一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统包括，根据直流变压器高压环境需求，设置半控型器件组以及具体参数值；根据半控型器件组以及具体参数值，设置至少一个高压型开关电容模块；根据至少一个高压型开关电容模块的一次侧、能量缓冲侧以及二次侧，结合谐振原理，对直流变压器进行控制。该直流变压器拓扑可以实现高变比和高电压下的大功率传输能力，区别于现有基于开关电容直流变压器，采用半控型器件代替了全控型器件，成本低、损耗小；而半控型器件易于串联均压，可以灵活调整器件的数量来适应不同的电压等级；每个模块间相对独立运行，不受参数一致性的影响，灵活可靠。灵活可靠。灵活可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的发展，电网形态正在发生深刻变化。直流电力传输具有功率损耗低、无需无功补偿等优点，在新能源消纳、远距离电能传输等场合具有明显的技术优势，。直流将会广泛存在于未来电网中的发、输、配、用等各个环节。不同直流电压等级和供电环节之间，需要利用直流变压器进行有效连接和功率传输
[0003]目前，国内外学术界与工业界对直流变压器的研究已经日益深入，提出了多种拓扑结构，从技术路线上主要分为隔离型和非隔离型两大类型，隔离型直流变压器，通常利用工频变压器实现一次侧与二次侧的电气隔离和能量传递。该方案需要经过“直
‑
交
‑
直”的多级能量变换，传输效率较低，且体积庞大。
[0004]非隔离型直流变压器，主要采用模块化多电平的结构，省去了交流连接变压器，效率更高，但是非隔离型直流变压器的子模块结构复杂，工作模式繁多，调制方法和控制策略设计难度大，工作可靠性较低，亟需新型可靠的直流变压器。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术提供了一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统，能够解决
技术介绍
中提到的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案，一种组合型高压大容量直流变压器控制方法，包括：
[0009]根据直流变压器高压环境需求，设置半控型器件组以及具体参数值；
[0010]根据所述半控型器件组以及具体参数值，设置至少一个高压型开关电容模块；
[0011]根据至少一个高压型开关电容模块的一次侧、能量缓冲侧以及二次侧，结合谐振原理，对直流变压器进行控制。
[0012]作为本专利技术所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法的一种优选方案，其中：所述具体参数值包括，
[0013]所述至少一个高压型开关电容模块中每个模块独立作业，记整体传输功率为P，输入电压为U
in
，变压器变比为n，所有模块的开关周期为T
s
、谐振周期为T
r
；
[0014]所述开关周期与所述谐振周期满足如下约束条件：
[0015]T
s
‑
T
r
＞2t
q
[0016]其中，t
q
为晶闸管桥臂的关断时间；
[0017]当且仅当所述开关周期与所述谐振周期满足上述约束条件时，所述晶闸管桥臂实现可靠关断。
[0018]作为本专利技术所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法的一种优选方案，其中：所述具体参数值还包括，
[0019]谐振周期的表达式为：
[0020][0021][0022]其中，ω为谐振角频率，L
r
为谐振电感，C
r
谐振电容，谐振电感和谐振电容r的值由谐振角频率计算。
[0023]作为本专利技术所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法的一种优选方案，其中：所述具体参数值还包括，
[0024]当稳态时，流入每个模块输入侧的电流的被均分，直流分量相等，其大小为：
[0025][0026]其中，I
dc
为直流分量大小；
[0027]在前半周期内，每个模块的输入侧向谐振电容释放能量，电容电压下降，其最大电压变化范围表达式为：
[0028][0029]其中，K
i
为开关周期为T
s
与谐振周期为T
r
的比值，K
n
为开关周期为T
s
与谐振周期为T
r
的比值的n倍，n为直流变压器中所含高压型开关电容模块个数，C
i
为一次侧电容，ΔU
ci
为最大电容电压波动值。
[0030]作为本专利技术所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法的一种优选方案，其中：所述具体参数值还包括，
[0031]在后半周期内，每个模块的输出侧向谐振电容吸收能量，电容电压上升，当电压波动值小于百分之ε
i
，则输出电容满足，
[0032][0033]其中，C
n
为输出侧电容值，I
out
为输出直流电容的电流。
[0034]一种组合型高压大容量直流变压器控制系统，其特征在于：包括至少一个高压型开关电容模块，
[0035]所述高压型开关电容模块包括一次侧、能量缓冲侧以及二次侧，所述一次侧由第一开关组与至少一个直流电容组成，所述第一开关组包括至少一个晶闸管以及至少一个二极管；
