电力电子变压器系统的功率模块在线更换控制装置和方法与流程

1.本发明涉及电力电子变压器系统技术领域，具体涉及一种电力电子变压器系统的功率模块在线更换控制装置和一种电力电子变压器系统的功率模块在线更换控制方法。


背景技术：

2.目前，为实现电力电子变压器系统中功率模块在线更换的功能，一般采用的是外部供电方式，此方式需要在电力电子变压器系统中增加隔离变压器，不仅增大系统体积，同时增加成本，降低效率。


技术实现要素：

3.本发明为解决上述技术问题，提供了一种电力电子变压器系统的功率模块在线更换控制装置和方法，能够有效减小电力电子变压器系统的体积和成本，并提高效率。
4.本发明采用的技术方案如下：
5.一种电力电子变压器系统的功率模块在线更换控制装置，所述电力电子变压器系统包括多个功率模块，所述多个功率模块的交流输入端依次串联，所述多个功率模块的直流输出端相并联，每个所述功率模块包括变压器及位于所述变压器一次侧的第一ac/dc单元、dc/ac单元和位于所述变压器二次侧的第二ac/dc单元，所述第一ac/dc单元的交流侧作为所述功率模块的交流输入端，所述第一ac/dc单元的直流侧并联有直流母线电容，所述第二ac/dc单元的直流侧作为所述功率模块的直流输出端，所述在线更换控制装置包括对应每个所述功率模块设置的第一旁路开关、第一辅助电源、第一控制模块、第二旁路开关、第二辅助电源和第二控制模块，其中，对应每个所述功率模块，所述第一旁路开关并联于所述交流输入端；所述第一辅助电源与所述第一ac/dc单元的直流侧相连，并分别与所述第一旁路开关和所述第一控制模块相连，以从所述第一ac/dc单元的直流侧取电和为所述第一旁路开关和所述第一控制模块供电；所述第一控制模块分别与所述第一旁路开关、所述第二控制模块、所述第一ac/dc单元和所述dc/ac单元相连，所述第一控制模块用于在所述功率模块需要更换时控制所述第一旁路开关闭合，并在所述功率模块更换完成，且重新上电后控制所述第一旁路开关断开和向所述第二控制模块发送停止取电指令；所述第二旁路开关串联于所述直流输出端；所述第二辅助电源连接到外部电源，并分别与所述第二旁路开关和所述第二控制模块相连，以从所述外部电源取电和为所述第二旁路开关和所述第二控制模块供电；所述第二控制模块分别与所述第二旁路开关和所述第二ac/dc单元相连，所述第二控制模块用于在所述功率模块需要更换时控制所述第二旁路开关断开，并在所述功率模块更换完成后，控制所述第二旁路开关闭合，并控制更换后的功率模块从所述第二ac/dc单元的直流侧取电以为所述直流母线电容充电，以及根据所述停止取电指令控制更换后的功率模块停止从所述第二ac/dc单元的直流侧取电。
6.所述第二控制模块以定频或定移相角控制更换后的功率模块从所述第二ac/dc单元的直流侧取电。
7.所述电力电子变压器系统为单相系统或三相系统。
8.一种基于上述电力电子变压器系统的功率模块在线更换控制装置的功率模块在线更换控制方法，包括：在对应的功率模块需要更换时，所述第一控制模块控制所述第一旁路开关闭合，所述第二控制模块控制所述第二旁路开关断开；在对应的功率模块更换完成后，所述第二控制模块控制所述第二旁路开关闭合，并控制更换后的功率模块从所述第二ac/dc单元的直流侧取电以为所述直流母线电容充电；在所述直流母线电容的电压升高至一定值时，所述第一辅助电源启动，所述第一控制模块重新上电；所述第一控制模块控制所述第一旁路开关断开；所述第一控制模块向所述第二控制模块发送停止取电指令；所述第二控制模块根据所述停止取电指令控制更换后的功率模块停止从所述第二ac/dc单元的直流侧取电。
9.本发明的有益效果：
10.本发明通过在每个功率模块的交流输入端和直流输出端分别设置旁路开关，在功率模块更换时使一次侧的控制模块从一次侧直流母线的电容取电，由此，能够在不对一次侧控制模块增加额外供电设备的情况下，实现功率模块的在线更换，从而能够有效减小电力电子变压器系统的体积和成本，并提高效率。
附图说明
11.图1为本发明一个实施例的电力电子变压器系统的电路拓扑图；
12.图2为本发明一个实施例的功率模块和功率模块在线更换控制装置的结构示意图；
13.图3为本发明实施例的电力电子变压器系统的功率模块在线更换控制方法的流程图。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.如图1所示，本发明实施例的电力电子变压器系统包括多个功率模块，多个功率模块的交流输入端依次串联，多个功率模块的直流输出端相并联。在本发明的一个实施例中，电力电子变压器系统可为单相系统或三相系统。图1示出的为单相系统，单相电源的火线和零线端分别连接串联的多个交流输入端的两端。当电力电子变压器系统为三相系统时，三相电源的每个相线连接串联的至少一个交流输入端的一端，该串联的至少一个交流输入端的另一端与零线相连，或者三相星型或角型连接。
