一种内高频链电力电子变压器最小启动电流控制方法

本发明涉及电力电子变压器控制技术的领域，尤其涉及一种内高频链电力电子变压器(electrical power transformer-ept)最小启动电流控制方法。

背景技术：

1、电力电子变压器是一种通过电力电子变换实现电力系统中电压等级变换和能量传递的新型变压器。与传统电力变压器只能实现电压变换和隔离相比，ept可以实现高效率、小体积、隔离以及大范围输入输出电压等级的变换，还具备功率因数校正、能量可控双向流动、变压器原边和副边的幅值和相位控制灵活、可实现无功功率补偿等优点，同时能够为各种新能源分布式发电设备提供交-直流接口。因此，具有广泛应用前景。目前，电力电子变压器拓扑结构按变换过程中是否存在中间直流环节可分为两大类：一种是无直流环节，即ac-ac直接变换型；另一种是有中间隔离的直流环节，即ac-dc-dc-ac变换型，后一种由于具有很大的灵活性，故应用最为广泛。

2、本发明是基于有内高频变压器隔离直流环节的电力电子变压器的启动控制方法，其拓扑结构包括输入级模块化级联的pwm整流器、中间级内高频dc-dc变换器以及输出级逆变器。目前电力电子变压器常见的控制方式是采用分级启动控制，即首先是输入级pwm整流器启动，其启动过程分为两个阶段，即不可控整流充电和可控整流充电，前一过程具有较大的电流谐波，和启动冲击电流；后一过程主要实现高功率因数整流。当pwm整流器直流侧输出电压达到目标设定值时，中间级内高频dc-dc变换器启动工作，实现高效率、大范围的输入输出电压等级变换，接着，当dc-dc变换器的输出直流母线电压达到设定值后，输出级dc-ac变换器逆变控制程序才开始启动，因此，当前ept的启动过程普遍采用逐级顺序启动控制。

3、上述方法存在的主要问题是由于输入级pwm整流器的输出电压达到设定值后，即高功率因数整流过程结束后，中间级dc-dc变换器才开始工作，而dc-dc变换器的启动瞬间，由于其输出侧直流母线电压为零。这样，使得dc-dc变换器的输入和输出电压差较大，很容易导致内高频变压器输入侧绕组在器件开通瞬间通过大电流，其中的直流分量还容易导致高频变压器磁饱和，使得变压器发热严重，缩短了高频变压器的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有的ept逐级启动带来的启动电流大、启动时间长、器件开关应力大、内高频变压器初级绕组容易出现直流磁化、发热严重等不足，提出一种高频链电力电子变压器综合协同最小启动电流控制方法。

2、本发明的技术方案为：

3、一种内高频链电力电子变压器最小启动电流控制方法，其特征在于，电力电子变压器的功率主电路拓扑结构主要包括输入级pwm整流器、中间级内高频dc-dc变换器以及输出级逆变器；所述的输入级pwm整流器和中间级dc-dc变换器相结合，在输入级的输出直流母线电压上升过程中就启动dc-dc变换器工作，由分级控制变成多级综合协同同时控制，使dc-dc变换器输入侧直流母线电压和输出侧直流母线电压之差减小，抑制高频变压器的输入级绕组启动瞬间的冲击电流，从而实现内高频变压器最小启动电流的控制。

4、进一步的，所述的输入级为模块化级联pwm整流器，采用级联多电平技术提高输入侧电压等级和输入功率因数。

5、进一步的，所述的中间级为一个内高频dc-dc变换器，采用高频化实现高效率和小体积，以实现大范围输入输出电压等级变换和电气隔离，dc-dc变换器输出级采用并联方式增大了输出电流。

6、进一步的，所述的输出级为一个模块化级联的电压源型逆变器，一个lc型滤波器，实现低电压/大电流等级逆变。

7、与现有技术相比，本发明的系统具有以下优点：

8、(1)本发明提供一种高频链电力电子变压器综合协同最小电流启动控制方法，它通过将输入级pwm整流器和中间级dc-dc变换器相结合，在输入级的输出直流母线电压上升过程中就启动内高频dc-dc变换器以及输出级逆变器开始工作，由传统变换器逐级启动控制变成多级协同同时启动控制，减小dc-dc变换器输入侧直流母线电压和输出侧直流母线电压之差，大幅度的抑制高频变压器初级绕组启动冲击电流，从而实现内高频变压器最小启动电流控制。

9、(2)本发明设计了一种高频链电力电子变压器综合协同最小电流启动控制方法，可以防止变压器初级绕组直流磁化饱和，提高ept使用寿命。该方案不仅限于电力电子变压器结构拓扑，凡含有内高频变压器的级联组合变流器都可以适用，应用范围广。

10、(3)本发明设计的多级协同同时控制启动控制策略，输入侧变流器的输出直流母线电压由于同时启动控制策略的原因而大幅度降低，可以有效减小dc-dc变换器中功率器件开关应力，提高系统的可靠性。

11、(4)本发明设计的多级协同同时控制启动控制策略，还有效地缩短了系统从初始状态到稳定状态的启动时间。

技术特征：

1.一种内高频链电力电子变压器最小启动电流控制方法，其特征在于，电力电子变压器的功率主电路拓扑结构主要包括输入级pwm整流器、中间级内高频dc-dc变换器以及输出级逆变器；所述的输入级pwm整流器和中间级dc-dc变换器相结合，在输入级的输出直流母线电压上升过程中就启动dc-dc变换器工作，由分级控制变成多级综合协同同时控制，使dc-dc变换器输入侧直流母线电压和输出侧直流母线电压之差减小，抑制高频变压器的输入级绕组启动瞬间的冲击电流，从而实现内高频变压器最小启动电流的控制。

2.根据权利要求1所述的内高频链电力电子变压器最小启动电流控制方法，其特征在于，所述的输入级为模块化级联pwm整流器，采用级联多电平技术提高输入侧电压等级和输入功率因数。

3.根据权利要求1所述的内高频链电力电子变压器最小启动电流控制方法，其特征在于，所述的中间级为一个内高频dc-dc变换器，采用高频化实现高效率和小体积，以实现大范围输入输出电压等级变换和电气隔离，dc-dc变换器输出级采用并联方式增大了输出电流。

4.根据权利要求3所述的内高频链电力电子变压器最小启动电流控制方法，其特征在于，所述的输出级为一个模块化级联的电压源型逆变器，一个lc型滤波器，实现低电压/大电流等级逆变。

技术总结
本发明公开了一种内高频链电力电子变压器最小启动电流控制方法，其中EPT的拓扑结构包括输入级PWM整流器、中间级内高频DC‑DC变换器以及输出级电压源型逆变器。本发明将输入级PWM整流器和中间级DC‑DC变换器相结合，在输入级PWM整流器的输出直流母线电压上升过程中就启动DC‑DC变换器工作，输出级DC‑AC逆变器在满足最小逆变直流母线启动电压的条件下就启动逆变程序，形成多级协同同时控制，目的是减小内高频DC‑DC变换器输入和输出侧直流母线电压之差，达到抑制高频变压器初级绕组启动冲击电流的目的。与传统EPT所采用的逐级启动控制相比，本发明可以大大降低内高频变压器输入侧绕组启动冲击电流，避免高频变压器铁芯出现直流磁化、磁饱和、延长EPT使用寿命。

技术研发人员：龙波,杨婉迪,李星宇,张佳豪,胡庆华
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12