通过嵌入式数字均衡对固态变压器进行功率共享调节的制作方法

本发明大体涉及基于固态变压器(solid state transformer，sst)的电力转换(例如，用于数据中心应用)，尤其涉及通过嵌入式数字均衡在基于输入串联输出并联(input serial output parallel，isop)的sst拓扑中进行的功率共享调节。为此，本发明提供了一种电力电子多电平转换器、其操作方法以及用于由该转换器的处理器执行该方法的计算机程序。

背景技术：

1、sst代表一种基于电力电子的传统工频变压器(line-frequency transformer，lft)替代方案。sst基于电力电子开关、传感器和智能控件，这些器件共同实现功率流控制、无功功率、谐波和不平衡补偿、智能保护和穿越功能等高级功能。此外，高频开关操作能够显著减小体积和重量。结合其中一些特征，sst相较传统lft具有优势。

2、数据中心应用中使用的sst通常与中压(medium voltage，mv)交流(alternatingcurrent，ac)电网连接，并且通常基于多电平模块化转换器拓扑，其由多个相同但可单独控制的电源转换模块或单元组成。具体而言，可以部署基于isop的拓扑，其中多个单元的输入端口串联连接，使得由mv ac电网施加的mv额定值分布在各个单元上，并转换为单元及其电力电子开关的低压(low voltage，lv)额定值。

3、基于isop的拓扑是mv ac电网和lv dc电网之间两级功率转换的常用方案。例如，每个单元可以包括ac/dc电源转换器，该ac/dc电源转换器将mv ac电网连接到与lv dc电网连接的后续dc/dc电源转换器。在数据中心应用中，该lv dc承载微处理器系统。

4、然而，isop拓扑的优点意味着在拓扑和控制方面增加了复杂性。例如，为实现控制简化，可以将各个单元的dc/dc电源转换器实现为在开环中工作的串联谐振转换器(seriesresonant converter，src)，这意味着控制目标必须仅依赖于ac/dc转换器。

5、诸如高频变压器的漏感、dc链路电容、谐振槽电容、电压传感器等组件容差可能导致sst的单元之间功率分配/共享不均匀，这进一步使单元的控制复杂化。

技术实现思路

1、鉴于isop系统的上述挑战，本发明的目的是实现sst所有单元之间的功率主动均衡。

2、该目的通过所附独立权利要求定义的实施例来实现。从属权利要求以及以下描述和附图中阐述了其它实施例。

3、本发明的第一方面提供一种电力电子多电平转换器，所述电力电子多电平转换器包括一个或多个相位支路。所述一个或多个相位支路中的每个相应相位支路包括多个单元。所述多个单元中的每个相应单元包括ac/dc转换器、闭环控制和dc/dc转换器。所述ac/dc转换器用于将单元功率从输入端口传输到所述相应单元的所述dc链路。所述dc链路包括定义单元电压的等效电容器。所述闭环控制用于根据单元功率参考调节由所述ac/dc转换器传输到所述相应单元的dc链路的所述单元功率。所述单元功率参考取决于单元电压参考。所述dc/dc转换器用于将所述单元功率从所述dc链路传输到所述相应单元的输出端口。相应相位支路的所述多个单元的所述输入端口可串联连接在相应ac相与ac电网的中性点之间。所有相位支路的所述多个单元的所述输出端口可并联连接到至少一条公共dc总线。所述相应单元的所述闭环控制用于根据与每个单元平均功率的单元功率参考偏差调整所述单元电压参考。所述每个单元平均功率取决于所有相位支路的所述多个单元的所述单元功率参考。

4、有利的是，所述电力电子多电平转换器的所有单元的独立和解耦控制能力可用于建立不同的单元电压参考，从而在可能具有不同自然功率共享性能的小区之间均衡所述小区功率参考(以及单元功率)。补偿所述电力电子多电平转换器的单元之间的容差相关功率不平衡的好处包括：

