一种基于能量回馈的电力电子变压器软启动方法技术

本发明专利技术属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于能量回馈的电力电子变压器软启动方法，该方法包括：在获取高压直流侧电压后，分析电感峰值电流与内移相比之间的关系，设计内移相比增加的轨迹；针对CHB由不可控整流向PWM整流转换时出现的冲击电流，发明专利技术了一种低压侧能量回馈控制策略，利用DAB双向功率流特性，将低压直流侧部分能量回馈到高压侧，使高压侧电压达到闭环参考值以消除CHB在并网时出现的冲击电流，完成电力电子变压器软启动；本发明专利技术的启动策略，在进入闭环控制前，使高压侧电压均达到闭环参考值，消除了PET并网瞬间产生的交流侧冲击电流。冲击电流。冲击电流。

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量回馈的电力电子变压器软启动方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种基于能量回馈的电力电子变压器软启动方法。

技术介绍

[0002]电子变压器(power electronic transformer，PET)是一种通过电力电子技术实现能量传递和电力变换的新型变压器，由电力电子变换器和高频变压器组成；基于级联H桥(cascaded H
‑
bridge，CHB)和双有源桥(dual active bridge，DAB)变换器的PET是最为广泛研究的一种拓扑结构。PET在高压直流输电、可再生能源发电并网系统、电能路由器、牵引变压器、电池储能系统等领域都有着广阔的应用前景。PET拓扑结构中存在大量的电容器组，在未启动时这些电容的初始储能都为零。未充电的电容在PET投入电网时相当于短路，将产生很大的冲击电流，从而击穿开关器件和电容。在实际应用中，由于直流电容和电感参数的失配，使得电压、电流不平衡，如果不采用均衡控制，电压和电流的偏差将会越来越大，最终会因发散的电压电流导致系统崩溃；因此，在PET的软启动策略应该满足两个条件，即：(1)整个启动阶段系统的电流值应被限制在设定值，保证系统不过流；(2)各高压直流侧电压的均衡。
[0003]目前控制PET电压均衡的方法包括两种，包括：(1)CHB负责各级高压直流侧母线电压的均衡控制，DAB负责各级功率传输的均衡控制；(2)CHB负责高压直流侧母线电压总和的控制，DAB负责各级直流电压的均衡控制。类型1均衡策略是通过修改不同CHB单元的调制信号的幅度实现的，因此会恶化交流侧电流性能；类型2均衡策略是通过修改各级DAB移相比实现电压平衡。现有技术中，在进行PET软启动过程中，提供了一种三相电压型PWM整流器的分段启动控制方法，该方法先取消电压外环，将电流环给定按照一定的斜率上升，使直流电压缓慢上升，之后再加入电压外环，进行PWM整流控制。但是上述方法并未给出参考值增加的斜率，并且参考值斜坡增加的方法不可避免的将会延长启动时间。

