一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法，属于电力电子变压器控制技术领域。该技术方案包括，实时监测各模组工作状态，检测某模组发生故障需要冗余时，控制CHB侧对应模组冗余开关闭合，使该模组处于短路状态，同时封锁对应DAB控制信号。实时读取各相正常工作模组数，控制器将调制波进行相应处理使发生冗余相正常工作模组承担功率相应增加，达到该相承担总功率不变，从而实现三相相电压与三相电流对称，与此同时相内均压控制将故障模组去除。此外针对相应处理后，发生电网电流不平衡现象，加入陷波器改善此现象。本发明专利技术应用于电力电子变压器可靠运行方面，解决容错问题，具有控制方案简易、改善系统容错后性能的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法
本专利技术涉及电力电子变压器控制
，尤其涉及一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法。
技术介绍
一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法主要应用于级联H桥式的电力电子变压器控制方案。电力电子变压器是基于电力电子变换技术和电磁感应原理实现电力系统中电压变换与能量传递的新型智能变压器，与传统变压器相比还可实现无功补偿、谐波治理、电网互联、新能源并网、热插拔等诸多功能。级联H桥结构是电力电子变压器常用拓扑结构，该结构可以在交流侧产生多个电平，从而有效的解决输入级电压过高，谐波过大的问题，降低了对电力电子器件的耐压要求；该结构易于实现模块化，具有良好的拓展性，便于开发设计，能很好的应用于高压大功率场合；对电力电子器件耐压要求较低，通过多级的级联组合可以应用于高压大功率领域；当一个模块发生故障无法正常运行时可将该模块短路冗余运行。传统的冗余方案包括升功率、升电压、切换冷备用模块、旁路同层非故障单元等方案。升功率方案算法复杂，升电压方案提高了CHB输出电压，切换冷备用模块需附加备用模块的充电过程，旁路同层非故障单元降低了系统冗余度。
技术实现思路
本专利技术针对上述缺陷及需求，一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法，在保证CHB输出电压、电网相电压、电网电流平衡的基础上通过简易的控制方法实现系统的冗余运行，提升设备可靠性。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：(1)电力电子变压器前级拓扑结构为级联H桥结构，每相包含N个模组，实现AC-DC变换。每个H桥结构后连接一个谐振式双有源桥实现DC/DC变换。3N个双有源桥输出并联构成低压直流母线供分布式电源、直流负载等使用；其级联H桥采用DQ解耦控制，实现对有功分量、无功分量的控制；中间DC-DC环节采用开环定频控制；控制系统由DSP+FPGA组成，DSP负责DQ解耦控制、电压外环、电流内环等相关工作，FPGA负责相内均压，CHB级和DAB级PWM信号生成、正常工作模组上传、各相高压直流母线电压平均值计算并上传等相关工作；(2)当控制系统检测到可冗余的故障信息，控制相应模组冗余开关，并封锁该模组DAB控制信号，使该模组处于不工作状态，同时将该模组信息记录到FPGA中，FPGA计算各相正常工作模组数nx，同时更新各相高压直流母线电压平均值udcx_av，将ni与udcx_av上传至DSP，若无可冗余的故障信息，则无需进行相关处理；(3)DSP根据FPGA上传信息对发生冗余相的调制波进行对应调整后输出给FPGA，对调制波进行处理的目的为使该相正常工作模组平均分担冗余模组的功率，使得该相功率与其他相功率相等，除此之外加入陷波器用以改善电网电流不平衡度，从而实现电网电流和相电压平衡，提高系统整体运行性能；(4)FPGA相内均压策略中去除冗余模组，与DSP上传信号整合后与载波生成PWM信号下发到功率板上。2、根据权利要求书1所述的一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中DQ解耦控制包含电压外环，用于控制3N个模组高压直流母线电压稳定在参考值上，生成电流内环的d轴(有功)参考量；电流内环用于控制有、无功电流稳定在参考值上，经dq反变换后形成三相电压输出指令ua1ref、ub1ref及uc1ref；相间均压用于将三相高压直流母线稳定在参考值上，生成三相电压输出指令ua2ref、ub2ref及uc2ref，相内均压用于将各模组电压稳定在参考值上，生成三相电压输出指令uaref_j、ubref_j、ucref_j，将电流内环与相间均压环指令相加后除以N加上相内均压指令构成最终的三相电压输出指令，结果如下:uiref_j＝(ui1ref+ui2ref)/N+uiref_j式中i＝a,b,c；j＝1,2,3……N。3、根据权利要求书1所述的一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法其特征在于，所述步骤(2)中nx的最大取值为N，最小取值应根据交流电压，CHB母线电压控制值等计算得到，其公式为：式中uab为电网线电压有效值，udc为高压直流母线电压值4、根据权利要求书1所述的一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中调制波处理方式为：uiref_j＝(ui1ref+ui2ref)*ni/N/N+uiref_j上式中N为设定模组数，i＝a,b,c，ni为该相处于正常工作的模组数。