一种适用于双压制式的辅助变流器及其控制方法技术

本发明专利技术实施例涉及一种适用于双压制式的辅助变流器及其控制方法，所述辅助变流器包括：预充电单元，A路单元模块，B路单元模块和SIV逆变单元。通过本发明专利技术提供的辅助变流器及其控制方法，可以实现对两个电压制式的DC

【技术实现步骤摘要】
一种适用于双压制式的辅助变流器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及轨道交通
，尤其涉及一种适用于双压制式的辅助变流器及其控制方法。

技术介绍

[0002]城轨车辆中常采用DC1500V和DC750V两种直流电压制式，一般来说两个电压制式下的辅助变流器并不能通用，因为他们功率器件的电压等级甚至电路拓扑都不尽相同。目前主流的辅助变流器拓扑结构分为两种，一种为单级三相逆变拓扑，即将电网的直流电压直接逆变为AC380V的交流电，该种拓扑由于工频变压器的存在，使得整机的体积和重量较大，功率密度低。此外，单级三相逆变拓扑应用在不同电压制式场合时，需要更换不同耐压等级的开关器件以及不同变比的工频变压器，通用性低。另一种为两级式结构，主要体现为前级DC
‑
DC电路级联三相逆变电路，前级DC
‑
DC电路将电网的直流电压变换为某一中压电压，后级三相逆变电路再逆变为AC380V的交流电。同时，前级DC
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DC电路采用高频隔离变压器替代了传统工频变压器，使得整个系统的体积和重量得到大幅度提优化，但当前采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于双压制式的辅助变流器，其特征在于，所述辅助变流器包括：预充电单元，A路单元模块，B路单元模块和SIV逆变单元；所述预充电单元的输入端连接所述辅助变流器的直流输入电压的正极，输出端分别连接所述A路单元模块和所述B路单元模块；所述预充电单元用于根据所述直流输入电压分别对所述A路单元模块和所述B路单元模块进行预充电；所述直流输入电压的电压制式包括第一直流电压制式和第二直流电压制式；所述A路单元模块和所述B路单元模块的输出正负极均与所述SIV逆变单元的输入正负极连接；所述A路单元模块和所述B路单元模块用于在不同电压制式下，根据各自模块内部的变换开关单元的接触器开关状态设置情况调整各自模块内部LLC高频隔离单元的串/并联结构，并通过各自模块内部的三电平升压斩波单元对所述直流输入电压进行指定升压，并通过各自模块内部的串/并联LLC高频隔离单元基于升压电压进行电压转换，并将转换电压向所述SIV逆变单元输出；所述SIV逆变单元用于对输入的直流电压进行交流电转换，并向外输出指定交流电压。2.根据权利要求1所述的适用于双压制式的辅助变流器，其特征在于，所述A路单元模块包括三电平升压斩波单元1，变换开关单元1，LLC高频隔离单元1和LLC高频隔离单元2；所述三电平升压斩波单元1的输入正极连接所述预充电单元的输出端，输出正极连接所述LLC高频隔离单元1的输入正极，输出负极连接所述LLC高频隔离单元2的输入负极；所述LLC高频隔离单元1的输入负极连接所述变换开关单元1；所述LLC高频隔离单元2的输入正极连接所述变换开关单元1；所述LLC高频隔离单元1、2的输出正负极分别连接所述SIV逆变单元的输入正负极；所述B路单元模块包括三电平升压斩波单元2，变换开关单元2，LLC高频隔离单元3和LLC高频隔离单元4；所述三电平升压斩波单元2的输入正极连接所述预充电单元的输出端，输出正极连接所述LLC高频隔离单元3的输入正极，输出负极连接所述LLC高频隔离单元4的输入负极；所述LLC高频隔离单元3的输入负极连接所述变换开关单元2；所述LLC高频隔离单元4的输入正极连接所述变换开关单元2；所述LLC高频隔离单元3、4的输出正负极分别连接所述SIV逆变单元的输入正负极。3.根据权利要求2所述的适用于双压制式的辅助变流器，其特征在于，所述A路单元模块和所述B路单元模块电路结构一致；所述三电平升压斩波单元1、2电路结构一致，均由1个升压电感、4个功率模块和2个直流支撑电容构成；所述LLC高频隔离单元1、2、3、4电路结构一致，均由4个功率模块，1个谐振电容，1个高频隔离变压器和4个整流二极管构成；所述变换开关单元1、2电路结构一致，均由3个接触器构成。