一种基于复合频率控制的直流变压器的快速软充电方法技术

本发明专利技术公开了一种基于复合频率控制的直流变压器的快速软充电方法,属于大功率电力电子技术领域，本发明专利技术具体分为以下两个阶段：(1)原边侧不控充电阶段：该阶段对子模块进行脉冲封锁，电流流经限流电阻与开关器件的反并联二极管为电容充电；(2)混合充电阶段：该阶段基于基于复合频率控制，原边侧子模块可控充电与副边侧全桥输出电容不控充电同时进行。本发明专利技术一定程度上减小了模块化多电平直流变压器启动过程中的冲击电流，降低了中间级变压器的绝缘设计要求与拓扑元件的电流应力，保证电路的安全启动。全启动。全启动。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合频率控制的直流变压器的快速软充电方法


[0001]本专利技术涉及基于复合频率控制的直流变压器的快速软充电方法，属于大功率电力电子


技术介绍

[0002]为了应对地球环境问题与实现可持续发展的目标，可再生能源的开发利用受到全球各个国家的广泛关注。可再生能源固有的间歇性往往引起供能稳定性的问题，通常需要与蓄电池、超级电容等储能装置结合使用。模块化多电平直流变压器具有功率双向流动、输入输出隔离与高电压等级等优点适用于可再生能源与储能装置的互联。
[0003]模块化多电平直流变压器在启动瞬间将产生非常大的冲击电流，增加了中间级变压器绝缘设计的复杂度，同时降低电路元件的使用寿命，对系统正常运行造成不利影响。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于复合频率控制的直流变压器的快速软充电方法，解决了减小启动瞬间的冲击电流，保证中间级变压器与电路元件的安全有效运行的问题。
[0005]本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：
[0006]本专利技术所述的一种基于复合频率控制的直流变压器的快速软充电方法，该方法包括如下步骤：
[0007]步骤1：原边侧不控充电；
[0008]步骤2：混合充电。
[0009]进一步，在所述步骤1中，具体包括以下步骤：
[0010]步骤1.1：对原边侧子模块与副边侧全桥开关器件实施脉冲封锁；
[0011]步骤1.2：操作限流电阻控制阀门，将其投入至电路，原边侧子模块电容与直流源、限流电阻与开关器件的反并联二极管构成不控充电系统；
[0012]步骤1.3：原边侧子模块电容电压充电至额定值的一半，操作限流电阻控制阀门，将其旁路出电路，不控充电阶段结束。
[0013]进一步，在所述步骤2中，具体包括以下步骤：
[0014]步骤2.1：解除原边侧子模块开关器件的脉冲封锁，副边侧全桥开关器件仍实施脉冲封锁；
[0015]步骤2.2：原边侧充电采用双闭环控制，采样原边侧所有桥臂子模块电容电压值计算其平均值得V
avg
，将其与参考值V
ref
作差后将误差信号送入电压外环PI控制器，输出共模电流参考值i
cm_ref
；
[0016]步骤2.3：采样原边侧上桥臂电流i
p
与下桥臂电流i
n
，计算桥臂共模电流i
cm
与共模电流参考值i
cm_ref
作差后将误差信号送入电流内环PI控制器，输出直流控制量m
dc_ref
；
[0017]步骤2.4：副边侧充电采用变步长控制，每个周期采样交流电流峰值i
peak
，与给定
值I
max
作差后将误差信号送入PI控制器，输出内移相角的周期变化步长
[0018]步骤2.5：利用延时模块计算每个周期的累加值得到本周期值，送入内移相控制模块，输出中频控制量m
mf_ref
；
[0019]步骤2.6：直流控制量m
dc_ref
与中频控制量m
mf_ref
叠加生成复合频率控制量，送入载波移相调制模块，与三角载波比较后生成原边侧子模块开关器件的驱动脉冲，原边侧可控充电与副边侧不控充电同时进行；
[0020]步骤2.7：原边侧子模块电容与副边侧输出电容充电至额定值后，混合充电阶段结束。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：
[0022](1)本专利技术基于复合频率控制，对原边侧子模块电容与副边侧输出电容进行同时充电，加快了系统的启动速度；
[0023](2)有效减小了启动瞬间的冲击电流，降低电路的设计难度，提高系统安全运行的可靠性。
附图说明
[0024]图1是本专利技术模块化多电平直流变压器拓扑图；
