一种单相多模块级联固态变压器均压均功率控制方法

文档序号:7352559阅读:327来源:国知局
一种单相多模块级联固态变压器均压均功率控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种单相多模块级联固态变压器均压均功率控制方法,单相固态变压器功率主电路部分由AC/DC整流输入级、DC/DC中间级和DC/AC输出级三级组成。将整流级和中间级作为一个系统进行控制设计,输入级采用基于单相d-q矢量控制的共同占空比控制策略,中间级的输出直流电压作为外环电压环的反馈量,实现中间级输出直流电压的稳定以及电网输入端单位功率因数;中间级每个模块同时引入基于电压前馈与后馈的控制策略,电压前馈作为电压后馈的基准,它们的误差经电压PI调节器输出后作为该模块电流内环的基准;前级与中间级两种控制策略相互作用,实现SST各模块电压与功率均衡、电网侧单位功率因数、电网电流正弦度高、开关管电压应力低、中间级输出直流电压纹波小等功能。
【专利说明】一种单相多模块级联固态变压器均压均功率控制方法【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子技术在电力系统中的应用,尤其涉及一种多模块级联SST (固态变压器)均压均功率控制方法。
【背景技术】
[0002]传统电力变压器自被发明以来,因其工作可靠,结构简单的特点已经成为电力系统中不可缺少的重要组成部分,应用数量庞大。但是它存在显著缺点:体积大,笨重;输出电压无法维持恒定等。其主要功能是实现隔离和电压等级变换,功能简单,对电网电能质量没有改善能力。
[0003]固态变压器的概念早就被提出,它主要是通过使用电力电子器件和电力电子技术来实现电压转换和能量传递。其突出特点是可以改善电网电能质量,改善输入端的功率因数和输出端电压。因此固态变压器具有比传统变压器更适合智能电网建设的优点,具有很好的发展潜力。
[0004]近年来由于电力电子器件的飞速发展使得电力电子技术在电力系统中的应用成为可能。目前的电力电子器件尚不能满足配电等级的要求,这也是一直限制固态变压器发展的重要因素之一,可以使用级联模块的方式来弥补单个模块电压等级的不足。但是级联方式会引入各模块间的输出电压和输出功率不平衡问题,可能导致整个SST系统无法正常工作,必须通过一定的控制策略来实现电压和功率均衡。
[0005]本发明控制方式所应用的主功率拓扑通过多模块级联的方式能很好的满足高电压等级的要求,但是在此之前的控制方式要么过于复杂,要么不能很好的实现均压均功率的功能。本发明控制方式不仅能实现均压均功率的要求,同时能够保证控制方式简单,容易实现。
【发明内容】

[0006]本发明的目的在于针对现有级联模块中存在的电压和功率不均衡的不足,提供一种单相多模块级联固态变压器均压均功率控制方法。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:单相SST功率主电路部分由三级组成:输入级为高频有源AC/DC整流器,中间级为高频隔离型DC/DC变换器,输出级为高频DC/AC逆变器。输入级交流侧采用多模块串联,输入级各个模块的高压直流输出端接对应中间级各模块输入端,中间级各模块输出端并联输出400伏直流,输出级高频逆变器把400伏直流变换成输出220伏/50赫兹交流电。其特征在于,它包括以下步骤:
[0008](I)输入级采用dq变换控制方式,中间级DAB的输出直流电压作为电压环的反馈,该步骤包括以下子步骤:
[0009](1.1)对中间级DAB的并联输出直流电压进行采样,采样值与给定值进行比较,它们的误差经过电压环PI作为d轴电流环的基准;
[0010](1.2)输入电流采样值经过dq变换得到d轴,q轴两个分量,其中dq变换所用相位基准由输入电压采样值经PLL锁相环获得,则d轴分量反应有功电流分量,q轴分量反应无功电流分量;
[0011](1.3)d轴以上述电压环PI的输出作为基准,误差送入d轴电流PI ;q轴以0作为基准,误差送入q轴电流PI,然后对两轴PI输出值进行解耦和反dq变换,得到调制波;
[0012](1.4) 3个整流桥模块共用同一调制波,三角载波依次相移120°,载波与三角波比较得到各模块的驱动信号。
[0013](2)中间级各模块控制方式相同,采用电压前馈后馈控制方法,实现了中间级输入

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输出电压的比例跟随关系,即Kt*?该步骤包括以下子步骤:
[0014](2.1)对中间级输入和输出电压进行米样,将输入电压米样信号与输出电压米样信号进行比较,误差经过电压环PI,电压环PI的输出作为电流内环的基准;
[0015](2.2)对输入电流进行采样,将电流采样值与电流环基准值比较,误差经过电流环PI,然后与三角载波进行比较,产生开关管驱动信号。如果电流环PI输出值为正,则功率正向流动,反之功率反向流动。
[0016](3)输出级采用SPWM控制方法,SPWM控制方法以正弦波作为调制波,与三角载波比较产生开关管驱动信号,这样保证输出电压为正弦波。
[0017]本发明的有益效果是:该控制方法可以实现级联式SST各个级联模块间实现均压和均功率,同时可以实现电网侧单位功率因数、电网电流正弦度高、开关管电压应力低。由于输入级电压环反馈米用的是中间级DAB的输出电压,故DAB的输出电压具有很好的动态响应,且输出电压的纹波能得到很好的改善,这样可使得DAB输出400V母线端所接的可再生能源的利用率得到有效提高,且DAB的输出稳压电容得到有效减小。相比于以前的控制方式,该控制方式使前两级变换器协同工作,相互配合实现各模块均压均功率,同时该控制方式控制算法简单,当模块很多时优点明显。该控制方式对加速电力电子变压器的发展具有重要意义。
【专利附图】

【附图说明】
【权利要求】
1.一种单相多模块级联固态变压器(Solid-State Transformer)均压均功率控制方法,单相多模块级联固态变压器的功率主电路部分由三级组成:输入级为高频有源AC/DC整流器,中间级为双主动桥(Dual Active Bridge)高频隔离型DC/DC变换器,输出级为高频DC/AC逆变器;输入级交流侧采用多模块串联,输入级各个模块的高压直流输出端接对应中间级各模块输入端,中间级各模块输出端并联输出400伏直流,输出级高频逆变器把400伏直流变换成输出220伏/50赫兹交流电;其特征在于,它包括以下步骤: (I)输入级采用dq变换控制方式,中间级DAB的输出直流电压作为电压环的反馈,该步骤包括以下子步骤 : (1.1)对中间级DAB的并联输出直流电压进行采样,采样值与给定值进行比较,它们的误差经过电压环PI作为d轴电流环的基准; (1.2)输入电流采样值经过dq变换得到d轴,q轴两个分量,其中dq变换所用相位基准由输入电压采样值经PLL锁相环获得,则d轴分量反应有功电流分量,q轴分量反应无功电流分量; (1.3)d轴以上述电压环PI的输出作为基准,误差送入d轴电流PI ;q轴以0作为基准,误差送入q轴电流PI,然后对两轴PI输出值进行解耦和反dq变换,得到调制波; (1.4)3个整流桥模块共用同一调制波,三角载波依次相移120°,载波与三角波比较得到各模块的驱动信号; (2)中间级各模块控制方式相同,采用电压前馈后馈控制方法,实现了中间级输入输出电压的比例跟随关系,即
【文档编号】H02M7/797GK103490638SQ201310238130
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2013年6月14日
【发明者】石健将, 荣强, 吴剑 申请人:浙江大学
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