5、-减小组件尺寸并降低其成本(不需要过大)；

6、-减小所述转换器的整体尺寸并降低其成本；

7、-简化所述转换器结构中用于绝缘和控制的原(mv)边；

8、-简化所述转换器结构的热设计；

9、-减少使用昂贵的隔离信号进行控制(即，光通信等)；

10、-保持src方案的简便性。

11、根据本发明第一方面的一种实现方式，所述相应单元的所述闭环控制还用于：根据取决于所述单元电压的单元能量比例项并根据取决于所述单元电压参考的单元能量比例参考项，建立所述单元功率参考。

12、根据本发明第一方面的一种实现方式，所述相应单元的所述闭环控制还用于：根据所述相应相位支路的所述多个单元的标称单元电压参考和单元电压参考偏差，建立所述单元电压参考；根据所述单元功率参考偏差，建立所述单元电压参考偏差。

13、根据本发明第一方面的一种实现方式，所述相应单元的所述闭环控制还用于：根据均衡传递函数和所述单元功率参考偏差，建立所述单元电压参考偏差。

14、根据本发明第一方面的一种实现方式，所述相应单元的所述闭环控制还用于：根据所有相位支路的所述多个单元的所述单元功率参考、每个相位支路的所述多个单元的总计数以及所述一个或多个相位支路的总计数，建立所述每个单元平均功率；根据所述单元功率参考和所述每个单元平均功率，建立所述单元功率参考偏差。

15、本发明的第二方面提供了一种操作电力电子多电平转换器的方法。所述电力电子多电平转换器包括一个或多个相位支路。所述一个或多个相位支路中的每个相应相位支路包括多个单元。所述多个单元中的每个相应单元包括ac/dc转换器、闭环控制和dc/dc转换器。所述ac/dc转换器用于将单元功率从输入端口传输到所述相应单元的所述dc链路。所述dc链路包括定义单元电压的等效电容器。所述闭环控制用于根据单元功率参考调节由所述ac/dc转换器传输到所述相应单元的dc链路的所述单元功率。所述单元功率参考取决于单元电压参考。所述dc/dc转换器用于将所述单元功率从所述dc链路传输到所述相应单元的输出端口。所述方法包括：将所述相应相位支路的所述多个单元的所述输入端口串联连接在相应ac相与ac电网的中性点之间。所述方法还包括：将所有相位支路的所述多个单元的所述输出端口并联连接到至少一条公共dc总线。所述方法还包括：所述相应单元根据与每个单元平均功率的单元功率参考偏差调整所述单元电压参考。所述每个单元平均功率取决于所有相位支路的所述多个单元的所述单元功率参考。所述方法还包括：所述相应单元根据所述单元功率参考调节由所述ac/dc转换器传输到所述相应单元的所述dc链路的所述单元功率。所述方法还包括：所述相应单元将所述单元功率从所述输入端口传输到所述相应单元的所述dc链路。所述方法还包括：所述相应单元将所述单元功率从所述dc链路传输到所述相应单元的所述输出端口。

16、根据本发明第二方面的一种实现方式，所述方法可以由所述第一方面或其任何实现方式所述的电力电子多电平转换器执行。

17、因此，结合所述第一方面或其任何实现方式所述的电力电子多电平转换器所提及的效果和相关优点也同样适用于根据第二方面所述的方法。

18、本发明的第三方面提供了一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码，所述程序代码用于在根据所述第一方面或其任何实现方式所述的电力电子多电平转换器的处理器上实现时，执行所述第二方面或其任何实现方式所述的方法。

19、需要说明的是，本技术中描述的所有设备、元件、单元和模块可以通过软件或硬件元件或其任何类型的组合实现。本技术中描述的各种实体执行的所有步骤和所描述的将由各种实体执行的功能旨在表明相应的实体适于或用于执行相应的步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，外部实体执行的具体功能或步骤没有在执行具体步骤或功能的实体的具体元件的描述中反映，但是技术人员应清楚，这些方法和功能可以通过相应的软件或硬件元件或其任何类型的组合实现。