一种三段式直流变压器启动过程限流方法及系统

本发明属于变压器控制，具体涉及一种三段式直流变压器启动过程限流方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着电力电子技术、新能源发电技术和储能技术的迅速发展，以分布式能源、电动汽车、储能为代表的直流“源-荷-储”越来越多。基于直流配电的新型电力系统相比与传统的交流系统能更好地适应现代生活对分布式能源的需求和未来“源-网-荷-储”的发展。

3、直流变压器作为基于直流配电的新型电力系统的核心装备，连接着不同电压等级的直流母线、直流负荷、储能等关键设备，其故障穿越能、启动恢复速度、效率等指标对系统高可靠运行极为重要。

4、基于串联谐振变换器的直流变压器(series resonant converter dctransformer,src-dct)具有拓扑结构简单、可靠性高、效率高、刚性电压传输比、双向工作能力等优势，在我国的直流变压器或直流配电网工程中已经被广泛采用。

5、然而，在传统的src-dct中，存在启动电压电流过冲大、启动速度慢、器件过应力等问题。进而导致了启动过程中src-dct易损坏、直流配电网电压建立缓慢甚至建立失败、故障穿越恢复慢等问题，严重制约了src-dct的应用推广。

6、但据发明人了解，针对src-dct启动问题，目前策略多采用缓增占比的方法，这种方式在在启动初期占空比较小时，未能充分利用src-dct的最大允许电流，启动速度慢，而如果占空比增速较快，则会导致启动中期任意出现电流过冲，非常容易导致器件过电流损坏。目前还有缓增初级h桥内移相角的软启动方法，这种方法同样面临“缓增占比的方法”中存在的问题，且内移相角在启动初期需要非常小，考虑开关器件的导通死区后难以精确实现。此外，还有变频启动方法，但变频启动方法适合谐振电感l较大的llc变换器，针对谐振电感较小的src-dct，为了限制谐振腔电流、初始启动阶段的开关频率需要近10倍高于谐振频率，过高的开关频率很难在大功率src-dct上实现。

7、针对缓增占空比方法，文献yang d,chen c,duan s,et al.a variable dutycycle soft start-up strategy for llc series resonant converter based onoptimal current limiting curve[j].ieee transactions on power electronics,2016,31(11):1-1.提出了通过迭代计算电路模型获得表示占空比和输出电压关系的“最优限流曲线(optimal current limiting curve,occ)”的方法，取得了较好的启动性能。根据src-dct的输出电压，然后通过最优限流曲线，就可以获得此输出电压下使src-dct能充分利用最大允许电流的占空比。这种方法能保证在整个启动过程中，src-dct的谐振腔电流峰值一直保持在最大允许电流，充分利用了器件性能。然而“最优限流曲线”的获得过程需要建立复杂的电路模型和数学模型，通过反复迭代才能获得“最优限流曲线”的数值解，获取方式复杂，难以快速适应拓扑和电路参数的改变。目前鲜有对获得“最优限流曲线”的解析形式表达式，精确限制启动电流策略的研究。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了一种三段式直流变压器启动过程限流方法及系统，本发明将启动过程分为三个阶段，每个阶段均使用一个可计算占空比的公式，确定当前时刻输出占比的值，精确限制峰值电流，具有实施方式简单、快速适应变换器参数变化、计算量小的特点。

2、根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

3、一种三段式直流变压器启动过程限流方法，包括以下步骤：

4、获取src-dct谐振电感、谐振电容和变压器变比，获取src-dct的输入侧电压和输出侧电压；

5、根据src-dct的变压器变比和输出侧电压，计算归一化后的输出电压；

6、预先设定最大允许峰值电流，根据谐振电感和谐振电容参数，对最大允许峰值电流进行归一化；

7、综合归一化后的输出电压和归一化后的最大允许峰值电流，判断src-dct当前工作阶段；

8、根据所处的工作阶段，根据对应的解析形式的占空比求取模型，求取此时src-dct应工作的占空比；

9、当src-dct占空比达到设定值后，启动过程结束，维持所述占空比。

10、作为可选择的实施方式，根据src-dct的变压器变比和输出侧电压，计算归一化后的输出电压的具体过程包括：

11、vo,n＝nvo

12、其中，vo为输出侧电压，n为变压器变比。

13、作为可选择的实施方式，预先设定最大允许峰值电流的具体过程包括根据双脉冲测得的关断电流与电压过冲的关系，预先设定最大允许峰值电流ilr,m使得关断电压在安全要求的电压以下。

14、作为可选择的实施方式，对最大允许峰值电流进行归一化的具体过程包括：

15、根据谐振电感电容参数，得到谐振腔特性阻抗对最大允许峰值电流ilr,m进行归一化得到ilr,n,m：

16、

17、lr为谐振电感值，cr为谐振电容值。

18、作为可选择的实施方式，判断src-dct当前工作阶段的具体过程包括：

19、

20、其中，δv为输入电压vi与归一化后输出电压vo的差值，ilr,n,m为归一化后的最大允许峰值电流。

21、作为可选择的实施方式，所述占空比求取模型为：

22、阶段1:

23、阶段2:

24、阶段3:θk＝θk-1+δθ,θk≤π

25、其中，θ为角度量，阶段3中，θ会被缓慢地强制增加到π，增加速率为δθ，k和k-1代表第k次和k-1次控制周期中θ的值。

26、作为进一步的实施方式，占空比d由角度量θ表示，关系为d＝θ/π。

27、一种三段式直流变压器启动过程限流系统，包括：

28、参数获取模块，被配置为获取src-dct谐振电感、谐振电容和变压器变比，获取src-dct的输入侧电压和输出侧电压；

29、微控制器，被配置为根据src-dct的变压器变比和输出侧电压，计算归一化后的输出电压；

30、预先设定最大允许峰值电流，根据谐振电感和谐振电容参数，对最大允许峰值电流进行归一化；

31、综合归一化后的输出电压和归一化后的最大允许峰值电流，判断src-dct当前工作阶段；

32、根据所处的工作阶段，根据对应的解析形式的占空比求取模型，求取此时src-dct应工作的占空比；

33、当src-dct占空比达到设定值后，启动过程结束，维持所述占空比。

34、一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法中的步骤。

35、一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法中的步骤。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

37、1、本发明在src-dct启动时，使用定频启动，避免了变频启动高开关频率带来的驱动电路和开关器件成本的升高问题。启动策略适用范围大。

38、2、本发明简单容易实施，仅需要把启动过程划分为3个阶段，使用三个解析形式的公式，便可以实现，避免了传统基于“最优限流曲线”启动方法中“最优限流曲线”获取方式复杂，难以适应变换器参数变化，难以在线计算的问题，降低了对控制器性能的要求，可降低控制器硬件成本。

39、3、本发明可以精确限制和利用最大允许峰值电流，使启动过程中src-dct的谐振腔电流保持在最大允许电流，充分利用谐振腔传递功率的极限值，启动速度极快。同时避免了过大电流引起的器件过流损坏，避免了过谐振变换器关断电流过大引起电压尖峰的导致器件过电压损坏。

40、4、本发明只需要检测输入和输出电压，且无需高带宽电压传感器，无需高带宽高速电流传感器，降低了对传感器性能的需求，可降低变换器的传感器成本。

41、5、本发明不需要固定输入或输出电压值，可在变换器输出电压为低于额定电压的任意值下启动，多工况适应能力强，适合作为分布式微源黑启动的控制方法。

42、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。