[0036]所述能量缓冲侧包括至少一个谐振电感与至少一个谐振电容；
[0037]所述二次侧由第二开关组与至少一个直流电容组成，所述第二开关组包括至少一个晶闸管以及至少一个二极管，能量传输方向为一次侧经过能量缓冲侧传输至二次侧。
[0038]作为本专利技术所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统的一种优选方案，其中：所述开关组包括，二极管与晶闸管均包含有至少一个电容与至少一个电阻组成的辅助支路，所述辅助支路用于控制晶闸管的可靠关断。
[0039]作为本专利技术所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统的一种优选方案，其中：所述二极管包括用二极管串联阀等效，所述晶闸管包括用晶闸管串联阀等效，所述二极管串联阀和晶闸管串联阀均包含辅助均压支路，所述辅助均压回路用来实现器件均压以及现晶闸管的可靠关断。
[0040]作为本专利技术所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统的一种优选方案，其中：所述高压型开关电容模块包括，
[0041]记二极管或/和二极管串联阀统为二极管桥臂，记晶闸管或/和晶闸管串联阀统为晶闸管桥臂；
[0042]当直流变压器进行作业时，直流变压器中高压型开关电容模块能量由一次侧向二次侧传输，在一个开关周期的起始时刻，谐振电容的电压小于一次侧电容电压，此时上晶闸管桥臂触发导通；
[0043]当上晶闸管桥臂触发导通，则谐振电容经由一次侧的晶闸管桥臂和二极管桥臂形成充电回路，且谐振电容吸收能量电压从充电回路形成后开始上升。
[0044]作为本专利技术所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统的一种优选方案，其中：所述高压型开关电容模块还包括，
[0045]当谐振电容吸收能量电压上升，则谐振电容电压大于一次侧电容电压，此时谐振电容经由一次侧的二极管桥臂和晶闸管桥臂的均压支路形成反向放电回路；
[0046]当参数满足过阻尼条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合型高压大容量直流变压器控制方法，其特征在于：包括，根据直流变压器高压环境需求，设置半控型器件组以及具体参数值；根据所述半控型器件组以及具体参数值，设置至少一个高压型开关电容模块；根据至少一个高压型开关电容模块的一次侧、能量缓冲侧以及二次侧，结合谐振原理，对直流变压器进行控制。2.如权利要求1所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法，其特征在于：所述具体参数值包括，所述至少一个高压型开关电容模块中每个模块独立作业，记整体传输功率为P，输入电压为U
in
，变压器变比为n，所有模块的开关周期为T
s
、谐振周期为T
r
；所述开关周期与所述谐振周期满足如下约束条件：T
s
‑
T
r
＞2t
q
其中，t
q
为晶闸管桥臂的关断时间；当且仅当所述开关周期与所述谐振周期满足上述约束条件时，所述晶闸管桥臂实现可靠关断。3.如权利要求1或2所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法，其特征在于：所述具体参数值还包括，谐振周期的表达式为：谐振周期的表达式为：其中，ω为谐振角频率，L
r
为谐振电感，C
r
谐振电容，谐振电感和谐振电容r的值由谐振角频率计算。4.如权利要求3所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法，其特征在于：所述具体参数值还包括，当稳态时，流入每个模块输入侧的电流的被均分，直流分量相等，其大小为：其中，I
dc
为直流分量大小；在前半周期内，每个模块的输入侧向谐振电容释放能量，电容电压下降，其最大电压变化范围表达式为：其中，K
i
为开关周期为T
s
与谐振周期为T
r
的比值，K
n
为开关周期为T
s
与谐振周期为T
r
的比值的n倍，n为直流变压器中所含高压型开关电容模块个数，C
i
为一次侧电容，ΔU
ci
为最大电容电压波动值。5.如权利要求4所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法，其特征在于：所述具体参数值还包括，
在后半周期内，每个模块的输出侧向谐振电容吸收能量，电容电压上升，当电压波动值小于百分之ε
i
，则输出电容满足，其中，C
n
为输出侧电容值，I
out
为输出直流电容的电流。6.一种组合型高压大容量直流变压器控制系统，其特征在于：包括至少一个高压型开关电容模块，所述高压型开关电容模块包括一次侧、能量缓冲侧以及二次侧，所述一次侧由第一开关组与至少一个直流电容组成，所述第一开关组包括至少一个晶闸管以及至少一个二极管；所述能量缓冲侧包括至少一个谐振电感...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建文，周剑桥，施刚，姚林朋，杨仁忻，王晗，蔡小龙，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：