固态变压器及其母线电压均衡方法技术

提供一种固态变压器及其母线电压均衡方法，该固态变压器可包括多个级联模块(M1

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固态变压器及其母线电压均衡方法


[0001]本申请涉及电力电子
，尤其涉及一种固态变压器及其母线电压均衡方法。

技术介绍

[0002]为了克服供配电系统中传统电力变压器的体积过大、无法稳定输出电压以及无法改善电能质量的问题，固态变压器(solid state transformer，SST)由于其体积小，可以维持输出电压的稳定以及改善输入侧的功率因数和电流谐波指标的特点，代替了供配电系统中的传统电力变压器，具有较大的发展潜力。
[0003]目前，固态变压器的输入是电压等级高的中高压电网，由于现有的电力电子器件不能满足其电压等级的要求，因此一般会采用多模块级联的方式来解决单个模块电压等级不足的问题。然而，由于固态变压器中各模块的器件参数存在差异(如电容参数、驱动参数或者负载大小不同)，会导致各模块启动过程中的母线电压不平衡，从而导致了各模块的控制电源系统工作异常(如频繁的起、停)，甚至还会导致母线电压过压失效以使固态变压器无法正常工作。这时，如图1所示，可采用能量双向流动的直流(direct current，DC)/DC拓扑结构实现模块之间的母线电压均衡，但是成本较高，且在固态变压器不能正常工作时无法实现模块之间的母线电压均衡，适用性低。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种固态变压器及其母线电压均衡方法，可通过母线电压均衡模块去均衡各级联模块的母线电压，成本低，适用性强。
[0005]第一方面，本申请提供了一种固态变压器，该固态变压器可包括多个级联模块以及母线电压均衡模块。其中，各级联模块的输入端串联，各级联模块的输出端并联作为固态变压器的并联输出端，该级联模块中可包括母线电容(如直流母线上相互串联的所有电容)。母线电压均衡模块并联于固态变压器的并联输出端，换言之，多个级联模块共用一个母线电压均衡模块。其中，母线电压均衡模块中可包括负载和/或开关器件和/或其它器件。该母线电压均衡模块用于消耗各级联模块中母线电容的部分能量，以均衡各级联模块的母线电压(即各级联模块的母线电压一致或者相同)。本申请可以将各级联模块中的母线电容的两端电压称之为各级联模块的母线电压。在本申请中，可通过母线电压均衡模块消耗各级联模块中母线电容的部分能量，从而可以使各级联模块的母线电压达到均衡，成本更低，适用性更强。
[0006]结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，上述母线电压均衡模块可包括负载，该负载可并联于固态变压器的并联输出端以消耗各级联模块中母线电容的部分能量。换句话说，可在该固态变压器的并联输出端添加负载，以使该负载消耗各级联模块中母线电容的部分能量，从而实现各级联模块的母线电压均衡，成本更低，适用性更强。
[0007]结合第一方面或者第一方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式
中，上述各级联模块中还可包括模块控制器。任一级联模块中的模块控制器用于在任一级联模块中母线电容的两端电压大于母线参考电压时，将母线电容中除母线参考电压对应的能量之外的部分能量泄放到负载。其中，母线参考电压为各级联模块的母线电压的母线电压均值，或者各级联模块的母线电压中的最小母线电压，或者由各级联模块的母线电压确定的其它母线电压值。在本申请提供的固态变压器中，可通过模块控制器将母线电容中过剩的部分能量泄放到负载，从而可实现各级联模块的母线电压均衡，成本更低，适用性更强。
[0008]结合第一方面或者第一方面第一种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，各级联模块中还包括模块控制器。各级联模块的模块控制器用于基于各级联模块的母线电压，将各级联模块中母线电容的部分能量泄放到负载。其中，多个级联模块中的第一级联模块中母线电容所泄放的部分能量大于或者等于多个级联模块中的第二级联模块中母线电容所泄放的部分能量，第一级联模块的母线电压大于第二级联模块的母线电压。换言之，母线电压较高的级联模块(如上述第一级联模块)中母线电容所泄放的部分能量大于或者等于母线电压较低的级联模块(如上述第二级联模块)中母线电容所泄放的部分能量。在本申请提供的固态变压器中，可通过各模块控制器将各级联模块中母线电容的部分能量泄放到负载，以实现各级联模块的母线电压均衡，成本更低，适用性更强。
[0009]结合第一方面第二种可能的实施方式或者第一方面第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，上述母线电压均衡模块还可包括开关器件，开关器件和负载可串联后并联于固态变压器的并联输出端，换言之，在固态变压器的并联输出端添加包括开关器件和负载的串联支路。各级联模块中的模块控制器还用于在将各级联模块中母线电容的部分能量泄放到负载之前，导通开关器件。可以理解，各级联模块的模块控制器用于基于各级联模块的母线电压，导通开关器件，并将各级联模块中母线电容的部分能量泄放到负载。在本申请提供的固态变压器中，可导通开关器件，将各级联模块中母线电容的部分能量泄放到负载，从而可均衡各级联模块的母线电压以使固态变压器正常工作，并且可提高母线电压均衡的效率，成本更低，适用性更强。