5、根据权利要求书1所述的一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中陷波器为二倍频陷波器，其存在的意义为，调制波调整后各个模组承担功率不一致，导致所有模组数直流电压平均值存在二倍频波动，最终导致电流内环给定值存在二倍频分量，该二倍频分量使电网电流中存在基波负序和三倍频正序分量，导致电网电流不平衡，在电压外环输出后加入2倍频陷波器，陷波器设计如下：6、根据权利要求书1所输的一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中相内均压策略处理方式为冗余模组相内均压输出为0，该相正常模组前nx-1个模组相内均压结果之和取负为最后一个模组相内均压值，用以保证二次调整量(相内均压)之和为0，不与电压外环等冲突。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：(1)本专利技术方案简单易行，控制方案复杂度低。(2)本专利技术方案将冗余模块的功率分到该相正常模块，保证了相电压平衡(3)本专利技术方案加入陷波器，保证了电网电流平衡。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定图1为电力电子变压器拓扑结构图图2为电力电子变压器控制框图图3为电力电力变压器冗余方案运行图图4为冗余前后电网电流波形图图5为冗余前后CHB级母线电压波形图图6为冗余后加与不加陷波器下电网电流FFT分析对比图图7为冗余后THD结果具体实施方式以下，结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步的描述。本专利技术提供了一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法，可用于电力电力变压器控制领域，具有提高系统冗余后不对称运行性能的优点。本专利技术应用的电力电子变压器拓扑结构图如图1所示，其冗余运行流程图如图3所示，图3中所述方法包括如下步骤：(1)电力电子变压器前级拓扑结构为级联H桥结构，每相包含N个模组，实现AC-DC变换。每个H桥结构后连接一个谐振式双有源桥实现DC/DC变换。3N个双有源桥输出并联构成低压直流母线供分布式电源、直流负载等使用；其级联H桥采用DQ解耦控制，实现对有功分量、无功分量的控制；中间DC-DC环节采用开环定频控制；控制系统由DSP+FPGA组成，DSP负责DQ解耦控制、电压外环、电流内环等相关工作，FPGA负责相内均压，C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：/n(1)电力电子变压器前级拓扑结构为级联H桥结构，每相包含N个模组，实现AC-DC变换。每个H桥结构后连接一个谐振式双有源桥实现DC/DC变换。3N个双有源桥输出并联构成低压直流母线供分布式电源、直流负载等使用；其级联H桥采用DQ解耦控制，实现对有功分量、无功分量的控制；中间DC-DC环节采用开环定频控制；控制系统由DSP+FPGA组成，DSP负责DQ解耦控制、电压外环、电流内环等相关工作，FPGA负责相内均压，CHB级和DAB级PWM信号生成、正常工作模组上传、各相高压直流母线电压平均值计算并上传等相关工作；/n(2)当控制系统检测到可冗余的故障信息，控制相应模组冗余开关，并封锁该模组DAB控制信号，使该模组处于不工作状态，同时将该模组信息记录到FPGA中，FPGA计算各相正常工作模组数nx，同时更新各相高压直流母线电压平均值udcx_av，将n

【技术特征摘要】
1.一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
(1)电力电子变压器前级拓扑结构为级联H桥结构，每相包含N个模组，实现AC-DC变换。每个H桥结构后连接一个谐振式双有源桥实现DC/DC变换。3N个双有源桥输出并联构成低压直流母线供分布式电源、直流负载等使用；其级联H桥采用DQ解耦控制，实现对有功分量、无功分量的控制；中间DC-DC环节采用开环定频控制；控制系统由DSP+FPGA组成，DSP负责DQ解耦控制、电压外环、电流内环等相关工作，FPGA负责相内均压，CHB级和DAB级PWM信号生成、正常工作模组上传、各相高压直流母线电压平均值计算并上传等相关工作；
(2)当控制系统检测到可冗余的故障信息，控制相应模组冗余开关，并封锁该模组DAB控制信号，使该模组处于不工作状态，同时将该模组信息记录到FPGA中，FPGA计算各相正常工作模组数nx，同时更新各相高压直流母线电压平均值udcx_av，将ni与udcx_av上传至DSP，若无可冗余的故障信息，则无需进行相关处理；
(3)DSP根据FPGA上传信息对发生冗余相的调制波进行对应调整后输出给FPGA，对调制波进行处理的目的为使该相正常工作模组平均分担冗余模组的功率，使得该相功率与其他相功率相等，除此之外加入陷波器用以改善电网电流不平衡度，从而实现电网电流和相电压平衡，提高系统整体运行性能；
(4)FPGA相内均压策略中去除冗余模组，与DSP上传信号整合后与载波生成PWM信号下发到功率板上。


2.根据权利要求书1所述的一种改善电力电子变压器冗余后运行性能的控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中DQ解耦控制包含电压外环，用于控制3N个模组高压直流母线电压稳定在参考值上，生成电流内环的d轴(有功)参考量；电流内环用于控制有、无功电流稳定在参考值上，经dq反变换后形成三相电压输出指令ua1ref、ub1ref及uc1ref；相间均压用于将三相高压直流母线稳定在参考值上，生...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪华丽，范建华，李健勋，徐鹏飞，国玉刚，
申请(专利权)人：青岛鼎信通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37