4.根据权利要求2所述的适用于双压制式的辅助变流器，其特征在于，所述预充电单元具体用于在进行预充电时，根据所述直流输入电压对所述A路单元模块的所述三电平升压斩波单元1进行预充电，并根据所述直流输入电压对所述B路单元模块的所述三电平升压斩波单元2进行预充电。5.根据权利要求2所述的适用于双压制式的辅助变流器，其特征在于，当所述直流输入电压的电压制式为第一直流电压制式时，所述A路单元模块的所述变换开关单元1用于设置内部接触器开关状态为第一状态，使得所述LLC高频隔离单元1、2为串联结构；所述三电平升压斩波单元1用于对所述直流输入电压进行升压处理，将输出电压
升至指定的第一升压电压；所述LLC高频隔离单元1、2用于对所述第一升压电压进行串联分压，并基于各自获得的分压进行电压转换，并将各自的转换电压向所述SIV逆变单元输出；所述B路单元模块的所述变换开关单元2用于设置内部接触器开关状态为第一状态，使得所述LLC高频隔离单元3、4为串联结构；所述三电平升压斩波单元2用于对所述直流输入电压进行升压处理，将输出电压升至所述第一升压电压；所述LLC高频隔离单元3、4用于对所述第一升压电压进行串联分压，并基于各自获得的分压进行电压转换，并将各自的转换电压向所述SIV逆变单元输出；当所述直流输入电压的电压制式为第二直流电压制式时，所述A路单元模块的所述变换开关单元1用于设置内部接触器开关状态为第二状态，使得所述LLC高频隔离单元1、2为并联结构；所述三电平升压斩波单元1用于对所述直流输入电压进行升压处理，将输出电压升至指定的第二升压电压；并联的所述LLC高频隔离单元1、2基于所述第二升压电压进行电压转换，并将各自的转换电压向所述SIV逆变单元输出；所述B路单元模块的所述变换开关单元2用于设置内部接触器开关状态为第二状态，使得所述LLC高频隔离单元3、4为并联结构；所述三电平升压斩波单元2用于对所述直流输入电压进行升压处理，将输出电压升至所述第二升压电压；并联的所述LLC高频隔离单元3、4基于所述第二升压电压进行电压转换，并将各自的转换电压向所述SIV逆变单元输出；其中，第二升压电压＝第一升压电压/2。6.一种对权利要求1
‑
5任一项所述的适用于双压制式的辅助变流器的控制方法，所述辅助变流器包括A路单元模块和B路单元模块，所述A路单元模块包括三电平升压斩波单元1、变换开关单元1、LLC高频隔离单元1和LLC高频隔离单元2，所述B路单元模块包括三电平升压斩波单元2、变换开关单元2、LLC高频隔离单元3和LLC高频隔离单元4；其特征在于，所述方法包括：根据辅助变流器直流输入电压的电压制式对所述变换开关单元1、2内部的接触器开关状态进行设置；当所述电压制式为第一直流电压制式时，将所述变换开关单元1、2内部的接触器开关状态设为第一状态，使所述LLC高频隔离单元1、2呈串联结构，且所述LLC高频隔离单元3、4呈串联结构；当所述电压制式为第二直流电压制式时，将所述变换开关单元1、2内部的接触器开关状态设为第二状态，使所述LLC高频隔离单元3、4呈并联结构，且所述LLC高频隔离单元3、4呈并联结构；在不同电压制式下，根据所述A、B路单元模块对应的三电平升压斩波单元的输入电流、输出电压和对应的2个LLC高频隔离单元的输出电流、输出电压，对所述A、B路单元模块中的各个功率模块进行控制信号设置。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述变换开关单元1包括接触器K1、K2、K3，所述变换开关单元2包括接触器K4、K5、K6；当所述变换开关单元1、2内部的接触器开关状态为第一状态时，所述接触器K1、K3、K4、K6为断开状态，所述接触器K2、K5为闭合状态；当所述变换开关单元1、2内部的接触器开关状态为第二状态时，所述接触器K1、K3、K4、K6为闭合状态，所述接触器K2、K5为断开状态。8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述三电平升压斩波单元1具体包括升压电感L1，功率模块IPM1、IPM2、IPM3、和IPM4，直流支撑电容C1和C2；所述功率模块IPM1、IPM2、IPM3、和IPM4的控制信号分别为控制信号G1、G2、G3和G4；
