一种电力电子变压器的拓扑结构及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种电力电子变压器的拓扑结构及其控制方法，所述电力电子变压器的拓扑结构由N级双向DC/DC变换器拓扑结构组成，每级双向DC/DC变换器拓扑结构由依次连接的串联侧切换电路、DC/DC变换器和并联侧切换电路组成。本发明专利技术提供的电力电子变压器的拓扑结构，能够实现故障时对故障模块平稳切除，不停机的对故障模块进行检修与更换，减小故障模块切除时对其余正常模块的电压冲击，保证系统的稳定性。

Topological structure and control method of power electronic transformer

【技术实现步骤摘要】
一种电力电子变压器的拓扑结构及其控制方法
本专利技术涉及电力电子领域，具体涉及一种电力电子变压器的拓扑结构及其控制方法。
技术介绍
电力电子变压器能够实现隔离、变压、功率传输等功能。根据有无中间高频隔离DC/DC可以将电力电子变压器分为两大类，一类是AC/AC变换，另一类是AC/DC/AC变换。AC/DC/AC变换比AC/AC变换多出了中间隔离环节，并且器件较多，但是AC/DC/AC变换的电力电子变压器具有更好的控制性能，通过恰当的控制策略和调制算法，可以实现低压直流、低压交流在一定可变范围内输出，并且保证了电能质量，因此AC/DC/AC变换的电力电子变压器成为了现在电力电子变压器的主流。为了适应高压直流的功率传输，中间隔离环节需要多模块串联切换电路输入和多模块并联切换电路输出，一旦存在模块出现故障，或者对模块定期检修，将会影响系统稳定工作。目前对于冗余切换采取的主要方式是先停机，再旁路切换；这种方式切换时间较长，对其余可以正常工作的模块造成较大的电压冲击，影响输出电压的稳定性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是实现故障时对故障模块平稳切除，不停机的对故障模块进行检修与更换，减小故障模块切除时对其余正常模块的电压冲击，保证系统的稳定性。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种电力电子变压器的拓扑结构，其改进之处在于，所述电力电子变压器的拓扑结构由N级双向DC/DC变换器拓扑结构组成，每级双向DC/DC变换器拓扑结构由依次连接的串联侧切换电路、DC/DC变换器和并联侧切换电路组成；第1级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第一连接端连接至公共连接点A，第N级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第二连接端连接至公共连接点B，第1至N-1级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第二连接端分别与其下一级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第一连接端连接；各级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第三连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输入正端，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第四连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输入负端；各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第一连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输出正端，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第二连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输出负端，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第三连接端连接至公共连接点C，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第四连接端连接至公共连接点D；其中，N为正整数。优选的，所述串联侧切换电路，包括：串联侧切换电路的第一连接端、串联侧切换电路的第二连接端、串联侧切换电路的第三连接端、串联侧切换电路的第四连接端、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、缓冲电阻R1、缓冲电阻R2、压敏电阻R3、电容C1和电容C2；所述串联侧切换电路的第一连接端、缓冲电阻R1、缓冲电阻R2、开关K4和第三连接端依次连接；所述串联侧切换电路的第二连接端、开关K5和串联侧切换电路的第四连接端依次连接；所述缓冲电阻R1和开关K1并联，所述缓冲电阻R2和开关K2并联；所述缓冲电阻R1和所述缓冲电阻R2之间的连接点与串联侧切换电路的第二连接端和开关K5之间的连接点之间接有所述开关K3；所述缓冲电阻R2和所述开关K4之间的连接点与串联侧切换电路的第二连接端和开关K5之间的连接点之间接有所述压敏电阻R3；所述缓冲电阻R2和所述开关K4之间的连接点与串联侧切换电路的第二连接端和开关K5之间的连接点之间接有所述电容C1；所述开关K4和所述串联侧切换电路的第三连接端之间的连接点与所述开关K5和所述串联侧切换电路的第四连接端之间的连接点之间接有所述电容C2。优选的，所述并联侧切换电路，包括：并联侧切换电路的第一连接端、并联侧切换电路的第二连接端、并联侧切换电路的第三连接端、并联侧切换电路的第四连接端、开关K6、开关K7、开关K8、缓冲电阻R4、电容C3和电容C4；所述并联侧切换电路的第一连接端、所述开关K6、所述缓冲电阻R4和所述并联侧切换电路的第三连接端依次连接；所述并联侧切换电路的第二连接端、所述开关K8、所述并联侧切换电路的第四连接端依次连接；所述缓冲电阻R4和所述开关K7并联；所述并联侧切换电路的第一连接端和所述开关K6之间的连接点连接所述电容C3的正级，所述并联侧切换电路的第二连接端和所述开关K8之间的连接点连接所述电容C3的负极；所述开关K6和所述缓冲电阻R4之间的连接点连接所述电容C4的正极，所述开关K8和所述并联侧切换电路的第四连接端之间的连接点连接所述电容C4的负极。优选的，所述公共连接点A和公共连接点B之间连接电源，所述公共连接点C和公共连接点D之间连接负载；或者所述公共连接点C和公共连接点D之间连接电源，所述公共连接点A和公共连接点B之间连接负载。一种如上所述拓扑结构的控制方法，其改进之处在于，当所述公共连接点A和公共连接点B之间连接电源，公共连接点C和公共连接点D之间连接负载时，所述控制方法包括：步骤A1：断开各级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K1、开关K2和开关K3，闭合各级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K4、开关K5、开关K6、开关K7和开关K8，当公共连接点A和公共连接点B之间输出预设电压值时，执行步骤A2；步骤A2：闭合各级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K1和开关K2。优选的，所述步骤A2之后，若第i级双向DC/DC变换器拓扑结构发生故障或需要检修，则执行下述步骤：步骤a1：断开第i级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K1和开关K2；步骤a2：闭合第i级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K3；步骤a3：断开第i级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K4、开关K5、开关K6和开关K8，当开关K4、开关K5、开关K6和开关K8产生的电压尖峰稳定至预设电压值时，执行步骤a4；步骤a4：闭合第i级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K1，断开第i级双向DC/DC变换器拓扑结构中开关K7；步骤a5：对除第i级双向DC/DC变换器拓扑结构以外的其他级双向DC/DC变换器拓扑结构的电源输入侧进行均压控制；其中，i∈[1,N]，N为电力电子变压器的拓扑结构中双向DC/DC变换器拓扑结构的级数。进一步的，所述均压控制的过程中，电压指令值为：其中，Vdc为电源电压，N为电力电子变压器的拓扑结构中双向DC/DC变换器拓扑结构的级数，k为故障或需要检修的双向DC/DC变换器拓扑结构的级数。一种如上所述拓扑结构的控制方法，其改进之处在于，当所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力电子变压器的拓扑结构，其特征在于，所述电力电子变压器的拓扑结构由N级双向DC/DC变换器拓扑结构组成，每级双向DC/DC变换器拓扑结构由依次连接的串联侧切换电路、DC/DC变换器和并联侧切换电路组成；/n第1级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第一连接端连接至公共连接点A，第N级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第二连接端连接至公共连接点B，第1至N-1级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第二连接端分别与其下一级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第一连接端连接；/n各级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第三连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输入正端，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第四连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输入负端；/n各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第一连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输出正端，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第二连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输出负端，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第三连接端连接至公共连接点C，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第四连接端连接至公共连接点D；/n其中，N为正整数。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电力电子变压器的拓扑结构，其特征在于，所述电力电子变压器的拓扑结构由N级双向DC/DC变换器拓扑结构组成，每级双向DC/DC变换器拓扑结构由依次连接的串联侧切换电路、DC/DC变换器和并联侧切换电路组成；
第1级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第一连接端连接至公共连接点A，第N级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第二连接端连接至公共连接点B，第1至N-1级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第二连接端分别与其下一级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第一连接端连接；
各级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第三连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输入正端，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的串联侧切换电路中第四连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输入负端；
各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第一连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输出正端，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第二连接端连接至各级双向DC/DC变换器拓扑结构的DC/DC变换器的输出负端，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第三连接端连接至公共连接点C，各级双向DC/DC变换器拓扑结构的并联侧切换电路中第四连接端连接至公共连接点D；
其中，N为正整数。


