的电压之和满足谐振电路的谐振电流要求;当谐振回路工作时,控制目标子模块参与谐振回路谐振电流的产生,以及控制所有子模块中除开目标子模块的子模块不参与谐振电流的产生。
根据本发明的控制策略,无论有多少个半桥或全桥子模块串联,每个子模块的电压有多少,参与谐振电流产生的子模块的电压和总是在目标值,产生的谐振电流幅值也在目标值,保证不会出现过大的谐振电流。
根据本发明的控制策略,控制装置总是根据子模块的电压进行排序,按照公开的控制策略对子模块的电压和进行累计,选中的子模块参与谐振电流的产生,未选中的子模块在谐振电流产生时输出零电平,也就是习惯上说的子模块旁路,这样谐振回路产生的电流总是最接近目标值,不会出现较大的谐振电流,从而保证设备在安全范围内运行。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明的多模块串联的谐振回路谐振电流控制策略的流程图;
图2是半桥模块串联的谐振回路示意图;
图3是全桥模块串联的谐振回路示意图;
图4是根据本发明一实施例的半桥子模块排序及其控制策略;
图5是根据本发明另一实施例的全桥子模块排序及其控制策略。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明的控制策略的流程图,如图1所示,该控制策略包括如下步骤S1-S3。
S1、采集谐振回路的每个子模块的电压,从谐振回路的所有子模块中选取多个目标子模块,使其多个目标子模块的电压之和满足谐振电路的谐振电流要求;
S2、当谐振回路工作时,控制目标子模块参与谐振回路中谐振电流的产生,以及控制所有子模块中除开目标子模块的子模块不参与谐振电流的产生。
在一些实施例中,从谐振回路的所有子模块中选取多个目标子模块包括以下步骤:
S11、对谐振回路的所有子模块的电压按照高低顺序排序;
S12、从高到低依次累加计算多个子模块的电压之和,直至满足谐振电流要求或从中间开始前后累计各子模块的电压之和直至满足谐振电流要求,进而挑选出这些目标子模块。
根据本发明的控制策略,谐振回路无论有多少个半桥或全桥子模块串联,每个子模块的电压有多少,参与谐振电流产生的各子模块的电压和总是在目标值,产生的谐振电流幅值也在目标值,保证不会出现过大的谐振电流。
下面对半桥和全桥两种不同类型的电力电子开关的谐振回路加以说明。其中,半桥型电力电子开关的构造在中国专利文献中CN115241850A、CN115693619A有详细披露,在此不作赘述。
图2示出了多个半桥子模块串联的电力电子开关的谐振回路,其子模块数量根据工程需要选取并有一定的冗余子模块,谐振回路还包括谐振电感L,谐振电容器C2。每个子模块包括上开关管T2和下开关管T1,上开关管T2和下开关管T1相互连接构成半桥。每个子模块还有一个独立的充电器和一块中控板卡(SCE板)监视子模块的电压,SCE板通过光纤把子模块电压送到控制装置,同时接收控制装置发出的子模块导通命令。正常情况下,控制装置对子模块根据电压进行排序,按照图4所示的排序选取策略,并依次累加计算选中的子模块电压和接近目标值。当谐振回路工作时,选中的子模块参与谐振回路的充放电,没有选中的子模块的下管导通(T1),这样在电气上子模块相当于旁路,不参与谐振电流的产生。
上开关管T2和下开关管T1交替导通,以使谐振回路产生谐振电流,当中控板卡接收到子模块旁通命令时,中控板卡根据子模块旁通命令控制下开关管T1导通。
图3示出了多个全桥子模块串联的电力电子开关的谐振回路,其子模块数量根据工程需要选取并有一定的冗余子模块,谐振回路还包括谐振电感L,谐振电容器C2。全桥子模块包括两上桥臂开关管T1和T2、以及两下桥臂开关管T3和T4,每个子模块还有一个独立的充电器和一块中控板卡(SCE板)监视子模块的电压,SCE板通过光纤把子模块电压送到控制装置,同时接收控制装置发出的子模块导通命令。正常情况下,控制装置对子模块根据电压进行排序,按照图5所示的排序选取策略,并依次累加计算选中的子模块电压和接近目标值。当谐振回路工作时,选中的子模块参与谐振回路的充放电,没有选中的子模块(两上桥臂开关管T1、T2或两下桥臂开关管T3、T4)的导通,这样在电气上子模块相当于旁路,不参与谐振电流的产生。
具体地,当中控板卡接收到子模块导通命令时,中控板卡根据子模块导通命令控制子模块导通(全桥子模块的导通方式为:T1和T4作为一组、同时导通或关断,T2和T3作为另一组、同时导通或关断,二组交替导通),以使谐振回路产生谐振电流,当中控板卡接收到子模块旁路命令时,中控板卡根据子模块旁路命令控制两上桥臂开关管T1和T2导通,或两下桥臂开关管T3和T4导通。
图4和图5是半桥和全桥子模块排序及电压依次累加计算策略流程图。控制装置根据监视到的每个子模块电压由高到低或由低到高进行排序,实际进行子模块选取时,可从中间m子模块开始,前后每次各选取一个进行子模块电压和累积,直到选取的子模块数量的电压之和刚好满足谐振电流的要求时为止;也可以从子模块电压最高的开始,逐渐往下累积子模块的电压和,直到选取的子模块数量的电压和满足谐振电流的要求为止。依据这两种任意一种策略,当谐振开关工作时,选中的子模块参与控制谐振电流的产生,没有选中的子模块输出为零电平,保证谐振电流在预期值。
