一种利用电机驱动器实现直流微网功率迁移的拓扑及方法技术

本发明专利技术为一种利用电机驱动器实现直流微网功率迁移的拓扑及方法，属于智能电网领域，涉及一种迁移功率的拓扑及方法，尤其是涉及一种基于三相电机驱动器实现直流微网功率迁移的拓扑及方法。为了解决双极性直流微电网面临的不对称负载和分布式发电装置造成的电压不平衡问题，本发明专利技术提供了一种使用电机驱动器辅助功率传输的解决方案。连接电机的A相绕组输出端与直流母线电容器的中性点，并用连接器S控制其导通和关断，决定是否进行功率传输。通过预设转子位置、确定控制目标及电流迁移量、控制功率开关器件的占空比，即可实现功率迁移。本发明专利技术降低了电压平衡器的功率要求，降低经济成本和占用空间，功率传输量的计算精度更高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种利用电机驱动器实现直流微网功率迁移的拓扑及方法


[0001]本专利技术属于智能电网领域，涉及一种迁移功率的拓扑及方法，尤其是涉及一种基于三相电机驱动器实现直流微网功率迁移的拓扑及方法。

技术介绍

[0002]随着分布式发电装置的快速发展和直流负载的广泛应用，直流微电网展现出更多的潜在优势。与交流电网相比，直流微电网天然消除了由无功电流引起的棘手问题，易于与分布式发电装置和直流负载连接，不再需要很多的功率变换器，提高了系统的效率和可靠性，并且，同规格的电缆允许更强的电力传输能力。由于这些显著的优点，直流微电网在研究中的使用越来越广泛。根据不同的架构和供电形式，主流的直流微电网主要分为单极性直流微电网和双极性直流微电网。其中双极性直流微电网因具有更多电压等级、更高的效率和可靠性等优点，受到了更广泛的关注。但双极性直流微电网同样也面临着不对称负载和分布式发电装置造成的电压不平衡的挑战。
[0003]为弥补双极性直流微电网的不足之处，需要对其电压进行平衡。文献1[文献1为F.Wang,Z.Lei,X.Xu,and X.Shu,"Topology deduction and analysis of voltage balancers for DC microgrid,"IEEE J.Em.Sel.Top.P.,vol.5,no.2,pp.672
‑
680,Jun.2017.(期刊论文)]使用传统的电压平衡装置实现电压平衡的功能，把电压平衡装置用做功率转移器，通过控制双极性直流微电网的功率流动获得平衡电压或者帮助分配两条母线之间的负载。但这也存在一些问题，包括功率开关数量过多或开关次数过大，导致装置体积与制造成本增加或者开关损耗过大，并且功率开关承受电压较大，导致可能出现击穿现象从而造成不必要的损耗和可靠性的降低。
[0004]因此在电压平衡器的应用中有一些方法来改善这些问题。主要思路是使用不同电压平衡器来改善电压平衡存在的问题，文献2[文献2为X.Zhang and C.Gong,"Dual
‑
buck half
‑
bridge voltage balancer,"IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.60,no.8,pp.3157
‑
3164,Aug.2013.(期刊论文)]使用双降压半桥电压平衡器，使续流电流通过独立的续流二极管而非开关管的体二极管，从而避免开关管的击穿问题，但这增加了电力器件的数量，导致体积和成本增大。文献3[文献3为B.Li,Q.Fu,S.Mao,X.Zhao,D.Xu,X.Gong,and Q.Wang,"DC/DC converter for bipolar LVdc system with integrated voltage balance capability,"IEEE Trans.Power Electron.,vol.36,no.5,pp.5415
‑
5424,May 2021.(期刊文献)]使用集成电压平衡能力的DC/DC转换器来减少了电源开关的数量和开关损耗，虽然在减小体积方面有一定帮助，但还是需要额外的电感来达成电压平衡的目的，这无疑增加了制造成本和制造难度。文献4[文献4为J.Y.Lee,H.S.Kim,and J.H.Jung,"Enhanced dual
‑
active
‑
bridge DC
–
DC converter for balancing bipolar voltage level of DC distribution system,"IEEE Trans.Ind.Electron.,vol.67,no.12,pp.10399
‑
10409,Dec.2020.(期刊文献)]使用双有源桥变换器，使得系统即使在极端情况下也能运转，但是电感会产生较大的电流纹波，并且也是因为需要额外的电感，其电压平衡能力并不是特别
出众。
[0005]交流电机驱动器是双极性直流微电网的重要组成部分并且消耗大量电能，这意味着交流电机驱动器具有高功率密度和功率共享潜力。如果交流电机驱动系统可以分担部分功率转移的任务，那么就不需要额外增加电感，并且电机电感较大，在分担功率转移任务时不会有很大的电流纹波，并且电压平衡能力也会更强，这将减轻电压平衡器的负担，减小体积，降低成本，降低制造难度。所以为了充分利用交流电机驱动器的功率密度和功率传输能力来完成双极性直流微电网的电压平衡任务，电机驱动在电压平衡装置中的应用须考虑在内。

