变换系统及控制方法技术方案

本申请提供一种变换系统及控制方法，包括N个功率变换器和N个控制器，N个控制器与N个功率变换器一一对应，每个控制器除了能够接收对应的功率变换器的第一端电流和第二端电压之外，还可以接收仅反映变换系统中其他M个功率变换器第二端电压的邻居直流电压信号，并根据接收后的信号对相应的功率变换器进行电压控制。本申请采用全分布式控制无需设置集中控制器，当部分控制器出现故障时，剩余控制器可以继续工作，可靠性更高。另外，每个控制器仅接收相邻功率变换器的电压信号，可以大大减少控制器之间连线数量，进一步提高变换系统的可靠性。此外，没有集中控制器，实现模块化设计，利于变换系统的扩展。于变换系统的扩展。于变换系统的扩展。

【技术实现步骤摘要】
变换系统及控制方法
[0001]本申请要求于2020年08月14日提交中国专利局、申请号为202010816482.3、申请名称为“变换系统及控制方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。


[0002]本申请涉及电力电子
，尤其涉及一种变换系统及控制方法。

技术介绍

[0003]电力电子变换器是一种采用电力电子器件实现电能转换的器件，链式变换器包括多个输入端串联的电力电子变换器(以下称为功率变换器)，由于链式变换器的模块化程度高、可扩展性能好，广泛应用于电力装置，例如：固态变压器(Electronic Power Transformer，简称：EPT)、静止无功补偿器(Static Var Compensator，简称：SVC)和中高电压大功率逆变器。
[0004]链式变换系统一般采用集中式控制或者局部集中式控制，集中式控制由中央控制器采集输入端信号和各个功率变换器的输出端信号，进行运算并向各个功率变换器输出脉冲调制信号(Pulse Width Modulation，简称：PWM)，控制各功率变换器工作。局部集中式控制设有中央控制器和多个本地控制器，一个本地控制器控制一个功率变换器，由中央控制器采集输入端信号和各个功率变换器的输出端信号，进行运算并输出中间控制量，每个本地控制器根据中间控制变量和对应功率变换器的输出端信号生成PWM信号。
[0005]然而，不论集中式控制还是局部集中式控制，都设置有中央控制器控制，若中央控制器出现故障，链式变换器无法继续工作，可靠性低。