[0025]图2是本专利技术复合频率控制框图；
[0026]图3是本专利技术内移相控制框图。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例对本专利技术进行深入地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定专利技术。
[0028]如图1
‑
3所示，本专利技术主要用于模块化多电平直流变压器的快速软充电控制，图1为模块化多电平直流变压器电路拓扑图，包括原边侧直流输入源Vdc1，限流电阻Rlim，限流电阻控制阀门Klim；副边侧直流输出源Vdc2，副边侧输出电容Co。原边侧MMC与副边侧全桥通过变比为NT：1的中间级变压器T互联，原边侧交流端口为a、b，副边侧交流端口为c、d；系统等效漏感为Lk。
[0029]作为一种具体实施方式，原边侧MMC为两相模块化多电平结构，分为四个桥臂，每相两个桥臂，每个桥臂由x个子模块SM1～SMx串联组成；每相上下桥臂通过耦合电感Lp(p为a或b)连接。副边侧全桥由四个开关器件Q1、Q2、Q3与Q4及其反并联二极管Ds1、Ds2、Ds3与Ds4组成。
[0030]作为一种更具体的实施方式，本专利技术所述子模块SM包含两个开关器件S1、S2及其反并联二极管D1、D2，一个子模块电容CSM；
[0031]作为一种最具体的实施方式，所述开关器件为金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。
[0032]本专利技术为一种基于复合频率控制的直流变压器的快速软充电方法，该方法包括如下步骤：
[0033]步骤1：原边侧不控充电
[0034]步骤1.1：对原边侧子模块与副边侧全桥开关器件实施脉冲封锁；
[0035]所述脉冲封锁即开关器件恒为关断状态。
[0036]步骤1.2：操作限流电阻Rlim的控制阀门Klim，将其投入至电路，原边侧子模块电容与直流源Vdc1、限流电阻Rlim与子模块SM的开关器件S1、S2的反并联二极管D1、D2构成不控充电系统；
[0037]步骤1.3：原边侧子模块电容电压充电至额定值的一半，操作限流电阻控制阀门Klim，将其旁路出电路，不控充电阶段结束。
[0038]所述子模块电容电压充电至额定值等于Vdc1/x。
[0039]步骤2：混合充电
[0040]步骤2.1：解除原边侧子模块开关器件的脉冲封锁，副边侧全桥开关器件仍实施脉冲封锁；
[0041]步骤2.2：原边侧充电采用双闭环控制。采样原边侧所有桥臂子模块电容电压值计算其平均值得Vavg，将其与参考值Vref作差后将误差信号送入电压外环PI控制器，输出共模电流参考值icm_ref；
[0042]所述双闭环控制为电压外环、电流内环双闭环控制；
[0043]所述共模电流为桥臂电流直流分量；
[0044]步骤2.3：采样原边侧上桥臂电流ip与下桥臂电流in，计算桥臂共模电流icm与共模电流参考值icm_ref作差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复合频率控制的直流变压器的快速软充电方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：原边侧不控充电；步骤2：混合充电。2.根据权利要求1所述的基于复合频率控制的直流变压器的快速软充电方法，其特征在于，在所述步骤1中，具体包括以下步骤：步骤1.1：对原边侧子模块与副边侧全桥开关器件实施脉冲封锁；步骤1.2：操作限流电阻控制阀门，将其投入至电路，原边侧子模块电容与直流源、限流电阻与开关器件的反并联二极管构成不控充电系统；步骤1.3：原边侧子模块电容电压充电至额定值的一半，操作限流电阻控制阀门，将其旁路出电路，不控充电阶段结束。3.根据权利要求1所述的基于复合频率控制的直流变压器的快速软充电方法，其特征在于，在所述步骤2中，具体包括以下步骤：步骤2.1：解除原边侧子模块开关器件的脉冲封锁，副边侧全桥开关器件仍实施脉冲封锁；步骤2.2：原边侧充电采用双闭环控制，采样原边侧所有桥臂子模块电容电压值计算其平均值得V
avg
，将其与参考值V
ref
作差后将误差信号送入电压外环PI控制器，输出共模电流参考值i
cm_ref
...

【专利技术属性】
技术研发人员：季振东，张锦涛，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：