基于h橋鏈式的電力電子變壓器功率均衡控制方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于H橋鏈式的電力電子變壓器功率均衡控制方法及系統，屬于 電力電子變壓器功率均衡控制技術領域。
【背景技術】
[0002] 與傳統變壓器相比，電力電子變壓器(Power Electronic Transformer,PET)具有 體積小，重量輕，環境污染小，輸出電壓幅值恒定，功率因數可調等優點。PET可實現能量雙 向流動、潮流控制和電能質量控制等功能，隨著大功率半導體器件與磁性材料的迅速發展， 成為智能電網建設的關鍵設備。三級型PET拓撲由于其良好的控制特性，并且具有低壓直流 環節，能為分布式發電的接入提供接口等優點而成為研究的熱點。
[0003] 針對高壓級為H橋鏈式拓撲，隔離級共低低壓直流母線的電力電子變壓器功率均 衡問題，目前經常的采用方法為:首先將隔離級低壓直流母線電壓閉環控制獲得所有DBA傳 輸的總有功功率，并對總有功進行均分以得到各個DBA的功率指令，然后將各個DBA的直流 電壓和電流進行積分算出其實際傳輸的功率，并對該功率進行閉環控制得到DBA的移向角。 該方法不僅需要檢測每個DBA的直流電流，并進行積分運算求取有功功率，實現較為復雜， 成本較高，且當任何一個DBA的直流電流檢測出現故障，均會導致裝置過流停機，可靠性低。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種基于H橋鏈式的電力電子變壓器功率均衡控制方法及系 統，以解決目前變壓器均衡控制方法中存在可靠性低，以及實現復雜成本高的問題。
[0005] 本發明為解決上述技術問題提供了一種基于H橋鏈式的電力電子變壓器功率均衡 控制方法，該控制方法包括以下步驟：
[0006] 1)將低壓側直流電壓進行總有功閉環控制以得到所有DBA的總移向角
[0007] 2)計算各個換流鏈直流電壓的平均值udci(i = a，b，c)，將各換流鏈i(i = a，b，c)的 子模塊直流電壓1^(丨=3，13，(3;」=1~1'〇與對應換流鏈直流電壓的平均值11 (：1。:1(丨=3，13,0)做 差，并以做差結果進行閉環控制，得到換流鏈i各DAB的移向角修正量△外；
[0008] 3)將得到換流鏈i各DAB的移向角修正量4咚加上總移向角供得到各個DAB的最終 移向角巧，并以得到的各個DBA的最終移向角A調整各個DBA傳輸的有功功率，以實現高壓 級直流電壓平衡和隔離級傳輸功率均衡。
[0009] 所述的總有功閉環控制采用PI調節器實現，該PI調節器的輸入信號為電力電子變 壓器低壓側直流電壓指令iC與電力電子變壓器低壓直流母線U。的差值。
[0010] 所述的功率均衡閉環控制采用PI調節器實現，該PI調節器的輸入信號為各換流鏈 的子模塊直流電壓與對應換流鏈直流電壓的平均值的差值。
[0011]所述的電力電子變壓器高壓級模塊和輸入至隔離級DBA的有功功率相同，即電力 電子變壓器高壓級模塊直流電壓的平衡和隔離級有功功率的均衡是等價的。
[0012] 所述的低壓側直流電壓進行閉環控制得到的移向角為所有DBA的總移向角。
[0013] 本發明還提供了一種基于H橋鏈式的電力電子變壓器功率均衡控制系統，該控制 系統采用兩層控制，一層為總有功控制，一層為功率均衡控制，
[0014] 所述總有功控制用于將低壓側直流電壓進行總有功閉環控制以得到所有子模塊 的總移向角^;
[0015] 所述功率均衡控制用于將每條換流鏈內各子模塊直流電壓與對應換流鏈電壓平 均值的差值進行閉環控制，以得到所有換流鏈內各個子模塊的移向角修正量4%·，
[0016] 該控制系統將得到的加上總移向角爐以得到所有換流鏈內各個子模塊的最終 移向角，并以最終移向角調整所有換流鏈內各個子模塊傳輸的有功功率。