2.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述串联侧切换电路，包括：
串联侧切换电路的第一连接端、串联侧切换电路的第二连接端、串联侧切换电路的第三连接端、串联侧切换电路的第四连接端、开关K1、开关K2、开关K3、开关K4、开关K5、缓冲电阻R1、缓冲电阻R2、压敏电阻R3、电容C1和电容C2；
所述串联侧切换电路的第一连接端、缓冲电阻R1、缓冲电阻R2、开关K4和第三连接端依次连接；
所述串联侧切换电路的第二连接端、开关K5和串联侧切换电路的第四连接端依次连接；
所述缓冲电阻R1和开关K1并联，所述缓冲电阻R2和开关K2并联；
所述缓冲电阻R1和所述缓冲电阻R2之间的连接点与串联侧切换电路的第二连接端和开关K5之间的连接点之间接有所述开关K3；
所述缓冲电阻R2和所述开关K4之间的连接点与串联侧切换电路的第二连接端和开关K5之间的连接点之间接有所述压敏电阻R3；
所述缓冲电阻R2和所述开关K4之间的连接点与串联侧切换电路的第二连接端和开关K5之间的连接点之间接有所述电容C1；
所述开关K4和所述串联侧切换电路的第三连接端之间的连接点与所述开关K5和所述串联侧切换电路的第四连接端之间的连接点之间接有所述电容C2。


3.如权利要求1所述的拓扑结构，其特征在于，所述并联侧切换电路，包括：
并联侧切换电路的第一连接端、并联侧切换电路的第二连接端、并联侧切换电路的第三连接端、并联侧切换电路的第四连接端、开关K6、开关K7、开关K8、缓冲电阻R4、电容C3和电容C4；
所述并联侧切换电路的第一连接端、所述开关K6、所述缓冲电阻R4和所述并联侧切换电路的第三连接端依次连接；
所述并联侧切换电路的第二连接端、所述开关K8、所述并联侧切换电路的第四连接端依次连接；
所述缓冲电阻R4和所述开关K7并联；
所述并联侧切换电路的第一连接端和所述开关K6之间的连接点连接所述电容C3的正级，所述并联侧切换电路的第二连接端和所述开关K8之间的连接点连接所述电容C3的负极；
所述开关K6和所述缓冲电阻R4之间的连接点连接所述电容C4的正极，所述开关K8和所述并联侧切换电路的第四连接端之间的连接点连接所述电容C4的负极。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王轩，付永生，詹雄，荆龙，刘杰，吴学智，张维聪，屈海涛，曹建春，
申请(专利权)人：中电普瑞科技有限公司，中电普瑞电力工程有限公司，南瑞集团有限公司，北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11