一种模块化直流变压器的能量均衡控制方法、装置及设备与流程

本技术涉及直流输电，尤其涉及一种模块化直流变压器的能量均衡控制方法、装置及设备。

背景技术：

1、与常规的dc-dc变换器不同，模块化多电平dc-dc变换器不仅结构复杂，且引入了大量的子模块电容作为电压支撑和能量缓冲单元，大量的能量缓冲单元参与能量传输导致模块化多电平直流变换器mmdc带有复杂的内部功率流。子模块电容以串联方式支持电压，模块化多电平直流变换器mmdc内部任何子模块或桥臂单元能量的不稳定或不平衡都会影响变换器的正常运行。对于模块化多电平直流变换器mmdc一个重要的控制是子模块电容电压的均衡，子模块电容电压的均衡对于保证模块化多电平直流变换器mmdc稳定运行至关重要，为需要解决的重要控制问题。

2、由于直流变换器mmdc的一次侧电源会出现一定的波动，或者负载的不稳定也会导致直流变压器的功率发生变化，从而导致直流变换器mmdc的原边侧电压波动或者电压不匹配，从而直接使用简单的排序算法平衡直流变换器mmdc原边侧电压波动或者电压不匹配时，直流变换器mmdc的子模块的能量无法平衡。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种模块化直流变压器的能量均衡控制方法、装置及设备，用于解决现有模块化多电平直流变换器mmdc内部任何子模块或桥臂单元能量的不稳定或不平衡都会影响变换器的正常运行的技术问题。

2、为了实现上述目的，本技术实施例提供如下技术方案：

3、一方面，提供了一种模块化直流变压器的能量均衡控制方法，包括以下步骤：

4、获取模块化直流变压器中桥臂在任一时间段各个子模块的电容电压和脉冲移相，根据各个所述子模块的电容电压判断各个所述子模块的电容电压是否平衡；

5、若至少有一个所述子模块的电容电压不平衡，根据所有所述脉冲移相按从小到大排序，得到所述桥臂的脉冲移相序列；根据所有所述电容电压按从小到大排序，得到排序后所述桥臂的电容电压集；

6、获取模块化直流变压器中桥臂在该时间段内各个所述子模块的参数数据，根据每个所述子模块的所述参数数据计算该时间段内对应所述子模块的吸收能量；

7、根据所述脉冲移相序列按电容电压集的排序控制对应所述子模块依次吸收对应的所述吸收能量，以调整各个所述子模块的电容电压平衡。

8、优选地，所述子模块的所述参数数据包括脉冲移相和所述子模块的半个开关周期时长，根据每个所述子模块的所述参数数据计算该时间段内对应所述子模块的吸收能量包括：

9、获取与所述子模块对应所述桥臂在该时间段内的桥臂电流以及该时间段的初始时刻和结束时刻；

10、根据所述脉冲移相、所述半个开关周期时长、所述桥臂电流、所述初始时刻和所述结束时刻采用吸收电荷量公式计算，得到对应所述子模块在该时间段内的吸收能量；

11、其中，所述吸收电荷量公式为：

12、

13、式中，qi为第i子模块的吸收能量，tend为时间段t的结束时刻，tstart为时间段t的初始时刻，di为第i子模块的脉冲移相，th为半个开关周期时长，ial(t)为时间段t的桥臂电流。

14、优选地，获取与所述子模块对应所述桥臂在该时间段内的桥臂电流包括：

15、获取模块化直流变压器在该时间段内的输入电压以及其桥臂的差模电流分量和其中频变压器的传输功率；

16、根据所述传输功率和所述输入电压计算，得到对应所述桥臂的共模电流；

17、根据所述共模电流和所述差模电流分量采用桥臂电流公式计算，得到对应所述桥臂在该时间段内的桥臂电流；

18、其中，所述桥臂电流公式为：ial＝idc1/2-i/2，idc1＝p/vdc1，式中，ial为桥臂电流，idc1为桥臂的共模电流，i/2为差模电流分量；p为中频变压器的传输功率，vdc1为模块化直流变压器的输入电压。

19、优选地，获取所述中频变压器的传输功率的内容包括：

20、根据该时间段确定模块化直流变压器中桥臂的各个子模块的工作模式，所述工作模式包括第一工作模态、第二工作模态和/或第三工作模态；

21、获取所述模块化直流变压器的电气量参数，根据所述工作模式和所述电气量参数计算，得到所述中频变压器交流侧的原边吸收总能量；所述电气量参数包括原边交流侧等效电压、最大脉冲移相、输入电压、输出电压、半个开关周期时长、原边等效电感和变压比；

