一种单相电力电子变压器直流母线电压均压控制方法技术

本发明专利技术公开了一种单相电力电子变压器直流母线电压均压控制方法，该单相DC-AC电力电子变压器的功率主电路由隔离级和逆变级组成，其中，隔离级为高频隔离型DC-DC变换器，逆变级为DC-AC逆变器；隔离级的所有DC-DC变换器的输入端串联接中压或高压直流电压源，输出端接对应逆变级DC-AC逆变器的直流输入端；逆变级的所有DC-AC逆变器交流侧采用串联方式接输出滤波器；该控制方法包括以下步骤：步骤1，电力电子变压器直流源侧母线电压均压控制；步骤2，电力电子变压器隔离级输出侧母线电压均压控制。本发明专利技术控制方法可以实现级联式单相电力电子变压器级联模块间均压控制，方法简单。仿真结果验证了该方法的正确、可靠性，为工程应用提供了很好的参考价值。

【技术实现步骤摘要】
一种单相电力电子变压器直流母线电压均压控制方法
：本专利技术涉及电力电子技术在电力系统中的应用，尤其涉及一种单相电力电子变压器直流母线电压均压控制方法。
技术介绍
：传统电力变压器结构简单、效率高、可靠性高，广泛应用于电力系统。但过低的工作频率导致传统变压器体积大，笨重，而且矿物油、环氧树脂、难燃油等作为绝缘或冷却介质的使用存在火灾和环境污染的潜在隐患。另外，它通常只能够实现电气隔离、电压等级变换和功率双向传递等相对单一的功能，而无网侧电能质量调节、谐波传递隔绝、过载及故障保护、负载电压调节等等功能。传统变压器的这些弱点使它无法满足一些诸如智能电网等新应用场合的功能要求。针对传统变压器的上述弱点，研究人员和工程师提出了电力电子变压器(PowerElectronicTransformer)或者固态变压器(Solid-StateTransformer)加以解决。在过去的几十年中，电力电子技术有了长足全面的快速发展，越来越多的电力电子装置在电力系统中应用。然后，目前商业化的电力电子功率器件的单管或功率模块的电压等级尚不能满足中高压级别的应用，通常采用低电压等级的模块级联来加以解决。由于级联模块之间存在参数不匹配、损耗不相同等等问题，会使整个级联系统无法正常工作，因此级联结构需要通过一定的控制策略来实现直流母线电压之间的均压控制。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于针对现有级联模块中存在直流母线电压不均衡的不足，提供了一种单相电力电子变压器直流母线电压均压控制方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案予以实现：一种单相电力电子变压器直流母线电压均压控制方法，该单相DC-AC电力电子变压器的功率主电路由隔离级和逆变级组成，其中，隔离级为高频隔离型DC-DC变换器，逆变级为DC-AC逆变器；隔离级的所有DC-DC变换器的输入端串联接中压或高压直流电压源，输出端接对应逆变级DC-AC逆变器的直流输入端；逆变级的所有DC-AC逆变器交流侧采用串联方式接输出滤波器；该控制方法包括以下步骤：电力电子变压器直流源侧母线电压均压控制和电力电子变压器隔离级输出侧母线电压均压控制。本专利技术进一步的改进在于：电力电子变压器直流源侧母线电压均压控制具体包括如下的实现步骤：步骤1.1，检测电力电子变压器隔离级输入侧每个DC-DC变换器直流侧电压Vdc_11、Vdc_12、…、Vdc_1i，并求出这n个直流侧电压的平均值V1ave以作为步骤1.2中直流侧均压参考值，其中，i＝1,2,…,n；步骤1.2，将步骤1.1中所测得的每个模块直流侧电压值Vdc_1i同步骤1.1中求出的直流侧电压平均值V1ave相比较，其输出经过比例积分调节器后获得每个DC-DC变换器直流侧电压均压的指令步骤1.3，检测电力电子变压器隔离级输出侧的直流侧电压Vdc_21、Vdc_22、…、Vdc_2i，并求出这n个直流侧电压的平均值V2ave；步骤1.4，将步骤1.3求得的隔离级输出侧直流电压的平均值V2ave同隔离级输出侧直流电压参考值V*dc_2ref相比较，其输出经过比例积分调节器后获得隔离级输出侧直流电压平均值的指令步骤1.5，将步骤1.2中得到的每个隔离级DC-DC变换器输入侧直流电压均压的指令加上步骤1.4中得到的隔离级输出侧直流电压平均值的指令从而合成每个隔离级DC-DC变换器的最终指令本专利技术进一步的改进在于：电力电子变压器隔离级输出侧母线电压均压控制具体包括如下的实现步骤：步骤2.1，不论电力电子变压器连接的是负载还是电网，采用常规的双环控制其电流环输出为逆变级总的控制指令u*m，另外检测得到系统输出电流iL；步骤2.2，将步骤1.3中所测得的隔离级每个模块输出侧直流电压值Vdc_1i同求出的直流电压平均值V2ave相比较，其输出经过比例调节器后同步骤2.1中系统输出电流iL和逆变级总的控制指令u*m相乘获得每个直流侧电压均压的指令Δum_1、Δum_2、…、Δum_i；步骤2.3，将步骤2.2中获得的每个直流侧电压均压的指令Δum_1、Δum_2、…、Δum_i同步骤2.1中逆变级总的控制指令u*m相加得到逆变级每个模块的指令值um_1、um_2、…、um_i。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：本专利技术利用隔离级DC-DC变换器控制系统实现对隔离级输入侧直流电压均压控制和隔离级输出侧直流电压平均值跟踪参考电压的控制，利用逆变级DC-AC变换器控制系统实现对隔离级输出侧直流电压均压控制。本专利技术控制方法可以实现级联式单相电力电子变压器级联模块间均压控制，方法简单。仿真结果验证了该方法的正确、可靠性，为工程应用提供了很好的参考价值。附图说明：图1为单相多模块级联DC-AC电力电子变压器主电路拓扑图；图2为隔离级输入侧直流电压均压控制部分的控制框图；图3为隔离级输入侧直流电压均压控制和输出侧直流电压平均值控制合成隔离级总体控制的控制框图；图4为逆变级实现隔离级输出侧直流均压控制的控制框图。图5为隔离级输入侧直流电压仿真波形图。图6为隔离级输出侧直流电压仿真波形图。具体实施方式：参照图1所示，本专利技术应用的单相电力电子变压器系统功率主电路由隔离级和逆变级组成：隔离级为高频隔离型DC-DC变换器，逆变级为DC-AC逆变器。为了满足中压或高压等级的要求，隔离级的所有DC-DC变换器的输入端串联接中压或高压直流电压源Vdc，输出端接对应逆变级DC-AC逆变器的直流输入端。逆变级的所有DC-AC逆变器交流侧采用串联方式接输出滤波器。本专利技术一种单相电力电子变压器直流母线电压均压控制方法的实现过程包括以下步骤：电力电子变压器直流源侧母线电压均压控制和电力电子变压器隔离级输出侧母线电压均压控制。其中，电力电子变压器直流源侧母线电压均压控制具体包括如下的实现步骤：步骤1.1，参考图1，检测电力电子变压器直流电压源侧(隔离级输入侧)每个DC-DC变换器直流侧电压Vdc_11、Vdc_12、…、Vdc_1i(i＝1,2,…,n)，并求出这n个直流侧电压的平均值V1ave以作为步骤1.2中直流侧均压参考值；步骤1.2，将步骤1.1中所测得的每个模块直流侧电压值Vdc_1i(i＝1,2,…,n)同求出的直流侧电压平均值V1ave相比较，其输出经过比例积分调节器后获得每个DC-DC变换器直流侧电压均压的指令(i＝1,2,…,n)。隔离级输入侧直流电压均压控制部分的控制框图如图2所示；步骤1.3，检测电力电子变压器隔离级输出侧的直流侧电压Vdc_21、Vdc_22、…、Vdc_2i(i＝1,2,…,n)，并求出这n个直流侧电压的平均值V2ave；步骤1.4，将步骤1.3求得的隔离级输出侧直流电压的平均值V2ave同隔离级输出侧直流电压参考值V*dc_2ref相比较，其输出经过比例积分调节器后获得隔离级输出侧直流电压平均值的指令；步骤1.5，将步骤1.2中得到的每个隔离级DC-DC变换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相电力电子变压器直流母线电压均压控制方法，其特征在于：该单相DC‑AC电力电子变压器的功率主电路由隔离级和逆变级组成，其中，隔离级为高频隔离型DC‑DC变换器，逆变级为DC‑AC逆变器；隔离级的所有DC‑DC变换器的输入端串联接中压或高压直流电压源，输出端接对应逆变级DC‑AC逆变器的直流输入端；逆变级的所有DC‑AC逆变器交流侧采用串联方式接输出滤波器；该控制方法包括以下步骤：电力电子变压器直流源侧母线电压均压控制和电力电子变压器隔离级输出侧母线电压均压控制。

