一种直流变压器子模块电压控制方法及装置与流程

1.本发明涉及电力系统电压监测技术领域，尤其涉及一种直流变压器子模块电压控制方法及装置。


背景技术：

2.直流变压器装置可以实现直流变压、双向功率灵活传输、电气隔离等功能，是直流配电网的关键设备。基于isop结构的双向llc谐振型直流变压器一般由多个功率子模块输入侧串联输出侧并联构成，其可以有效提升直流变压器的电压等级及容量，现已成为一种通用的技术方案。
3.子模块过压控制是直流变压器装置研究的关键技术，其控制特性直接关系着直流变压器装置的安全可靠运行。基于isop结构的双向llc谐振型直流变压器主要考虑各个功率子模块的电压变比恒定，即可实现子模块均压。但是，直流变压器装置在启动过程中往往会因谐振变换器增益非线性，产生子模块电压不均及过电压问题。因此，如何在直流变压器装置启动工况下，有效抑制子模块过电压，成为该领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种直流变压器子模块电压控制方法及装置，通过对直流变压器各子模块电压进行滞环控制，并利用滞环控制的结果对各子模块的占空比进行调节，以解决直流变压器装置在启动过程中因谐振变换器增益非线性，产生子模块电压不均压及过电压的问题。
5.为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种直流变压器子模块电压控制方法，包括步骤：
6.获取直流变压器启动时各子模块的输出端电压；
7.对每个子模块的输出端电压进行滞环控制，该滞环控制的电压上限阈值为u1、电压下限为阈值u0；
8.根据滞环控制的结果对各子模块的占空比进行调节。
9.进一步的，所述根据滞环控制的结果对各子模块的占空比进行调节，包括：
10.若子模块的输出端电压大于电压上限阈值u1，使能斜坡控制，以第一占空比变化斜率k降低该子模块的占空比；
11.若子模块的输出端电压小于电压下限阈值u0，使能斜坡控制，以第二占空比变化斜率k抬升对应子模块的占空比至额定占空比。
12.进一步的，所述以第一占空比变化斜率k降低该子模块的占空比包括：
13.k＝(d
min-dn)*f/n
14.其中，d
min
为最低占空比，dn为当前占空比，f为开关频率，n为降低占空比阶段设定的周期数。
15.进一步的，所述以第二占空比变化斜率k抬升对应子模块的占空比至额定占空比
包括：
16.k＝(d
e-dn)*f/m
17.其中，de为额定占空比，m为恢复额定占空比阶段设定的周期数，且m大于n。
18.进一步的，所述子模块包括llc谐振变换器功率子模块。
19.根据本发明的另一个方面，提供了一种直流变压器子模块电压控制装置，包括电压获取模块、滞环控制模块和占空比调节模块；其中，
20.所述电压获取模块用于获取直流变压器启动时各子模块的输出端电压；
21.所述滞环控制模块用于对每个子模块的输出端电压进行滞环控制，该滞环控制的电压上限阈值为u1、电压下限为阈值u0；
22.所述占空比调节模块用于根据滞环控制的结果对各子模块的占空比进行调节。
23.进一步的，所述占空比调节模块根据滞环控制的结果对各子模块的占空比进行调节，包括：
24.若子模块的输出端电压大于电压上限阈值u1，使能斜坡控制，以第一占空比变化斜率k降低该子模块的占空比；
25.若子模块的输出端电压小于电压下限阈值u0，使能斜坡控制，以第二占空比变化斜率k抬升对应子模块的占空比至额定占空比。
26.进一步的，所述以第一占空比变化斜率k降低该子模块的占空比包括：
27.k＝(d
min-dn)*f/n
28.其中，d
min
为最低占空比，dn为当前占空比，f为开关频率，n为降低占空比阶段设定的周期数。
29.进一步的，所述以第二占空比变化斜率k抬升对应子模块的占空比至额定占空比包括：
30.k＝(d
e-dn)*f/m
31.其中，de为额定占空比，m为恢复额定占空比阶段设定的周期数，且m大于n。
32.进一步的，所述子模块包括llc谐振变换器功率子模块。
33.综上所述，本发明提供了一种直流变压器子模块电压控制方法及装置，通过获取直流变压器各子模块电压，对直流变压器各子模块电压进行滞环控制，并利用滞环控制的结果对各子模块的占空比进行调节，以解决直流变压器装置在启动过程中因谐振变换器增益非线性，产生子模块电压不均压及过电压的问题。本发明的技术方案，通过采用占空比动态调节控制算法，即将子模块电压高的模块通过滞环+斜坡进行控制，以调节其占空比，压低子模块电压，以实现更优的子模块均压效果，保证装置的安全稳定运行，能有效解决直流变压器装置在启动过程中因谐振变换器增益非线性导致的子模块电压不均及过电压问题，控制逻辑简单，易于实现。
附图说明
34.图1是直流变压器装置的拓扑结构示意图
