基于h桥链式的电力电子变压器功率均衡控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于H桥链式的电力电子变压器功率均衡控制方法及系统，属于 电力电子变压器功率均衡控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 与传统变压器相比，电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)具有 体积小，重量轻，环境污染小，输出电压幅值恒定，功率因数可调等优点。PET可实现能量双 向流动、潮流控制和电能质量控制等功能，随着大功率半导体器件与磁性材料的迅速发展， 成为智能电网建设的关键设备。三级型PET拓扑由于其良好的控制特性，并且具有低压直流 环节，能为分布式发电的接入提供接口等优点而成为研究的热点。
[0003] 针对高压级为H桥链式拓扑，隔离级共低低压直流母线的电力电子变压器功率均 衡问题，目前经常的采用方法为:首先将隔离级低压直流母线电压闭环控制获得所有DBA传 输的总有功功率，并对总有功进行均分以得到各个DBA的功率指令，然后将各个DBA的直流 电压和电流进行积分算出其实际传输的功率，并对该功率进行闭环控制得到DBA的移向角。 该方法不仅需要检测每个DBA的直流电流，并进行积分运算求取有功功率，实现较为复杂， 成本较高，且当任何一个DBA的直流电流检测出现故障，均会导致装置过流停机，可靠性低。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于H桥链式的电力电子变压器功率均衡控制方法及系 统，以解决目前变压器均衡控制方法中存在可靠性低，以及实现复杂成本高的问题。
[0005] 本发明为解决上述技术问题提供了一种基于H桥链式的电力电子变压器功率均衡 控制方法，该控制方法包括以下步骤：
[0006] 1)将低压侧直流电压进行总有功闭环控制以得到所有DBA的总移向角
[0007] 2)计算各个换流链直流电压的平均值udci(i = a，b，c)，将各换流链i(i = a，b，c)的 子模块直流电压1^(丨=3，13，(3;」=1~1'〇与对应换流链直流电压的平均值11 (：1。:1(丨=3，13,0)做 差，并以做差结果进行闭环控制，得到换流链i各DAB的移向角修正量△外；
[0008] 3)将得到换流链i各DAB的移向角修正量4咚加上总移向角供得到各个DAB的最终 移向角巧，并以得到的各个DBA的最终移向角A调整各个DBA传输的有功功率，以实现高压 级直流电压平衡和隔离级传输功率均衡。
[0009] 所述的总有功闭环控制采用PI调节器实现，该PI调节器的输入信号为电力电子变 压器低压侧直流电压指令iC与电力电子变压器低压直流母线U。的差值。
[0010] 所述的功率均衡闭环控制采用PI调节器实现，该PI调节器的输入信号为各换流链 的子模块直流电压与对应换流链直流电压的平均值的差值。
[0011]所述的电力电子变压器高压级模块和输入至隔离级DBA的有功功率相同，即电力 电子变压器高压级模块直流电压的平衡和隔离级有功功率的均衡是等价的。
[0012] 所述的低压侧直流电压进行闭环控制得到的移向角为所有DBA的总移向角。
[0013] 本发明还提供了一种基于H桥链式的电力电子变压器功率均衡控制系统，该控制 系统采用两层控制，一层为总有功控制，一层为功率均衡控制，
[0014] 所述总有功控制用于将低压侧直流电压进行总有功闭环控制以得到所有子模块 的总移向角^;
[0015] 所述功率均衡控制用于将每条换流链内各子模块直流电压与对应换流链电压平 均值的差值进行闭环控制，以得到所有换流链内各个子模块的移向角修正量4%·，
[0016] 该控制系统将得到的加上总移向角炉以得到所有换流链内各个子模块的最终 移向角，并以最终移向角调整所有换流链内各个子模块传输的有功功率。
[0017] 所述的总有功控制采用PI调节器实现。
[0018] 所述的功率均衡控制采用PI调节器实现。
[0019] 所述的电力电子变压器高压级模块的有功功率和输入至隔离级DBA的有功功率相 等，即电力电子变压器高压级模块直流电压的平衡与隔离级有功功率的均衡等价。
[0020] 本发明的有益效果是:本发明通过将PET隔离级输出侧直流电压闭环控制得到的 移向角作为所有DBA的总移向角，将每条换流链内子模块直流电压与该条换流链电压均值 的差值进行功率均衡闭环控制得到各个DBA移向角的修正量，根据得到各个DBA移向角的修 正量对移向角进行修正，并以修正后的各个移向角来调整各个DBA传输的有功功率，从而消 除了由于隔离级连接电抗器大小、高频变压器漏抗和变比差异性等引起的有功功率不能均 衡地传输至低压侧的问题。本发明以高压级直流电压平衡和隔离级DBA功率均衡等价为基 础，对各DBA的移向角进行修正，实现了高压级直流电压平衡和隔离级传输功率均衡，保证 了PET的稳定运行，与传统的功率均衡方法相比，本发明实现简单，无需检测所有DAB的直流 电流，具有成本低和可靠性高的优点。
【附图说明】
[0021] 图1是电力电子变压器主回路拓扑图；
[0022] 图2是双向全桥DC/DC变换器主回路拓扑图；
[0023] 图3是本发明电力电子变压器功率均衡方法的实现原理图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0025] 电力电子变压器（Power Electronic Transformer，PET)由三级拓扑组成，如图1 所示，由高压级、隔离级和低压级组成，高压级为H桥链式结构，可实现不同电压等级的接 入，且并网电压和电流谐波小；隔离级由N个DAB并联，实现能量的双向流动和电气隔离，并 提供低压直流母线，可接入直流负载;低压级用三相四桥臂逆变器作为电压源，以满足单相 和三相交流负载的接入。针对高压级直流电压平衡和隔离级双向全桥DC/DC变换器(Dual Active Bridge，DAB)的功率均衡问题，本发明通过分析电力电子变压器模块功率不均衡的 原因，推导出功率均衡的机理，提供了一种基于H桥链式的电力电子变压器功率均衡方法， 该方法以高压级直流电压平衡和隔离级DBA功率均衡等价为基础，对各DBA的移向角进行修 正，实现了高压级直流电压平衡和隔离级传输功率均衡。
[0026] PET功率不均衡原因
[0027] 非谐振型DAB主回路拓扑如图2所示，其传输的有功功率为
[0029] 式中：η为高频变压器变比，U1为输入侧直流电压，U2为输出侧直流电压，ω为开关 频率，L为连接电抗器，P为移向角。
[0030] 由于电力电子变压器隔离级DAB输出侧直流电压并联且控制系统相同，因此低压 直流电压1]2、开关频率ω和移向角A相同。由于输入侧直流电压山独立，各个DAB输入的直流 电压不同，且在实际系统中，各个DAB的连接电抗器大小、高频变压器漏抗和变比等存在一 定的差异性，导致了 DAB传输功率的不均衡。而PET隔离级DAB传输功率的不均衡又进一步引 起高压级功率单元有功功率的不均衡，最终造成PET所有模块有功功率的不均衡。
[0031] PET功率均衡机理
[0032] 忽略谐波的影响，假设PET高压级模块的电压和电流为
[0035]式中：vai、Vbi、Vci，（ i = 1~Ν)分别为三条换流链模块输出电压，ia、ib、i。为换流链 电流，Uai、Ubi、Ucd，（ i = 1~N)分别为三条换流链模块的直流母线电压，ω s为电网频率，以电 压相位为基准，α为电流与电压的相位差。
[0036]在一个工频周期内输入PET高压级各模块的有功功率为
[0038] 其中，pai、pbi、pci，（ i