技术实现思路

[0006]本申请提供一种变换系统及控制方法，旨在解决现有技术中的上述问题。
[0007]第一方面，本申请提供一种变换系统，包括：
[0008]N个功率变换器，每个功率变换器包括第一端和第二端，N个功率变换器的第一端电性串联耦接，以及
[0009]N个控制器，与N个功率变换器一一对应，每个控制器接收对应的功率变换器的第一端电流和第二端电压，
[0010]其中，至少(N
‑
1)个控制器中的每个控制器均接收仅反映变换系统中其他M个功率变换器第二端电压的邻居直流电压信号，并根据邻居直流电压信号、对应的功率变换器的第一端电流和第二端电压，生成用于控制对应的功率变换器第一端电压的控制信号，N≥3，1≤M≤(N
‑
2)，M和N为整数。
[0011]第二方面，本申请提供一种用于控制变换系统的控制方法，变换系统包括：
[0012]N个功率变换器，每个功率变换器包括第一端和第二端，N个功率变换器的第一端电性串联耦接，以及
[0013]N个控制器，与N个功率变换器一一对应，每个控制器接收对应的功率变换器的第一端电流和第二端电压；
[0014]控制方法包括：
[0015]S1、至少(N
‑
1)个控制器中的每个控制器均接收变换系统中仅反映其他M个功率变换器第二端电压的邻居直流电压信号；以及
[0016]S2、至少(N
‑
1)个控制器中的每个控制器根据邻居直流电压信号、对应的功率变换器的第一端电流和第二端电压，生成用于控制对应的功率变换器第一端电压的控制信号，
[0017]其中，N≥3，1≤M≤(N
‑
2)，M和N为整数。
[0018]本申请提供一种变换系统及控制方法，包括N个功率变换器和N个控制器，N个控制器与N个功率变换器一一对应，每个控制器除了能够接收对应的功率变换器的第一端电流和第二端电压之外，还可以接收仅反映变换系统中其他M个功率变换器第二端电压的邻居直流电压信号，并根据接收后的信号对相应的功率变换器进行电压控制。相较于现有技术，本申请采用全分布式控制，为每个功率变换器设置相应的控制器，无需设置集中控制器，当部分控制器出现故障时，剩余控制器可以继续工作，可靠性更高。另外，每个控制器仅接收相邻功率变换器的电压信号，可以大大减少控制器之间连线数量，进一步提高变换系统的可靠性性。此外，没有集中控制器，实现模块化设计，利于变换系统的扩展。
附图说明
[0019]图1为现有技术中链式变换器采用集中式控制的结构示意图；
[0020]图2为现有技术中链式变换器采用局部集中式控制的结构示意图；
[0021]图3A为本申请提供的变换系统的一种主电路结构示意图；
[0022]图3B为本申请提供的变换系统的另一种主电路结构示意图；
[0023]图4为本申请实施例一提供的变换系统的结构示意图；
[0024]图5为本申请实施例二提供的具有单向环型网式信息传输结构的变换系统的结构示意图；
[0025]图6为本申请实施例二提供的具有双向环型网式信息传输结构的变换系统的结构示意图；
[0026]图7为本申请实施例三提供的具有链式生成树信息传输结构的变换系统的结构示意图；
[0027]图8为本申请实施例三提供的具有广播式生成树信息传输结构的变换系统的结构示意图；
[0028]图9为本申请实施例四提供的一种指令生成单元的控制原理示意图；
[0029]图10为本申请实施例四提供的另一种指令生成单元的控制原理示意图；
[0030]图11为本申请实施例五提供的另一种指令生成单元的部分控制原理示意图；
[0031]图12为本申请实施例五提供的一种差模电压环的控制原理示意图；
[0032]图13为本申请实施例五提供的另一种差模电压环的控制原理示意图；
[0033]图14为本申请实施例五提供的另一种差模电压环的控制原理示意图；
[0034]图15为本申请实施例六提供的控制方法的流程示意图；
[0035]图16为本申请提供的变换系统中各个功率变换器的桥臂电压、直流链电容的电压
以及第一端电流的示意图；
[0036]图17为本申请提供的变换系统中各个功率变换器的桥臂电压的差模分量、直流链电容的电压的差模分量的示意图；
[0037]图18为对比实施例的均压效果示意图；
[0038]图19为本申请实施例的均压效果示意图；
[0039]图20为本申请实施例中各个控制器的PWM载波示意图；
[0040]图21为本申请实施例五提供的另一种指令生成单元的部分控制原理示意图。
具体实施方式
[0041]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
[0042]电力电子变换器是一种采用电力电子器件实现电能转换的器件，链式变换系统包括多个输入端串联的电力电子变换器(以下称为功率变换器)。由于链式变换系统的模块化程度高、可扩展性能好，因此被广泛应用于电力装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变换系统，其特征在于，包括：N个功率变换器，每个所述功率变换器包括第一端和第二端，所述N个功率变换器的所述第一端电性串联耦接，以及N个控制器，与所述N个功率变换器一一对应，每个所述控制器接收对应的功率变换器的第一端电流和第二端电压，其中，至少(N