35.图2是本发明直流变压器子模块电压控制方法的流程图；
36.图3是本发明直流变压器子模块电压控制装置的构成框图。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
38.下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种直流变压器子模块电压控制方法。图1中示出了直流变压器装置的拓扑结构示意图，如图1所示，该直流变压器包括多个功率子模块，该多个功率子模块采用输入侧串联输出侧并联的方式构成，其中，每个子模块采用llc谐振变换器的拓扑结构。由于llc谐振型电路本身的特性，变压器空载增益变化较大，从而容易发生过压和不均压的情况，本实施例针对上述情况，提供了一种直流变压器子模块电压控制方法，该控制方法的流程图如图2所示，包括以下步骤：
39.s1、获取直流变压器启动时各子模块的输出端电压。建立子模块电压库并执行初始化，使能子模块电压循环检测功能。例如可以通过采集子模块的电压值，将其放置在一个存储空间中，以建立子模块电压库。
40.s2、对每个子模块的输出端电压进行滞环控制，该滞环控制的电压上限阈值为u1、电压下限为阈值u0。例如可以采用本领域常用的滞环控制算法实现滞环控制。
41.s3、根据滞环控制的结果对各子模块的占空比进行调节。占空比指的是针对功率子模块中高压侧的电力电子开关器件，例如igbt，其在一个开关周期内导通时间与开关周期的百分比。本实施例中，例如对于图1所示的高压侧的电力电子开关器件进行调节。具体来说，可以采用以下方式：
42.若子模块的输出端电压大于电压上限阈值u1，使能斜坡控制，以第一占空比变化斜率k降低该子模块的占空比；
43.若子模块的输出端电压小于电压下限阈值u0，使能斜坡控制，以第二占空比变化斜率k抬升对应子模块的占空比至额定占空比。
44.本实施例中，采用斜坡控制主要是为了平滑输入或者输出，考虑到功率子模块输出端电压大于电压上限阈值u1，需要尽快降低子模块电压，快速降低高压侧子模块占空比，此处可以设定最低占空比为d
min
，以第一占空比变化斜率k降低该子模块的占空比可以按照下式进行：
45.k＝(d
min-dn)*f/n
46.其中，dn为当前占空比，f为开关频率，n为降低占空比阶段设定的周期数。
47.若功率子模块输出端电压小于电压下限阈值u0，以第二占空比变化斜率k抬升对应子模块的占空比至额定占空比可以按照下式进行：
48.k＝(d
e-dn)*f/m
49.其中，de为额定占空比，m为恢复额定占空比阶段设定的周期数，且m一般大于n。
50.根据本发明的另一个实施例，提供了一种直流变压器子模块电压控制装置，该控制装置的构成框图如图3所示，包括电压获取模块、滞环控制模块和占空比调节模块。
51.所述电压获取模块用于获取直流变压器启动时各子模块的输出端电压；
52.所述滞环控制模块用于对每个子模块的输出端电压进行滞环控制，该滞环控制的
电压上限阈值为u1、电压下限为阈值u0；
53.所述占空比调节模块用于根据滞环控制的结果对各子模块的占空比进行调节：若子模块的输出端电压大于电压上限阈值u1，使能斜坡控制，以第一占空比变化斜率k降低该子模块的占空比；
54.若子模块的输出端电压小于电压下限阈值u0，使能斜坡控制，以占空比变化斜率k抬升该子模块的占空比，以第二占空比变化斜率k抬升对应子模块的占空比至额定占空比。
55.其中，以第一占空比变化斜率k降低该子模块的占空比包括：
56.k＝(d
min-dn)*f/n
57.其中，dn为当前占空比，f为开关频率，n为降低占空比阶段设定的周期数。
58.以第二占空比变化斜率k抬升对应子模块的占空比至额定占空比包括：
59.k＝(d
e-dn)*f/m
60.其中，de为额定占空比，m为恢复额定占空比阶段设定的周期数，且m一般大于n。
61.该装置中各模块实现对应功能的其他具体步骤与本发明第一个实施例中所提供的方法相同，在此不再赘述。
62.综上所述，本发明涉及一种直流变压器子模块电压控制方法及装置，通过获取直流变压器各子模块电压，对直流变压器各子模块电压进行滞环控制，并利用滞环控制的结果对各子模块的占空比进行调节，以解决直流变压器装置在启动过程中因谐振变换器增益非线性，产生子模块电压不均压及过电压的问题。本发明的技术方案，通过采用占空比动态调节控制算法，即将子模块电压高的模块通过滞环+斜坡进行控制，以调节其占空比，压低子模块电压，以实现更优的子模块均压效果，保证装置的安全稳定运行，能有效解决直流变压器装置在启动过程中因谐振变换器增益非线性导致的子模块电压不均及过电压问题，控制逻辑简单，易于实现。
63.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。