【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子变压器领域，具体为一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法。
技术介绍
1、在汽车交通领域，增大电动汽车在汽车行业的渗透率已是大势所趋。但由于电动汽车持有量的大量增加，对充电站数量及功率的需求也大幅提高，集中式的兆瓦级中压大功率超级充电站的建设陆续出台。该超级充电站将直接接入中压交流(medium voltageac，mvac)电网，并通过电力电子装置变换得到低压直流(low voltage dc，lvdc)母线，各充电桩接入lvdc母线给电动汽车充电。同时，在数据中心领域，人工智能和大数据的发展也促成了其对大功率供电的需求。大功率的数据中心供电系统，同样也需要从mvac到lvdc的变换装置。在不同的mvac-lvdc系统方案中，采用电力电子变压器(solid statetransformer，sst)替换传统工频变压器的方案，可以带来效率和体积上的提升，得到了国内外的广泛研究。而在sst方案中，基于模块化多电平变换器(modular multilevelconverter，mmc)的sst，具有两级式解耦结构、高频变压器数量少、模块化等优点，是一种很有潜力的选择。
2、不论是在超级充电站还是大功率数据中心供电系统，变换器的效率都是极为重要的指标，直接影响到系统的长期运营成本。现有关于sst的研究通常只关注其在额定负载或者重载时的效率。但在实际应用中，sst并不总是工作在重载，随着负载需求的变化，sst也会运行在中载或者轻载，此时sst的效率会大幅下降，非常不利于系统的收益。综合而言，
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术以基于模块化多电平变换器的电力电子变压器(以下称为mmc-sst)为对象，提出了一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，该方法可以在不影响变换器重载效率的前提下，实现变换器在中载和轻载效率的提升。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术提供一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，包括：
4、s1：在零到额定功率的全功率范围内设定k个功率阈值点，相对应的设定k+1个直流母线电压参考值；
5、s2：采样当前时刻的负载功率p(j)；
6、s3：判断当前的负载功率p(j)是否满足prefi<p(j)<prefi+1，若满足则进行s4，否则进行s5；
7、s4：直流母线电压保持在参考值vrefi+1不变，所有连接半桥模块的开关器件不动作，系统维持正常运行；
8、s5：判断p(j)是否满足p(j)<prefi，若满足则进行s6，否则进行s7；
9、s6：直流母线电压将由前级mmc控制开始从vrefi+1逐渐斜坡减小到vrefi，将处于投入状态的连接半桥模块中的一个连接半桥模块转为切除控制；
10、s7：直流母线电压将由前级mmc控制开始从vrefi+1逐渐斜坡增大到vrefi+2，将处于切除状态的连接半桥模块中的一个连接半桥模块转为投入控制。
11、作为本专利技术进一步改进，所述直流母线电压的最大参考值为直流母线电压额定值vhdcn＝vrefk+1，其和m个idc的输入电压vc1～vcm之间满足：
12、
13、相邻的两个直流母线电压参考值之间满足：
14、
15、作为本专利技术进一步改进，所述采样当前时刻的负载功率p(j)之前还包括：
16、假设前一时刻的负载功率p(j-1)处于两个相邻功率阈值点之间，满足prefi<p(j-1)<prefi+1，i＝1,2,…,k-1，系统处于正常运行状态。
17、作为本专利技术进一步改进，转为切除控制后，一个隔离dc模块将被逐渐切除，系统重新达到新的运行点，直流母线电压将稳定在新的参考值vrefi，连接半桥不再动作；转为投入控制后，一个隔离dc模块将被逐渐投入，系统重新达到新的运行点，直流母线电压将稳定在新的参考值vrefi+2，连接半桥不再动作。
18、作为本专利技术进一步改进，所述切除控制包括：
19、s61：直流母线电压vhdc将随着时间t逐渐从vrefi+1斜坡减小到vrefi；
20、s62：进入切除控制的一个连接半桥模块的上管占空比d，跟随直流母线电压vhdc同步变化；
21、s63：当vhdc减小到vrefi，连接半桥模块上管占空比d减小到0，完成切除控制。
22、作为本专利技术进一步改进，所述直流母线电压vhdc将随着时间t逐渐从vrefi+1斜坡减小到vrefi，满足：
23、
24、式中，ts代表切除过程的时间。
25、作为本专利技术进一步改进，所述连接半桥模块的上管占空比d满足：
26、
27、该连接半桥模块的下管始终保持和上管互补导通，而系统中其他连接半桥模块的占空比维持在1或者0不变。
