电力电子变压器高压侧直流母线电容预充电方法技术

一种电力电子变压器高压侧直流母线电容预充电方法，首先闭锁三相变流器输入级各H桥变换器，同时解锁DAB变换器，通过交流电网和预充电电阻对高低压侧电容进行预充电。待充电状态稳定后，旁路预充电电阻R1、R2和R3，根据网侧电压和高低压侧直流母线电容额定电压值，同时解锁并轮流旁路输入级一定数量的H桥变换器，在此过程中隔离型串联谐振型DAB保持解锁状态，直至高低压直流母线电容电压能够均衡充至额定值。

Precharging Method of DC Bus Capacitor on High Voltage Side of Power Electronic Transformer

【技术实现步骤摘要】
电力电子变压器高压侧直流母线电容预充电方法
本专利技术涉及一种电力电子变压器高压侧直流母线电容预充电方法。
技术介绍
电子变压器是一种新型的电能转换设备，它不仅具备传统电力变压器所具有的电压变换、电气隔离和能量传递等基本功能，还能够实现电能质量的调节、系统潮流的控制及无功功率补偿等其它附加功能。电力电子变压器之所以能够实现这些附加功能，主要是因为它通过引入电力电子变换技术及控制技术，能够对变压器的原边和副边的电压或者电流的幅值、相位进行灵活的处理和控制，并且可以根据实际需要对系统的潮流进行控制。因而电力电子变压器可以实现更为稳定和灵活的输电，可以解决当今电力系统中所存在的许多问题，其应用的前景也将十分广阔。电力电子变压器在正常运行前，首先需要对高压侧及低压侧直流母线电容充电。现有的充电方法可在低压侧利用充电电路为直流母线电容充电，如专利CN201811473271,但其需要额外增加一套独立的充电电路，这也就使得系统变得更加复杂。也可利用高压交流电网为电容充电，如CN103973094B，操作实施较为方便，且技术相对成熟，但该方法无法将母线电容电压充至额定值。对于电力电子变压器，现存的充电的方法依然存在充电装置复杂、母线电容电压无法充至额定值、充电设备体积大价格高等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺点，提出一种适用于电力电子变压器高压侧直流母线电容预充电方法。本专利技术利用电力电子变压器高压侧不控充电的方式，通过轮流旁路一定数量的模块，为各级直流母线电容充电。本专利技术控制方式相对简单，且高压侧和低压侧直流母线电容电压能够均衡充至额定值。应用本专利技术的电力电子变压器由A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器组成。A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器分别通过电感LgA、LgB、LgC、三相高压交流接触器S2、充电电阻R1、R2、R3和三相高压交流接触器S1连接至三相电网，充电电阻R1、R2、R3串接在三相高压交流接触器S1和三相高压交流接触器S2之间。A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的输出端并联在一起，与低压直流P、N端连接。所述的A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的结构相同，均由N个功率模块级联组成，N为正整数。N个功率模块输入端串联在一起，输出端并联在一起。每个功率模块由1个H桥变换器和1个DAB变换器连接组成。N个功率模块的H桥变换器H1～HN的输入端构成N个功率模块的输入端，N个功率模块的DAB变换器DAB1～DABN的输出端构成N个功率模块的输出端；N个H桥变换器的输出端连接电容CH1～CHN后与DAB变换器DAB1～DABN的输入端相连，DAB变换器DAB1～DABN的输出端连接电容CL1～CLN后并联在一起，与低压直流P、N端连接。A相级联变流器滤波电感LgA的一端连接至A相H桥变换器H1的交流端子a，B相级联变流器滤波电感LgB的一端连接至B相H桥变换器H1的交流端子a，C相级联变流器滤波电感LgC的一端连接至C相H桥变换器H1的交流端子a；A相级联变流器滤波电感LgA的另一端连接至充电电阻R1，B相级联变流器滤波电感LgB的另一端连接至充电电阻R2，C相级联变流器滤波电感LgC的另一端连接至充电电阻R3。三相高压交流接触器S2的一端分别连接至充电电阻R1、充电电阻R2和充电电阻R3的一端，三相高压交流接触器S2的另一端分别连接至充电电阻R1、充电电阻R2和充电电阻R3的另一端；三相高压交流接触器S1的一端分别连接至A、B和C相高压交流电网，三相高压交流接触器S1的另一端分别连接至充电电阻R1、充电电阻R2和充电电阻R3的另一端。A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器中，功率模块的H桥变换器H1～HN级联在一起，每个H桥变换器的交流端子b和相邻H桥变换器的交流端子a连接，其中，A相级联变流器的第1个H桥变换器H1的交流端子a与电感LgA的一端相连、B相级联变流器的第1个H桥变换器H1的交流端子a与电感LgB的一端相连，C相级联变流器的第1个H桥变换器H1的交流端子a与电感LgC的一端相连，第N个H桥变换器HN的交流端子b连接至电力电子变压器星接点W。