[0010]第二方面，本申请提供了一种固态变压器，该固态变压器可包括多个级联模块和多个母线电压均衡模块。其中，各级联模块的输入端串联，各级联模块的输出端并联作为固态变压器的并联输出端，多个级联模块中一个级联模块的母线电容上可直接或者间接挂接一个母线电压均衡模块，即一个级联模块对应一个母线电压均衡模块。上述各母线电压均衡模块可用于消耗各级联模块中母线电容的部分能量，以均衡各级联模块的母线电压。在本申请中，可通过各母线电压均衡模块消耗各级联模块中母线电容的部分能量，从而可以使各级联模块的母线电压达到均衡，成本更低，适用性更强。
[0011]结合第二方面，在第一种可能的实施方式中，多个级联模块中任一级联模块中还包括控制电源，任一级联模块中的母线电压均衡模块可通过任一级联模块中的控制电源间接挂接至任一级联模块的母线电容。这里任一级联模块中的控制电源可从任一级联模块的母线电容上取电。
[0012]结合第二方面或者第二方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，各级联模块中还包括模块控制器，母线电压均衡模块可由负载和开关器件串联组成。任一级联模块中的模块控制器用于在任一级联模块中母线电容的两端电压大于母线参考电
压时，导通开关器件，并将母线电容中除母线参考电压对应的能量之外的部分能量泄放至负载。其中，母线参考电压为各级联模块的母线电压的母线电压均值，或者各级联模块的母线电压中的最小母线电压，或者由各级联模块的母线电压确定的其它母线电压值。在本申请提供的固态变压器中，可通过任一模块控制器将母线电容中过剩的部分能量泄放到任一级联模块对应的负载中，从而可实现各级联模块的母线电压均衡，成本更低，适用性更强。
[0013]结合第二方面或者第二方面第一种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，各级联模块中还包括模块控制器，母线电压均衡模块由负载和开关器件串联组成。各级联模块的模块控制器用于基于各级联模块的母线电压，导通各级联模块中的开关器件，并将各级联模块中母线电容的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种固态变压器，其特征在于，所述固态变压器包括多个级联模块和母线电压均衡模块，各级联模块的输入端串联，所述各级联模块的输出端并联作为所述固态变压器的并联输出端，所述母线电压均衡模块并联于所述固态变压器的并联输出端；所述母线电压均衡模块用于消耗所述各级联模块中母线电容的部分能量，以均衡所述各级联模块的母线电压。2.根据权利要求1所述的固态变压器，其特征在于，所述母线电压均衡模块包括负载，所述负载并联于所述固态变压器的并联输出端以消耗所述各级联模块中母线电容的部分能量。3.根据权利要求1或2所述的固态变压器，其特征在于，所述各级联模块中还包括模块控制器；任一级联模块中的模块控制器用于在所述任一级联模块中母线电容的两端电压大于所述母线参考电压时，将所述母线电容中除所述母线参考电压对应的能量之外的部分能量泄放到所述负载；其中，所述母线参考电压为所述各级联模块的母线电压的母线电压均值，或者所述各级联模块的母线电压中的最小母线电压。4.根据权利要求1或2所述的固态变压器，其特征在于，所述各级联模块中还包括模块控制器；所述各级联模块的模块控制器用于基于所述各级联模块的母线电压，将所述各级联模块中母线电容的部分能量泄放到所述负载；其中，所述多个级联模块中的第一级联模块中母线电容所泄放的部分能量大于或者等于所述多个级联模块中的第二级联模块中母线电容所泄放的部分能量，所述第一级联模块的母线电压大于所述第二级联模块的母线电压。5.根据权利要求3或4所述的固态变压器，其特征在于，所述母线电压均衡模块还包括开关器件，所述开关器件和所述负载串联；所述各级联模块中的模块控制器还用于在将所述各级联模块中母线电容的部分能量泄放到所述负载之前，导通所述开关器件。6.一种固态变压器，其特征在于，所述固态变压器包括多个级联模块和多个母线电压均衡模块，各级联模块的输入端串联，所述各级联模块的输出端并联作为所述固态变压器的并联输出端，所述多个级联模块中一个级联模块的母线电容上挂接一个所述母线电压均衡模块；各母线电压均衡模块用于消耗所述各级联模块中母线电容的部分能量，以均衡所述各级联模块的母线电压。7.根据权利要求6所述的固态变压器，其特征在于，所述多个级联模块中任一级联模块中还包括控制电源，所述任一级联模块中的母线电压均衡模块通过所述任一级联模块中的控制电源挂接至所述任一级联模块的母线电容。8.根据权利要求6或7所述的固态变压器，其特征在于，所述各级联模块中还包括模块控制器，所述母线电压均衡模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒州，任标，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：