技术实现思路

[0004]针对以上现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种基于能量回馈的电力电子变压器软启动方法，该方法包括：
[0005]S1：接通电源，获取电力电子变压器中的级联H桥变换器CHB的不可控整流高压直流侧电压v
H
；
[0006]S2：设置双有源桥DAB变换器电感峰值电流阈值i
Lr,max
，根据不可控整流高压直流侧电压v
H
、低压直流侧电压v
o
与DAB变换器电感峰值电流阈值i
Lr，max
计算双有源桥DAB变换器的原边全桥内移相比β；
[0007]S3：根据双有源桥DAB变换器的原边全桥内移相比β对低压直流侧电容充电；
[0008]S4：设置第一阈值，判断原边全桥内移相比β与第一阈值的大小，若β大于等于第一阈值，则执行S5，否则返回S3；
[0009]S5：根据DAB变换器电感峰值电流阈值i
Lr，max
计算双有源桥变换器DAB的最大外移相比D1；
[0010]S6：根据双有源桥DAB变换器的最大外移相比D1对低压直流侧电容充电；
[0011]S7：设置第二阈值v
o，1
，将低压直流侧电压v
o
与第二阈值进行比较，若低压直流侧电压v
o
大于等于第二阈值，则执行S8，否则返回S6；
[0012]S8：根据DAB变换器电感峰值电流阈值i
Lr,max
计算双有源桥变换器DAB新的最大外移相比D2；
[0013]S9：根据新的最大外移相比D2将低压直流侧电容的能量回馈到高压直流侧电容中；
[0014]S10：设定低压直流侧电压参考值v
o,ref
，判断低压直流侧电压参考值v
o,ref
和低压直流侧电压v
o
的大小，若低压直流侧电压v
o
小于等于低压直流侧电压参考值v
o,ref
，则级联H桥变换器和双有源桥DAB变换器正常运行，否则返回S9。
[0015]优选的，双有源桥DAB变换器的原边全桥内移相比β的过程包括：获取双有源桥DAB变换器的参数，所述参数包括双有源桥DAB变换器的控制频率f
s
、双有源桥DAB变换器的电感峰值电流限制i
Lr，max
、双有源桥DAB变换器中高频变压器的变比n以及高频变压器漏感和辅助电感L
r
；接通电源后测量双有源桥变换器DAB中高压侧直流电压v
H
和低压侧直流电压v
o
；采用原边全桥内移相比计算公式和上述测量或计算得到的参数进行计算，得到双有源桥DAB变换器的原边全桥内移相比β。
[0016]进一步的，原边全桥内移相比计算公式为：
[0017][0018]其中，n表示高频变压器的变比，f
s
表示双有源桥DAB变换器的控制频率，L
r
表示高频变压器漏感与辅助电感之和，i
Lr,max
表示双有源桥DAB变换器的电感峰值电流限制，v
H
表示高压侧直流电压，v
o
表示低压侧直流电压。
[0019]优选的，设置的第一阈值的大小为1。
[0020]优选的，计算双有源桥变换器DAB的最大外移相比D1的过程包括：
[0021]步骤1：获取电力电子变压器的参数，所述参数包括电网电压峰值U
g
，电网电压角频率ω，电力电子变压器级联数N，并网电感L
s
，双有源桥变换器DAB的峰值电流限制i
Lr,max
以及交流侧电流限制为i
s,max
；
[0022]步骤2：根据电力电子变压器的参数，计算双有源桥DAB变换器的最大第一外移相比D
1,1
；
[0023]步骤3：以交流侧电流不过为前提条件，计算高压侧电压最小值v
H,min
；
[0024]步骤4：将高压侧电压最小值v
H,min
带入到交流侧电流时域表达式中，计算交流测电流；
[0025]步骤5：根据交流侧电流计算双有源桥DAB变换器在半个电网周期内从高压侧吸收的最大平均功率P
DAB,max
；
[0026]步骤6：根据高压侧吸收的最大平均功率P
DAB，max
计算双有源桥DAB变换器最大第二外移相比D
1，2
；
[0027]步骤7：选取第一外移相比D
1，1
和第二外移相比D
1，2
的最小值作为双有源桥DAB变换
器的最大外移相比D1。
[0028]进一步的，计算双有源桥变换器DAB的最大外移相比D1的具体公式包括：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于能量回馈的电力电子变压器软启动方法，其特征在于，包括：S1：接通电源，获取电力电子变压器中的级联H桥变换器CHB的不可控整流高压直流侧电压v
H
；S2：设置双有源桥DAB变换器电感峰值电流阈值i
Lr,max
，根据不可控整流高压直流侧电压v
H
、低压直流侧电压v
o
与DAB变换器电感峰值电流阈值i
Lr,max
计算双有源桥DAB变换器的原边全桥内移相比β；S3：根据双有源桥DAB变换器的原边全桥内移相比β对低压直流侧电容充电；S4：设置第一阈值，判断原边全桥内移相比β与第一阈值的大小，若β大于等于第一阈值，则执行S5，否则返回S3；S5：根据DAB变换器电感峰值电流阈值i
Lr,max
计算双有源桥变换器DAB的最大外移相比D1；S6：根据双有源桥DAB变换器的最大外移相比D1对低压直流侧电容充电；S7：设置第二阈值v
o,1
，将低压直流侧电压v
o
与第二阈值进行比较，若低压直流侧电压v
o
大于等于第二阈值，则执行S8，否则返回S6；S8：根据DAB变换器电感峰值电流阈值i
Lr,max
计算双有源桥变换器DAB新的最大外移相比D2；S9：根据新的最大外移相比D2将低压直流侧电容的能量回馈到高压直流侧电容中；S10：设定低压直流侧电压参考值v
o,ref
，判断低压直流侧电压参考值v
o,ref
和低压直流侧电压v
o
的大小，若低压直流侧电压v
o
小于等于低压直流侧电压参考值v
o,ref
，则级联H桥变换器和双有源桥DAB变换器正常运行，否则返回S9。2.根据权利要求1所述的一种基于能量回馈的电力电子变压器软启动方法，其特征在于，计算双有源桥DAB变换器的原边全桥内移相比β的过程包括：获取双有源桥DAB变换器的参数，所述参数包括双有源桥DAB变换器的控制频率f
s
、双有源桥DAB变换器的电感峰值电流限制i
Lr,max
、双有源桥DAB变换器中高频变压器的变比n以及高频变压器漏感和辅助电感L
r
；接通电源后测量双有源桥变换器DAB中高压侧直流电压v
H
和低压侧直流电压v
o
；采用原边全桥内移相比计算公式和上述测量或计算得到的参数进行计算，得到双有源桥DAB变换器的原边全桥内移相比β。3.根据权利要求2所述的一种基于能量回馈的电力电子变压器软启动方法，其特征在于，原边全桥内移相比计算公式为：其中，n表示高频变压器的变比，f
s
表示双有源桥DAB变换器的控制频率，L
r
表示高频变压器漏感与辅助电感之和，i
Lr,max
表示双有源桥DAB变换器的电感峰值电流限制，v
H
表示高压侧直流电压，v
o
表示低压侧直流电压。4.根据权利要求1所述的一种基于能量回馈的电力电子变压器软启动方法，其特征在于，设置的第一阈值的大小为1。5.根据权利要求1所述的一种基于能量回馈的电力电子变压器软启动方法，其特征在于，计算双有源桥变换器DAB的最大外移相比D1的过程包括：
步骤1：获取电力电子变压器的参数，所述参数包括电网电压峰值U
g
，电网电压角频率ω，电力电子变压器级联数N，并网电感L
s
，双有源桥变换器DAB的峰值电流限制i
Lr,max
以及交流侧电流限制为i
s,max
；步骤2：根据电力电子变压器的参数，计算双有源桥DAB变换器的最大第一外移相比D
1,1
；步骤3：以交流侧电流不过为前提...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊飞，聂川杰，严冬，陈晓雷，吴鹏，杨洪宇，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：