技术实现思路

[0006]为了解决双极性直流微电网目前面临的不对称负载和分布式发电装置造成的电压不平衡问题，通常采用电压平衡装置通过控制双极性直流微电网的功率流动获得平衡电压，或者帮助分配两条母线之间的负载。但这会增加装置体积与制造成本，或者产生不必要的损耗和可靠性降低等问题。本专利技术充分利用交流电机驱动器的功率密度和功率传输能力来完成双极性直流微电网(BDCMG)的电压平衡任务，并提供了一种使用非运行的电机驱动器辅助功率传输的解决方案。电机在非运行状态收到功率迁移任务时，可以闭合连接器改变拓扑结构，作为电压平衡器辅助功率迁移。当收到运行指令或功率迁移任务完成时，可断开连接恢复传统的拓扑结构。本专利技术采用的策略和相应的拓扑结构不需要额外的功率开关器件，并且不影响电机驱动器的正常运行，因为连接器断开后拓扑结构将与传统的相同。从整个BDCMG系统的角度来看，本专利技术不会增加成本和占地面积。相反，通过应用本专利技术来降低电压平衡器的功率要求，一定程度上会节省成本和体积。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008]本专利技术利用非运行电机完成功率迁移任务。电路的拓扑结构如图1(a)所示，连接A相绕组输出端与直流母线电容器的中性点，并用连接器S控制其导通和关断，从而决定是否进行功率传输。若将开关S导通，则将电机驱动器的拓扑结构改变成可实现功率迁移的拓扑结构。其中，L
+
、M、L
‑
分别为双极性直流微网的正极、中性线、负极；C
L1
、C
L2
为上极电容和下极电容，“+”为电容的正极，u
CL1
、u
CL2
为上极、下极电容上的电压；S1‑
S6为功率开关；L
A
、L
B
、L
C
为电机三相绕组；i
A
、i
B
、i
C
分别为电机三相绕组的电流，i
S
表示流过连接器S的电流，i
P
和i
N
表示逆变器的正负输入电流，i
L+
、i
M
、i
L
‑
是从L
+
、M、L
‑
流入驱动器的三个线电流，箭头方向表示电流的正方向。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用电机驱动器实现直流微网功率迁移的拓扑，其特征在于：所述利用电机驱动器实现直流微网功率迁移的拓扑，电机A相绕组连接的上下两桥臂的功率开关分别为S1、S2，B相绕组连接的上下两桥臂的功率开关分别为S3、S4，C相绕组连接的上下两桥臂的功率开关分别为S5、S6，将电机的驱动器挂靠在双直流母线的正负两极，改变连接在双极性直流母线上的三相电机驱动器的拓扑结构：连接A相绕组输出端与直流母线电容器的中性点，并用连接器S控制其导通和关断，从而控制是否进行功率传输。2.一种利用权利要求1所述的利用电机驱动器实现直流微网功率迁移拓扑的方法，其特征在于：电机在非运行状态收到功率迁移任务时，根据功率迁移的方向，预设转子的位置；根据控制目标的不同，计算迁移指定功率的电流值；导通连接器S改变拓扑结构，作为电压平衡器辅助功率迁移，计算需要迁移的电流值，通过对相应功率开关的控制，实现功率迁移；当收到运行指令或功率迁移任务完成时，可断开连接恢复传统的拓扑结构，停止功率传输，并根据剩余能量去向的不同，选择不同的放电回路。3.一种利用权利要求2所述的利用电机驱动器实现直流微网功率迁移的方法，其特征包括下述步骤：步骤1：预设转子位置：功率迁移开始前需要根据功率迁移的方向，预设转子位置；功率迁移的流动方向可分为两大类，即：由上极向下极迁移或由下极向上极迁移；当功率需由上极向下极方向迁移时(i
A
<0)，预设转子位置与定子A向绕组方向相反；当功率需由下极向上极方向迁移时(i
A
>0)，预设转子位置与定子A向绕组方向相同；步骤2：确定控制目标：若要求进行迁移的目标功率为P，考虑迁移过程中的开关损耗和杂散损耗的影响，对具体的迁移任务可细分为如下四种：上极迁出功率P，下极迁入功率P，下级迁出功率P，上极迁入功率P；步骤3：计算控制目标的对应电流值：当迁移目标为：上极向下极迁移功率，上极迁出功率P，则利用公式(1)计算需要迁移的A相电流i
A
：当迁移目标为：上极向下极迁移功率，下极迁入功率P，则利用公式(2)计算需要迁移的A相电流i
A
：当迁移目标为：下极向上极迁移功率，下级迁出功率P，则利用公式(3)计算需要迁移的A相电流i
A
：
当迁移目标为：下极向上极迁移功率，上极迁入功率P，则利用公式(4)计算需要迁移的A相电流i
A
：...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁家栋，孙艺昕，王远航，张思越，焦彦凯，宋宇格，胡义华，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：