A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器中，功率模块的H桥变换器H1～HN的正极输出端子v分别通过电容CH1～CHN的正极和DAB变换器DAB1～DABN的输入端子k相连；H桥变换器H1～HN的负极输出端子x分别通过电容CH1～CHN的负极和DAB变换器DAB1～DABN的负极输入端子y相连，DAB变换器DAB1～DABN的输出端m并联在一起，与低压直流P端连接，DAB变换器DAB1～DABN的输出端n并联在一起，与低压直流N端连接。所述的DAB变换器DAB1～DABN为隔离型谐振型双有源桥DAB。本专利技术电力电子变压器高压侧直流母线电容预充电方法的步骤如下：1)断开三相高压交流接触器S2，闭合三相高压交流侧的接触器S1，同时解锁级联变流器A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的DAB变换器；2)保持A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的DAB变换器处于解锁状态，保持A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的H桥变换器H1～HN处于闭锁状态，待A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的电容CH的电压升至Uline/2N时，第一阶段充电结束。其中Uline为高压交流电网线电压的峰值。3)第一阶段充电结束后，A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的H桥变换器中，按照编号从小到大的顺序，轮流选择A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器中的M个级联H桥变换器进行解锁，M小于A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的H桥变换器的数量N，其中，N为每相级联变流器中H桥变换器的数量；此时，各相将有M个电容CH处于旁路状态，电压不会上涨，其余N-M个H桥变换器处于不控整流状态，与N-M个H桥变换器连接的电容CH的电压持续上涨；在整个控制周期Tc内，Tc取1～10ms；由于DAB变换器的作用，A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器中的电容CL电压也将持续上涨，闭合高压交流接触器S2，使得A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器中的电容CH电压升至额定值UH，电容CL电压升至额定值UL。所述步骤3)中，每次每相解锁的H桥变换器M的计算公式为：其中，UH为CH1～CHN电容电压额定值，Uline为高压交流电网线电压的峰值，N为A相、B相和C相级联变流器的H桥变换器的数量，其中，N为每相H桥变换器的数量。本专利技术利用模块轮换旁路的方式为各级直流母线电容充电，控制方式相对简单，且高压侧和低压侧直流母线电容电压能够均衡充至额定值。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：与现有的从低压侧预充电技术相比，本专利技术电力电子变压器预充电方法避免了增加额外的充电电源以及充电电路，额外增加充电设备将导致变流器体积庞大，可靠性下降；本专利技术系统采用开环控制，控制方式相对较为简单，预充电电流冲击小；高压侧和低压侧直流母线电容电压均可充至额定工况运行值，从而使设备在并入交流电网时网侧电流冲击小。附图说明图1为本专利技术的电力电子变压器电路拓扑图；图2为本专利技术的双有源桥D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力电子变压器高压侧直流母线电容预充电方法，所述的电力电子变压器由A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器组成；A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器分别通过电感LgA、LgB、LgC、三相高压交流接触器S2、充电电阻R1、R2、R3和三相高压交流接触器S1连接至三相电网，充电电阻R1、R2、R3串接在三相高压交流接触器S1和三相高压交流接触器S2之间；A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的输出端并联在一起，与低压直流P、N端连接；所述的A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的结构相同，均由N个功率模块级联组成，N为正整数；N个功率模块输入端串联在一起，输出端并联在一起、；每个功率模块由1个H桥变换器和1个DAB变换器连接组成；N个功率模块的H桥变换器H1～HN的输入端构成N个功率模块的输入端，N个功率模块的DAB变换器DAB1～DABN的输出端构成N个功率模块的输出端；N个H桥变换器的输出端连接电容CH1～CHN后与DAB变换器DAB