[0017] 所述的總有功控制采用PI調節器實現。
[0018] 所述的功率均衡控制采用PI調節器實現。
[0019] 所述的電力電子變壓器高壓級模塊的有功功率和輸入至隔離級DBA的有功功率相 等，即電力電子變壓器高壓級模塊直流電壓的平衡與隔離級有功功率的均衡等價。
[0020] 本發明的有益效果是:本發明通過將PET隔離級輸出側直流電壓閉環控制得到的 移向角作為所有DBA的總移向角，將每條換流鏈內子模塊直流電壓與該條換流鏈電壓均值 的差值進行功率均衡閉環控制得到各個DBA移向角的修正量，根據得到各個DBA移向角的修 正量對移向角進行修正，并以修正后的各個移向角來調整各個DBA傳輸的有功功率，從而消 除了由于隔離級連接電抗器大小、高頻變壓器漏抗和變比差異性等引起的有功功率不能均 衡地傳輸至低壓側的問題。本發明以高壓級直流電壓平衡和隔離級DBA功率均衡等價為基 礎，對各DBA的移向角進行修正，實現了高壓級直流電壓平衡和隔離級傳輸功率均衡，保證 了PET的穩定運行，與傳統的功率均衡方法相比，本發明實現簡單，無需檢測所有DAB的直流 電流，具有成本低和可靠性高的優點。
【附圖說明】
[0021] 圖1是電力電子變壓器主回路拓撲圖；
[0022] 圖2是雙向全橋DC/DC變換器主回路拓撲圖；
[0023] 圖3是本發明電力電子變壓器功率均衡方法的實現原理圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做進一步的說明。
[0025] 電力電子變壓器（Power Electronic Transformer，PET)由三級拓撲組成，如圖1 所示，由高壓級、隔離級和低壓級組成，高壓級為H橋鏈式結構，可實現不同電壓等級的接 入，且并網電壓和電流諧波小；隔離級由N個DAB并聯，實現能量的雙向流動和電氣隔離，并 提供低壓直流母線，可接入直流負載;低壓級用三相四橋臂逆變器作為電壓源，以滿足單相 和三相交流負載的接入。針對高壓級直流電壓平衡和隔離級雙向全橋DC/DC變換器(Dual Active Bridge，DAB)的功率均衡問題，本發明通過分析電力電子變壓器模塊功率不均衡的 原因，推導出功率均衡的機理，提供了一種基于H橋鏈式的電力電子變壓器功率均衡方法， 該方法以高壓級直流電壓平衡和隔離級DBA功率均衡等價為基礎，對各DBA的移向角進行修 正，實現了高壓級直流電壓平衡和隔離級傳輸功率均衡。
[0026] PET功率不均衡原因
[0027] 非諧振型DAB主回路拓撲如圖2所示，其傳輸的有功功率為
[0029] 式中：η為高頻變壓器變比，U1為輸入側直流電壓，U2為輸出側直流電壓，ω為開關 頻率，L為連接電抗器，P為移向角。
[0030] 由于電力電子變壓器隔離級DAB輸出側直流電壓并聯且控制系統相同，因此低壓 直流電壓1]2、開關頻率ω和移向角A相同。由于輸入側直流電壓山獨立，各個DAB輸入的直流 電壓不同，且在實際系統中，各個DAB的連接電抗器大小、高頻變壓器漏抗和變比等存在一 定的差異性，導致了 DAB傳輸功率的不均衡。而PET隔離級DAB傳輸功率的不均衡又進一步引 起高壓級功率單元有功功率的不均衡，最終造成PET所有模塊有功功率的不均衡。
[0031] PET功率均衡機理
[0032] 忽略諧波的影響，假設PET高壓級模塊的電壓和電流為
[0035]式中：vai、Vbi、Vci，（ i = 1~Ν)分別為三條換流鏈模塊輸出電壓，ia、ib、i。為換流鏈 電流，Uai、Ubi、Ucd，（ i = 1~N)分別為三條換流鏈模塊的直流母線電壓，ω s為電網頻率，以電 壓相位為基準，α為電流與電壓的相位差。
[0036]在一個工頻周期內輸入PET高壓級各模塊的有功功率為
[0038] 其中，pai、pbi、pci，（ i