本发明通过对子模块电压进行排序,累计子模块的电压和在目标值后,选取的子模块参与谐振电流的产生,未选中的子模块旁路,这样无论是多少个子模块串联,均能保证谐振电流在预期的值。不至于引起过大的谐振电流造成设备损坏。
在本发明中,电力电子开关的控制装置根据监视到的每个子模块电压进行排序,实际进行子模块选取时,可从中间m子模块开始,前后每次各选取一个进行子模块电压和累积,直到选取的子模块数量的电压和刚好满足谐振电流的要求时为止;也可以从子模块电压最高的开始,逐渐往下累积子模块的电压和,直到选取的子模块数量的电压和满足谐振电流的要求为止,或者根据其他策略进行依次累加计算,依据任意一种策略,当谐振开关工作时,选中的子模块参与控制谐振电流的产生,没有选中的子模块输出为零电平,保证谐振电流在预期值。
在一策略中,在本次未选中的子模块,在下一次优先选中,如此实现子模块动态选择,这样在电力电子开关的全寿命周期内每个子模块的使用寿命大致相同。
本发明还提供了一种电力电子开关,其使用上述多模块串联的谐振回路谐振电流控制策略。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现,例如,面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种多模块串联的谐振回路谐振电流控制策略,用于电力电子开关,其特征在于,包括以下步骤:
采集谐振回路的每个子模块的电压,根据各子模块的电压,从谐振回路的所有子模块中选取多个目标子模块;其中,多个目标子模块的电压之和满足谐振电路的谐振电流要求;
当谐振回路工作时,控制目标子模块参与谐振回路中谐振电流的产生,以及控制所有子模块中除开目标子模块的子模块不参与谐振电流的产生。
2.根据权利要求1所述的多模块串联的谐振回路谐振电流控制策略,其特征在于,从谐振回路的所有子模块中选取多个目标子模块,包括:
对谐振回路中所有子模块的电压按照高低顺序进行排序;
从高到低依次累加计算多个子模块的电压之和,直至满足谐振电流要求或从中间开始前后累计子模块的电压之和直至满足谐振电流要求。
3.一种电力电子开关的谐振回路,其特征在于,包括多个子模块、多个电压监控单元、控制装置,每个子模块与一个电压监控单元对应设置,电压监控单元用于采集子模块的电压;多个子模块、多个电压监控单元分别与控制装置连接,所述控制装置用于获取各电压监控单元所采集子模块的电压,根据各子模块的电压,从谐振回路的所有子模块中选取多个目标子模块;其中,多个目标子模块的电压之和满足谐振电路的谐振电流要求,且当谐振回路工作时,控制目标子模块参与谐振回路中谐振电流的产生,以及控制所有子模块中除开目标子模块的子模块不参与谐振电流的产生。
4.根据权利要求3所述的电力电子开关的谐振回路,其特征在于,所述谐振回路的子模块均为半桥子模块。
5.根据权利要求4所述的电力电子开关的谐振回路,其特征在于,所述半桥子模块的电压监控单元为中控板卡,中控板卡通过光纤与控制装置连接,所述中控板卡用于接收控制装置发出的子模块导通命令,并根据子模块导通命令导通相应子模块。
6.根据权利要求5所述的电力电子开关的谐振回路,其特征在于,所述半桥子模块包括上开关管T2和下开关管T1,上开关管T2和下开关管T1相互连接构成半桥,其中当中控板卡接收到子模块导通命令时,中控板卡根据子模块导通命令控制上开关管T2和下开关管T1交替导通,以使谐振回路产生谐振电流,当中控板卡接收到子模块旁通命令时,中控板卡根据子模块旁通命令控制下开关管T1导通。
7.根据权利要求3所述的电力电子开关的谐振回路,其特征在于,所述谐振回路的子模块为全桥子模块。
8.根据权利要求7所述的电力电子开关的谐振回路,其特征在于,所述全桥子模块的电压监控单元为中控板卡,中控板卡通过光纤与控制装置连接,所述中控板卡用于接收控制装置发出的子模块导通命令,并根据子模块导通命令导通相应子模块。
9.根据权利要求8所述的电力电子开关的谐振回路,其特征在于,所述全桥子模块包括两上桥臂开关管T1和T2、以及两下桥臂开关管T3和T4,其中当中控板卡接收到子模块导通命令时,中控板卡根据子模块导通命令控制子模块导通,以使谐振回路产生谐振电流,其中导通方式如下:T1和T4作为一组、同时导通或关断,T2和T3作为另一组、同时导通或关断,二组交替导通,当中控板卡接收到子模块旁通命令时,中控板卡根据子模块旁通命令控制子模块的两上桥臂开关管T1和T2导通,或两下桥臂开关管T3和T4导通。
10.一种电力电子开关,包括多模块串联的谐振回路、控制装置,其特征在于,还包括为每个子模块配置的电压监控单元,
所述电压监控单元用于实时检测每个子模块的电压,并传送至控制模块,所述控制模块用于根据电压监控单元传回的每个子模块的电压,根据各子模块的电压,从谐振回路的所有子模块中选取多个目标子模块,其中,多个目标子模块的电压之和满足谐振电路的谐振电流要求;当谐振回路工作时,控制目标子模块参与谐振回路谐振电流的产生,以及控制所有子模块中除开目标子模块的子模块不参与谐振电流的产生。
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