28、作为本专利技术进一步改进，所述投入控制包括：
29、s71：此时直流母线电压vhdc将随着时间t逐渐从vrefi+1斜坡增大到vrefi+2；
30、s72：同时地，进入投入控制的一个连接半桥模块的上管占空比d，跟随直流母线电压vhdc同步变化；
31、s73：当vhdc增大到vrefi，连接半桥模块上管占空比d增大到1，完成投入控制。
32、作为本专利技术进一步改进，所述直流母线电压vhdc将随着时间t逐渐从vrefi+1斜坡增大到vrefi+2，满足：
33、
34、式中，ts代表投入过程的时间。
35、作为本专利技术进一步改进，所述连接半桥模块的上管占空比d满足：
36、
37、该连接半桥模块的下管始终保持和上管互补导通，而系统中其他连接半桥模块的占空比维持在1或者0不变。
38、与现有技术相比，此处对本专利技术方法总结如下：
39、本专利技术方法利用了可变的直流母线电压，结合了隔离dcdc模块的切除和投入控制，可以在不太影响系统额定和重载效率的同时，实现对系统轻载和中载效率的提升。该方法适用于所有需要中压交流到低压直流变换的应用场合。系统在全功率范围内的效率提升，可以使系统有更少的运行损耗，不仅可以减少系统的运行成本，带来更多的收益，而且可以延长系统的运行寿命，减少维护成本、获得长期运行能力。
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1.一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，其特征在于，所述直流母线电压的最大参考值为直流母线电压额定值VHdcn＝Vrefk+1，其和M个IDC的输入电压vc1～vcM之间满足：
3.根据权利要求1所述的一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，其特征在于，所述采样当前时刻的负载功率P(j)之前还包括：
4.根据权利要求1所述的一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，其特征在于，转为切除控制后，一个隔离DC模块将被逐渐切除，系统重新达到新的运行点，直流母线电压将稳定在新的参考值Vrefi，连接半桥不再动作；转为投入控制后，一个隔离DC模块将被逐渐投入，系统重新达到新的运行点，直流母线电压将稳定在新的参考值Vrefi+2，连接半桥不再动作。
5.根据权利要求1所述的一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，其特征在于，所述切除控制包括：
6.根据权利要求5所述的一种模块化多电平变换器
7.根据权利要求5所述的一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，其特征在于，所述连接半桥模块的上管占空比D满足：
8.根据权利要求1所述的一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，其特征在于，所述投入控制包括：
9.根据权利要求8所述的一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，其特征在于，所述直流母线电压vHdc将随着时间t逐渐从Vrefi+1斜坡增大到Vrefi+2，满足：
10.根据权利要求8所述的一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，其特征在于，连接半桥模块的上管占空比D满足：
...【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，其特征在于，所述直流母线电压的最大参考值为直流母线电压额定值vhdcn＝vrefk+1，其和m个idc的输入电压vc1～vcm之间满足：
3.根据权利要求1所述的一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，其特征在于，所述采样当前时刻的负载功率p(j)之前还包括：
4.根据权利要求1所述的一种模块化多电平变换器的电力电子变压器效率提升方法，其特征在于，转为切除控制后，一个隔离dc模块将被逐渐切除，系统重新达到新的运行点，直流母线电压将稳定在新的参考值vrefi，连接半桥不再动作；转为投入控制后，一个隔离dc模块将被逐渐投入，系统重新达到新的运行点，直流母线电压将稳定在新的参考值vrefi+2，连接半桥不再动作。
5.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘进军，邓智峰，杜思行，李聪，张君，党恒凯，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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