所述LLC高频隔离单元1包括功率模块IPM5、IPM6、IPM7和IPM8；所述功率模块IPM5、IPM6、IPM7和IPM8的控制信号分别为控制信号G5、G6、G7和G8；所述LLC高频隔离单元2包括功率模块IPM9、IPM
10
、IPM
11
和IPM
12
；所述功率模块IPM9、IPM
10
、IPM
11
和IPM
12
的控制信号分别为控制信号G9、G
10
、G
11
和G
12
；所述三电平升压斩波单元2包括升压电感L2，功率模块IPM
13
、IPM
14
、IPM
15
、和IPM
16
，直流支撑电容C3和C4；所述功率模块IPM
13
、IPM
14
、IPM
15
、和IPM
16
的控制信号分别为控制信号G
13
、G
14
、G
15
和G
16
；所述LLC高频隔离单元3包括功率模块IPM
17
、IPM
18
、IPM
19
和IPM
20
；所述功率模块IPM
17
、IPM
18
、IPM
19
和IPM
20
的控制信号分别为控制信号G
17
、G
18
、G
19
和G
20
；所述LLC高频隔离单元4包括功率模块IPM
21
、IPM
22
、IPM
23
和IPM
24
；所述功率模块IPM
21
、IPM
22
、IPM
23
和IPM
24
的控制信号分别为控制信号G
21
、G
22
、G
23
和G
24
；当所述电压制式为第一直流电压制式时，所述三电平升压斩波单元1的输入电流为所述升压电感L1的升压电感电流记为电流I
11
，所述LLC高频隔离单元1的输出电流记为电流I
12
，所述LLC高频隔离单元2的输出电流记为电流I
13
，所述三电平升压斩波单元2的输入电流为所述升压电感L2的升压电感电流记为电流I
14
，所述LLC高频隔离单元3的输出电流记为电流I
15
，所述LLC高频隔离单元4的输出电流记为电流I
16
；所述三电平升压斩波单元1的输出电压包括所述直流支撑电容C1、C2的输出电压分别记为电压U
11
、电压U
12
,所述三电平升压斩波单元2的输出电压包括所述直流支撑电容C3、C4的输出电压分别记为电压U
13
、电压U
14
，所述LLC高频隔离单元1
‑
4的输出电压记为电压U
15
；当所述电压制式为第二直流电压制式时，所述三电平升压斩波单元1的输入电流为所述升压电感L1的升压电感电流记为电流I
21
，所述LLC高频隔离单元1的输出电流记为电流I
22
，所述LLC高频隔离单元2的输出电流记为电流I
23
，所述三电平升压斩波单元2的输入电流为所述升压电感L2的升压电感电流记为电流I
24
，所述LLC高频隔离单元3的输出电流记为电流I
25
，所述LLC高频隔离单元4的输出电流记为电流I
26
；所述三电平升压斩波单元1的输出电压包括所述直流支撑电容C1、C2的输出电压分别记为电压U
21
、电压U
22
,所述三电平升压斩波单元2的输出电压包括所述直流支撑电容C3、C4的输出电压分别记为电压U
23
、电压U
24
；所述LLC高频隔离单元1
‑
4的输出电压记为电压U
25
。9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，当所述电压制式为第一直流电压制式时，所述根据所述A、B路单元模块对应的三电平升压斩波单元的输入电流、输出电压和对应的2个LLC高频隔离单元的输出电流、输出电压，对所述A、B路单元模块中的各个功率模块进行控制信号设置，具体包括：将预设的三角波发生器1的输出信号作为第一三角波信号；将预设的三角波发生器2的输出信号作为第二三角波信号；根据所述LLC高频隔离单元1、2的开关频率构建比较信号Con
11
、Con
12
；根据所述LLC高频隔离单元3、4的开关频率构建比较信号Con
13
、Con
14
；根据电流I
12
+I
13
，构建电压下垂曲线得到参考电压U
ref11
；根据电流I
15
+I
16
，构建电压下垂曲线得到参考电压U
ref12
；设置所述控制信号G1‑
G4，具体为将U
ref11
‑
U
15
输入预设的PID控制器1进行第一控制计算，并通过预设的限幅器1...

【专利技术属性】
技术研发人员：何俊鹏，李文慧，张润泽，毕京斌，夏猛，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：