【技术特征摘要】
1.一种单相电力电子变压器直流母线电压均压控制方法，其特征在于：该单相电力电子变压器的功率主电路由隔离级和逆变级组成，其中，隔离级为高频隔离型DC-DC变换器，逆变级为DC-AC逆变器；隔离级的所有DC-DC变换器的输入端串联接中压或高压直流电压源，输出端接对应逆变级DC-AC逆变器的直流输入端；逆变级的所有DC-AC逆变器交流侧采用串联方式接输出滤波器；该控制方法包括以下步骤：单相电力电子变压器直流源侧母线电压均压控制和单相电力电子变压器隔离级输出侧母线电压均压控制；其中，单相电力电子变压器直流源侧母线电压均压控制具体包括如下的实现步骤：步骤1.1，检测单相电力电子变压器隔离级输入侧每个DC-DC变换器直流侧电压Vdc_11、Vdc_12、…、Vdc_1i，并求出这n个直流侧电压的平均值V1ave以作为步骤1.2中直流侧均压参考值，其中，i＝1,2,…,n；步骤1.2，将步骤1.1中所测得的每个模块直流侧电压值Vdc_1i同步骤1.1中求出的直流侧电压平均值V1ave相比较，其输出经过比例积分调节器后获得每个DC-DC变换器直流侧电压均压的指令步骤1.3，检测单相电力电子变压器隔离级输出侧的直流侧电压Vdc_21、Vdc_22、…、Vdc_2i，并求出这n个直流侧电压的平均值V2ave；

【专利技术属性】
技术研发人员：刘进军，王新宇，欧阳少迪，孟飞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61