‑
1)个所述控制器中的每个控制器均接收仅反映所述变换系统中其他M个所述功率变换器第二端电压的邻居直流电压信号，并根据所述邻居直流电压信号、所述对应的功率变换器的第一端电流和第二端电压，生成用于控制对应的功率变换器所述第一端电压的控制信号，N≥3，1≤M≤(N
‑
2)，M和N为整数。2.根据权利要求1所述的变换系统，其特征在于，所述N个控制器之间的信息传输结构为平衡图。3.根据权利要求2所述的变换系统，其特征在于，所述平衡图为单向环型网或者双向环型网。4.根据权利要求1所述的变换系统，其特征在于，所述N个控制器之间的信息传输结构为生成树。5.根据权利要求4所述的变换系统，其特征在于，所述生成树为链式或广播式。6.根据权利要求4所述的变换系统，其特征在于，所述N个控制器包括(N
‑
1)个控制器和第1个控制器，所述(N
‑
1)个控制器中的每个控制器包括：计算单元，用于根据所述邻居直流电压信号和所述对应的功率变换器的第二端电压计算得到局部共模信号；指令生成单元，用于根据所述局部共模信号、所述对应的功率变换器的第一端电流和第二端电压生成控制指令；以及调制单元，用于对所述控制指令进行调制处理生成所述控制信号，所述第1个控制器包括：指令生成单元，用于根据所述对应的功率变换器的第一端电流和第二端电压生成控制指令；以及调制单元，用于对所述控制指令进行调制处理生成所述控制信号。7.根据权利要求6所述的变换系统，其特征在于，所述(N
‑
1)个控制器中的所述指令生成单元包括：共模电压环，用于根据所述局部共模信号和预设电压参考值生成给定信号；电流环，用于根据预设电流参考值、所述给定信号和所述对应的功率变换器的第一端电流生成共模指令；差模电压环，用于根据所述局部共模信号、所述对应的功率变换器的第二端电压和第一端电流生成差模指令；以及指令合成单元，用于对所述共模指令和所述差模指令进行运算并生成所述控制指令，所述第1个控制中的所述指令生成单元包括：共模电压环，用于根据对应的功率变换器的第二端电压和预设电压参考值生成给定信号；
电流环，用于根据预设电流参考值、所述给定信号和所述对应的功率变换器的第一端电流生成共模指令；差模电压环，用于根据所述对应的功率变换器的第二端电压和第一端电流生成差模指令；以及指令合成单元，用于对所述共模指令和所述差模指令进行运算并生成所述控制指令。8.根据权利要求2所述的变换系统，其特征在于，所述N个控制器中的每个控制器包括：计算单元，用于根据所述邻居直流电压信号和所述对应的功率变换器的第二端电压计算得到局部共模信号；指令生成单元，用于根据所述局部共模信号、所述对应的功率变换器的第一端电流和第二端电压生成控制指令；以及调制单元，用于对所述控制指令进行调制处理生成所述控制信号。9.根据权利要求8所述的变换系统，其特征在于，所述指令生成单元包括：共模电压环，用于根据所述局部共模信号和预设电压参考值生成给定信号；电流环，用于根据预设电流参考值、所述给定信号和所述对应的功率变换器的第一端电流生成共模指令；差模电压环，用于根据所述局部共模信号、所述对应的功率变换器的第二端电压和第一端电流生成差模指令；以及指令合成单元，用于对所述共模指令和所述差模指令进行运算并生成所述控制指令。10.根据权利要求7或9所述的变换系统，其特征在于，所述共模电压环根据所述局部共模信号、预设电压参考值和所述对应的功率变换器第一端的有功电流前馈量生成所述给定信号。11.根据权利要求10所述的变换系统，其特征在于，所述共模电压环包括：第一减法器，用于将所述预设电压参考值减去所述局部共模信号得到第四中间变量；第一比例单元，用于根据第一比例系数对所述第四中间变量进行比例控制得到第五中间变量；第二比例单元，用于根据第二比例系数对所述第四中间变量进行比例控制得到第十一中间变量；第六减法器，用于将局部共模积分信号减去本地积分信号得到积分误差；第三比例单元，用于根据第三比例系数对所述积分误差进行比例控制得到第十二中间变量；第三加法器，用于将所述第十二中间变量和所述第十一中间变量相加后得到第十三中间变量；积分单元，用于对所述第十三中间变量进行积分控制得到所述本地积分信号；第一加法器，用于将所述第五中间变量、所述对应的功率变换器第一端的有功电流前馈量以及所述本地积分信号相加得到所述给定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红，陶勇，陆城，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：