1～DABN的输入端相连，DAB变换器DAB1～DABN的输出端连接电容CL1～CLN后并联在一起，与低压直流P、N端连接；A相级联变流器滤波电感LgA的一端连接至A相H桥变换器H1的交流端子a，B相级联变流器滤波电感LgB的一端连接至B相H桥变换器H1的交流端子a，C相级联变流器滤波电感LgC的一端连接至C相H桥变换器H1的交流端子a；A相级联变流器滤波电感LgA的另一端连接至充电电阻R1，B相级联变流器滤波电感LgB的另一端连接至充电电阻R2，C相级联变流器滤波电感LgC的另一端连接至充电电阻R3；三相高压交流接触器S2的一端分别连接至充电电阻R1、充电电阻R2和充电电阻R3的一端，三相高压交流接触器S2的另一端分别连接至充电电阻R1、充电电阻R2和充电电阻R3的另一端；三相高压交流接触器S1的一端分别连接至A、B和C相高压交流电网，三相高压交流接触器S1的另一端分别连接至充电电阻R1、充电电阻R2和充电电阻R3的另一端，其特征在于：所述的电力电子变压器预充电方法如下：1)断开三相高压交流接触器S2，闭合三相高压交流侧的接触器S1，同时解锁级联变流器A相级联变流器、B相级联变流器和C相中的DAB变换器；2)保持A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的DAB变换器处于解锁状态，保持A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的H桥变换器H1～HN处于闭锁状态，待A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的电容CH的电压升至Uline/2N时，第一阶段充电结束，其中Uline为高压交流电网线电压的峰值；3)第一阶段充电结束后，A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的H桥变换器中，按照从小到大的顺序，轮流选择A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器中的M个级联H桥变换器进行解锁，M小于每相级联变流器中H桥变换器数量N；此时，各相将有M个电容CH将被处于旁路状态，电压不会上涨，其余N‑M个H桥变换器处于不控整流状态，与其余N‑M个H桥变换器连接的电容CH的电压持续上涨；在整个控制周期Tc内，Tc取1～10ms；由DAB变换器的作用，A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器中的电容CL电压也将持续上涨，闭合高压交流接触器S2，使得A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器电容CH电压升至额定值UH，电容CL电压升至额定值UL。...

【技术特征摘要】
1.一种电力电子变压器高压侧直流母线电容预充电方法，所述的电力电子变压器由A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器组成；A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器分别通过电感LgA、LgB、LgC、三相高压交流接触器S2、充电电阻R1、R2、R3和三相高压交流接触器S1连接至三相电网，充电电阻R1、R2、R3串接在三相高压交流接触器S1和三相高压交流接触器S2之间；A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的输出端并联在一起，与低压直流P、N端连接；所述的A相级联变流器、B相级联变流器和C相级联变流器的结构相同，均由N个功率模块级联组成，N为正整数；N个功率模块输入端串联在一起，输出端并联在一起、；每个功率模块由1个H桥变换器和1个DAB变换器连接组成；N个功率模块的H桥变换器H1～HN的输入端构成N个功率模块的输入端，N个功率模块的DAB变换器DAB1～DABN的输出端构成N个功率模块的输出端；N个H桥变换器的输出端连接电容CH1～CHN后与DAB变换器DAB1～DABN的输入端相连，DAB变换器DAB1～DABN的输出端连接电容CL1～CLN后并联在一起，与低压直流P、N端连接；A相级联变流器滤波电感LgA的一端连接至A相H桥变换器H1的交流端子a，B相级联变流器滤波电感LgB的一端连接至B相H桥变换器H1的交流端子a，C相级联变流器滤波电感LgC的一端连接至C相H桥变换器H1的交流端子a；A相级联变流器滤波电感LgA的另一端连接至充电电阻R1，B相级联变流器滤波电感LgB的另一端连接至充电电阻R2，C相级联变流器滤波电感LgC的另一端连接至充电电阻R3；三相高压交流接触器S2的一端分别连接至充电电阻R1、充电电阻R2和充电电阻R3的一端，三相高压交流接触器S2的另一端分别连接至充电电阻R1、充电电阻R2和充电电阻R3的另一端；三相高压交流接触器...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗龙，李耀华，李子欣，张航，赵聪，王平，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11