22、根据所述原边吸收总能量和所述半个开关周期时长计算，得到所述中频变压器的传输功率。

23、优选地，若所述工作模式包括一个工作模态，得到所述中频变压器交流侧的原边吸收总能量包括：根据该工作模态对应的所述电气量参数计算，得到所述中频变压器的原边交流侧电压和原边交流侧电流；根据所述原边交流侧电压和所述原边交流侧电流计算，得到所述中频变压器在该工作模态下的原边吸收能量并将所述原边吸收能量作为所述中频变压器交流侧的原边吸收总能量。

24、优选地，若所述工作模式包括至少两个工作模态，得到所述中频变压器交流侧的原边吸收总能量包括：

25、根据每个所述工作模态对应的所述电气量参数计算，得到对应工作模态下变压器的原边交流侧电压和原边交流侧电流；

26、根据所述原边交流侧电压和所述原边交流侧电流计算，得到对应工作模态下所述中频变压器的原边吸收能量；

27、将所有所述工作模态下的所述原边吸收能量总和作为所述中频变压器交流侧的原边吸收总能量。

28、又一方面，提供了一种模块化直流变压器的能量均衡控制装置，包括数据获取及判断模块、数据排序模块、计算模块和平衡调整模块；

29、所述数据获取及判断模块，用于获取模块化直流变压器中桥臂在任一时间段各个子模块的电容电压和脉冲移相，根据各个所述子模块的电容电压判断各个所述子模块的电容电压是否平衡；

30、所述数据排序模块，用于根据至少有一个所述子模块的电容电压不平衡，根据所有所述脉冲移相按从小到大排序，得到所述桥臂的脉冲移相序列；根据所有所述电容电压按从小到大排序，得到排序后所述桥臂的电容电压集；

31、所述计算模块，用于获取模块化直流变压器中桥臂在该时间段内各个所述子模块的参数数据，根据每个所述子模块的所述参数数据计算该时间段内对应所述子模块的吸收能量；

32、所述平衡调整模块，用于根据所述脉冲移相序列按电容电压集的排序控制对应所述子模块依次吸收对应的所述吸收能量，以调整各个所述子模块的电容电压平衡。

33、优选地，所述子模块的所述参数数据包括脉冲移相和所述子模块的半个开关周期时长，所述计算模块包括参数获取子模块和计算子模块；

34、所述参数获取子模块，用于获取与所述子模块对应所述桥臂在该时间段内的桥臂电流以及该时间段的初始时刻和结束时刻；

35、所述计算子模块，用于根据所述脉冲移相、所述半个开关周期时长、所述桥臂电流、所述初始时刻和所述结束时刻采用吸收电荷量公式计算，得到对应所述子模块在该时间段内的吸收能量；

36、其中，所述吸收电荷量公式为：

37、

38、式中，qi为第i子模块的吸收能量，tend为时间段t的结束时刻，tstart为时间段t的初始时刻，di为第i子模块的脉冲移相，th为半个开关周期时长，ial(t)为时间段t的桥臂电流。

39、优选地，所述参数获取子模块还用于获取模块化直流变压器在该时间段内的输入电压以及其桥臂的差模电流分量和其中频变压器的传输功率；根据所述传输功率和所述输入电压计算，得到对应所述桥臂的共模电流；根据所述共模电流和所述差模电流分量采用桥臂电流公式计算，得到对应所述桥臂在该时间段内的桥臂电流；其中，所述桥臂电流公式为：ial＝idc1/2-i/2，idc1＝p/vdc1，式中，ial为桥臂电流，idc1为桥臂的共模电流，i/2为差模电流分量；p为中频变压器的传输功率，vdc1为模块化直流变压器的输入电压。

40、再一方面，提供了一种终端设备，包括处理器以及存储器；

41、所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

42、所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的模块化直流变压器的能量均衡控制方法。

43、该模块化直流变压器的能量均衡控制方法、装置及设备，该方法包括获取模块化直流变压器中桥臂在任一时间段各个子模块的电容电压和脉冲移相，根据各个子模块的电容电压判断各个子模块的电容电压是否平衡；若至少有一个子模块的电容电压不平衡，根据所有脉冲移相按从小到大排序，得到桥臂的脉冲移相序列；根据所有电容电压按从小到大排序，得到排序后桥臂的电容电压集；获取模块化直流变压器中桥臂在该时间段内各个子模块的参数数据，根据每个子模块的参数数据计算该时间段内对应子模块的吸收能量；根据脉冲移相序列按电容电压集的排序控制对应子模块依次吸收对应的吸收能量，以调整各个子模块的电容电压平衡。从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：该模块化直流变压器的能量均衡控制方法通过脉冲移相序列按电容电压集的排序控制对应子模块依次吸收对应的吸收能量，以调整各个子模块的电容电压平衡；通过脉冲移相可以改变中频变压器的二次侧电压占空比，从而使得模块化直流变压器中mmdc子模块电容能量平衡，并且全范围正常运行；解决了现有模块化多电平直流变换器mmdc内部任何子模块或桥臂单元能量的不稳定或不平衡都会影响变换器的正常运行的技术问题。