16.如图2所示，每个功率模块包括变压器及位于变压器一次侧的第一ac/dc单元100、dc/ac单元200和位于变压器二次侧的第二ac/dc单元300，第一ac/dc单元100的交流侧作为功率模块的交流输入端，第一ac/dc单元100的直流侧并联有直流母线电容400，第二ac/dc单元300的直流侧作为功率模块的直流输出端。在本发明的一个实施例中，变压器的一次侧为高压侧，二次侧为低压侧。
17.如图1和图2所示，本发明实施例的功率模块在线更换控制装置包括对应每个功率模块设置的第一旁路开关10、第一辅助电源20、第一控制模块30、第二旁路开关40、第二辅助电源50和第二控制模块60。其中，对应每个功率模块，第一旁路开关10并联于交流输入端；第一辅助电源20与第一ac/dc单元100的直流侧相连，并分别与第一旁路开关10和第一控制模块30相连，以从第一ac/dc单元100的直流侧取电和为第一旁路开关10和第一控制模块30供电；第一控制模块30分别与第一旁路开关10、第二控制模块60、第一ac/dc单元100和dc/ac单元200相连，第一控制模块30用于在功率模块需要更换时控制第一旁路开关10闭合，并在功率模块更换完成，且重新上电后控制第一旁路开关10断开和向第二控制模块60发送停止取电指令；第二旁路开关40串联于直流输出端；第二辅助电源50连接到外部电源，并分别与第二旁路开关40和第二控制模块60相连，以从外部电源取电和为第二旁路开关40和第二控制模块60供电；第二控制模块60分别与第二旁路开关40和第二ac/dc单元300相连，第二控制模块60用于在功率模块需要更换时控制第二旁路开关40断开，并在功率模块更换完成后，控制第二旁路开关40闭合，并控制更换后的功率模块从第二ac/dc单元300的直流侧取电以为直流母线电容400充电，以及根据停止取电指令控制更换后的功率模块停止从第二ac/dc单元300的直流侧取电。
18.在本发明的一个实施例中，第二控制模块60可以以定频或定移相角控制更换后的功率模块从第二ac/dc单元300的直流侧取电。
19.在功率模块更换完成，且第二旁路开关40闭合、第一旁路开关10断开后，第一控制模块30和第二控制模块60可控制对应的功率模块工作，使整个电力电子变压器系统正常运行。
20.根据本发明实施例的电力电子变压器系统的功率模块在线更换控制装置，通过在每个功率模块的交流输入端和直流输出端分别设置旁路开关，在功率模块更换时使一次侧的控制模块从一次侧直流母线的电容取电，由此，能够在不对一次侧控制模块增加额外供电设备的情况下，实现功率模块的在线更换，从而能够有效减小电力电子变压器系统的体积和成本，并提高效率。
21.基于上述实施例的电力电子变压器系统的功率模块在线更换控制装置，本发明还提出一种电力电子变压器系统的功率模块在线更换控制方法。
22.如图3所示，本发明实施例的电力电子变压器系统的功率模块在线更换控制方法，包括以下步骤：
23.s1，在对应的功率模块需要更换时，第一控制模块控制第一旁路开关闭合，第二控制模块控制第二旁路开关断开。
24.s2，在对应的功率模块更换完成后，第二控制模块控制第二旁路开关闭合，并控制更换后的功率模块从第二ac/dc单元的直流侧取电以为直流母线电容充电。
25.s3，在直流母线电容的电压升高至一定值时，第一辅助电源启动，第一控制模块重新上电。
26.s4，第一控制模块控制第一旁路开关断开。
27.s5，第一控制模块向第二控制模块发送停止取电指令。
28.s6，第二控制模块根据停止取电指令控制更换后的功率模块停止从第二ac/dc单元的直流侧取电。
29.根据本发明实施例的电力电子变压器系统的功率模块在线更换控制方法，可在功率模块更换时使一次侧的控制模块从一次侧直流母线的电容取电，由此，能够在不对一次侧控制模块增加额外供电设备的情况下，实现功率模块的在线更换，从而能够有效减小电力电子变压器系统的体积和成本，并提高效率。
30.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
34.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。