一种固态变压器启动的方法与流程

本发明属于电力电子变压器技术领域，涉及一种固态变压器启动的方法。

背景技术：

本发明涉及的是电力电子变压器(pet-powerelectronictransformer)/固态变压器(sst-solidstatetransformer)/电能路由器(eer-electricalenergyrouter)在高压光伏并网领域的应用，应用到光伏并网领域可称之为高压光伏并网逆变器，可替代传统光伏逆变器+升压变压器的整体并网解决方案，具有待机损耗低、系统效率高、智能化程度高，同时不会对环境造成污染等优势。

固态变压器采用级联式拓扑结构，模块为h桥+双有源桥直连结构。利用低压侧并联，高压侧串联的方式实现高压直挂，固态变压器的模块通过光纤与主控制器通讯。

固态变压器的这种级联拓扑结构与柔性直流输电和无功补偿svg比较相似。都需要对高压侧电容进行预充电。由于柔性直流输电和svg是利用高压侧交流线电压对模块进行充电，故无法充到高压侧并网所需的电容电压，此时并网会有冲击电流。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺求，本发明提供一种固态变压器启动的方法，实现固态变压器平稳无冲击启动，同时该启动过程对系统本身和电网也不会产生冲击，延长了设备的使用寿命。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案：

一种固态变压器启动的方法，固态变压器包括3相，每相包括n个子模块，子模块由双有源桥和h桥直连的结构组成，各子模块低压侧并联、高压侧串联，各模块与系统主控制器通过光纤连接通讯，每相包括软起充电电阻、交流断路器qf1、软起接触器km1和电感l；

光伏阵列与dc/dc模块一对一串联通过直流断路器qz1并联到固态变压器低压侧，固态变压器高压侧串联电感l后与并联的软起充电电阻和软起接触器km1连接，软起充电电阻与软起接触器km1并联后通过交流断路器qf1接入高压电网；

固态变压器启动的方法具体步骤如下：

第一步：先闭合低压侧直流断路器qz1对固态变压器每个子模块的低压侧电容cl进行充电；

第二步：闭合高压侧交流断路器qf1，通过高压侧的软起充电电阻对每个子模块高压侧电容ch预充电，充电完成后闭合软起接触器km1；

第三步：固态变压器每相子模块与主控制器建立通讯；

第四步：当固态变压器低压侧电压达到启动电压值，双有源桥低压侧开始小脉冲给高压侧电容ch充电；

第五步：当高压侧电容ch电压充到设定值后，双有源桥由小脉冲充电模式进入正常发波模式，控制高压侧电容ch电压达到目标值；

第六步：当高压侧电容ch电压达到目标值，高压侧h桥开始并网运行，此时启动过程结束。

进一步，固态变压器由直流输入模块、级联型固态变压器模块和交流输出模块组成；所述级联型固态变压器模块的直流侧并联多路光伏阵列，固态变压器分为三相，每相采用多个子模块高压侧h桥串联后通过交流输出模块接入电网，交流输出模块由滤波电感和交流接触器串联组成；级联型固态变压器子模块由双有源桥和h桥直连的结构组成，双有源桥由两个h桥通过高频变压器和谐振电感相连组成，双有源桥的高低压侧分别并联一个电容。。

本发明的有益效果是：

本发明的固态变压器启动的方法，固态变压器可以将高压侧电容冲到额定电压后再进行并网，可实现固态变压器平稳无冲击启动，启动过程中包括双有源桥运行和高压侧并网运行，两个环节均实现无冲击运行，可实现零冲击电流并网，不会对设备和电网产生有害冲击，整个启动过程不会对系统本身和电网产生有害冲击，延长了设备的使用寿命。

本发明可以解决并网启动冲击，且可以实现对高压侧电容二次平稳充电，避免双有源桥进入正常发波时电流较大，延长设备使用寿命。

附图说明

图1为固态变压器的拓扑图；

图2为固态变压器的单模块拓扑图。

图3为双有源桥低压侧开关管动作时序图。

图4为双有源桥低压侧小脉冲充电输出电压波形。

图5为固态变压器启动过程流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明提到的固态变压器应用于光伏发电系统的拓扑结构由直流输入模块、级联型固态变压器模块、交流输出模块组成，所述级联型固态变压器模块的直流侧并联多路光伏阵列，所述固态变压器分为三相，每相采用多个子模块高压侧h桥串联后通过交流输出模块接入电网，所述交流输出模块由滤波电感和交流接触器串联组成。

图1为固态变压器的系统拓扑图，系统中主要包括：光伏阵列、dc/dc模块、直流断路器qz1、系统共三相，每相都包括软起充电电阻、交流断路器qf1、软起接触器km1、电感l，每相n个模块。系统主控制器与模块通过光纤进行通讯。其中光伏阵列与dc/dc模块一对一串联使用，共n组，通过qz1并联到固态变压器模块低压侧，模块高压侧串联后与软启电阻和km1连接，其中软起充电电阻与km1为并联方式使用，通过qf1接入高压电网；

图2为固态变压器模块的拓扑图，由双有源桥+h桥直连的结构组成，双有源桥由两个h桥通过高频变压器和谐振电感相连组成，双有源桥的高压侧与电容ch并联、低压侧与电容cl并联，模块在系统的每相中采用低压侧电容cl并联，高压侧输出串联的方式；

图3为双有源桥低压侧4个开关管动作时序图，ton为管子开通电平，toff为管子关断电平。tc为管子动作周期，t1为最终输出的小脉冲宽度，其中t1+t2＝tc，t3为1管关断到3管开通间隔的时间和2管开通到4管关断间隔的时间。

图4为双有源桥小脉冲充电输出波形，由周期性的正脉冲和周期性的负脉冲组成，其中t1为小脉冲的电平宽度，t2为相邻正脉冲间隔时间同时也是负脉冲间隔时间，t3为正负脉冲间隔时间，tc为正脉冲周期和负脉冲周期；

由图3到图4具体实现过程为：

1、4管导通，2、3管关断，低压侧输出电压voutl为正电平+u双有源桥l。1管经过t1时间后关断，2管经过t1时间过开通3、4管保持状态不变，此时voutl输出t1宽度的正电平+u双有源桥l后变为0电平。

最后的状态持续t3时间后，3管导通，4管关断，此时2、3管同时处于开通状态，1、4管同时处于关断状态，voutl输出为负电平-u双有源桥l。3管经过t1时间后关断，4管经过t1时间后导通，此时voutl输出t1宽度的负电平-u双有源桥l后变为0电平。

重复a)和b)过程voutl端便会持续输出图4的小脉冲波形，即实现了对高压侧的充电过程。其中t1+t2＝tc,t1<t2,t3>0。

图5为固态变压器完整的启动流程图。

下面对具体步骤进行说明：

第一步：先闭合低压侧直流断路器qz1对固态变压器每个子模块的低压侧电容cl进行充电；

第二步：闭合高压侧交流断路器qf1，通过高压侧的软起充电电阻对每个子模块高压侧电容ch预充电，充电完成后闭合软起旁路开关km1；

第三步：固态变压器每相的子模块与主控制器建立通讯；

第四步：当固态变压器低压侧电压达到启动电压值，双有源桥低压侧开始小脉冲给高压侧电容ch充电；

第五步：当高压侧电容ch电压充到设定值后，双有源桥由小脉冲充电模式进入正常发波模式，控制高压侧电容ch电压达到目标值；

第六步：当高压侧电容ch电压达到目标值，高压侧h桥开始并网运行，此时启动过程结束。

至此，本发明提出的固态变压器的启动方法全部完成。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。