CN112583244B - 电力电子变压器系统直流母线电容的均压控制装置和方法 - Google Patents

电力电子变压器系统直流母线电容的均压控制装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电力电子变压器系统预充电过程中直流母线电容的均压控制装置和方法，在所述装置中，对应每个功率模块，控制单元检测直流母线电容的电压，并根据闭合指令控制第一旁路开关闭合和根据断开指令控制第一旁路开关断开；主控模块用于在电力电子变压器系统启动时控制预充开关断开以为每个直流母线电容充电，并接收每个控制单元检测到的直流母线电容的电压，以及以多个递增的预设电压值依次进行如下控制：在任一功率模块中的直流母线电容的电压大于预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元发送闭合指令，并在所有功率模块中的直流母线电容的电压达到预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元发送断开指令。

Description

电力电子变压器系统直流母线电容的均压控制装置和方法
技术领域
本发明涉及电力电子变压器系统技术领域，具体涉及一种电力电子变压器系统预充电过程中直流母线电容的均压控制装置和一种电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制方法。
背景技术
在电力电子变压器系统中，每个功率模块中AC/DC直流母线并联直流母线电容，在电力电子变压器启动时，对直流母线电容预充电时可能会存在各个电容不均压的情况。目前常用的解决方式为在直流母线电容旁并联平衡电阻，达到消除电容不均压的目的，但并联的平衡电阻会消耗功率，降低整个系统的效率，同时增加系统的体积和成本。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制装置和方法，不仅能够降低能耗，提高系统效率，还能够减小系统的体积和成本。
本发明采用的技术方案如下：
一种电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制装置，所述电力电子变压器系统包括多个功率模块，所述多个功率模块的交流输入端依次串联，并通过预充电阻接入交流电源，所述多个功率模块的直流输出端相并联，每个所述功率模块包括AC/DC单元和DC//DC谐振单元，所述AC/DC单元的交流侧作为所述功率模块的交流输入端，所述AC/DC单元的直流侧并联有所述直流母线电容，所述DC//DC谐振单元的一侧与所述AC/DC单元的直流侧相连、另一侧作为所述功率模块的直流输出端，所述均压控制装置包括预充开关、主控模块和对应每个所述功率模块设置的第一旁路开关、控制单元，其中，所述预充开关与所述预充电阻并联；对应每个所述功率模块，所述第一旁路开关并联于所述交流输入端，所述控制单元分别与所述直流母线电容和所述第一旁路开关相连，所述控制单元用于检测所述直流母线电容的电压，并用于根据闭合指令控制所述第一旁路开关闭合和根据断开指令控制所述第一旁路开关断开；所述主控模块分别与所述预充开关和每个所述控制单元相连，所述主控模块用于在所述电力电子变压器系统启动时控制所述预充开关断开以为每个所述功率模块中的直流母线电容充电，并接收每个所述控制单元检测到的直流母线电容的电压，以及以多个递增的预设电压值依次进行如下控制：在任一功率模块中的直流母线电容的电压大于预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元发送所述闭合指令，并在所有功率模块中的直流母线电容的电压达到所述预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元发送所述断开指令。
所述多个递增的预设电压值均处于0和所述直流母线电容所能承受的最高电压Umax之间。
所述电力电子变压器系统为单相系统或三相系统。
所述主控模块通过光纤与每个所述控制单元相连。
所述主控模块在预设时间内未接收到某一控制单元检测的直流母线电容的电压时，判断该控制单元对应的功率模块发生故障。
一种基于上述电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制装置的均压控制方法，包括：S1，在所述电力电子变压器系统启动时控制所述预充开关断开以为每个所述功率模块中的直流母线电容充电；S2，每个所述控制单元检测对应的功率模块中直流母线电容的电压；S3，在任一功率模块中的直流母线电容的电压大于预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元发送闭合指令，以控制该功率模块对应的第一旁路开关闭合；S4，在所有功率模块中的直流母线电容的电压达到所述预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元发送断开指令，以控制该功率模块对应的第一旁路开关断开，以多个递增的预设电压值依次执行步骤S3和S4。
本发明的有益效果：
本发明通过检测每个功率模块中直流母线电容的电压，在电力电子变压器预充电过程中任一功率模块中的直流母线电容的电压大于预设电压值时，控制该功率模块对应的第一旁路开关闭合，以停止向该功率模块中的直流母线电容充电，并在所有功率模块中的直流母线电容的电压达到预设电压值时，控制该功率模块对应的第一旁路开关断开，以继续向该功率模块中的直流母线电容充电，以多个递增的预设电压值如此重复多次，由此，无需在电力电子变压器系统电路中设置平衡电阻，便可在电力电子变压器预充电时实现各直流母线电容的均压，不仅能够降低能耗，提高系统效率，还能够减小系统的体积和成本。
附图说明
图1为本发明一个实施例的电力电子变压器系统的电路拓扑图；
图2为本发明实施例的电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制装置的方框示意图；
图3为本发明实施例的电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例的电力电子变压器系统包括多个功率模块，多个功率模块的交流输入端依次串联，并通过预充电阻R和电感L接入交流电源，多个功率模块的直流输出端相并联。在本发明的一个实施例中，电力电子变压器系统可为单相系统或三相系统。图1示出的为单相系统，单相电源的火线和零线端分别连接串联的多个交流输入端的两端。当电力电子变压器系统为三相系统时，三相电源的每个相线连接串联的至少一个交流输入端的一端，该串联的至少一个交流输入端的另一端与零线相连或三相星型或角型连接。
如图1所示，每个功率模块包括AC/DC单元和DC//DC谐振单元，AC/DC单元的交流侧作为功率模块的交流输入端，AC/DC单元的直流侧并联有直流母线电容C，DC//DC谐振单元的一侧与AC/DC单元的直流侧相连、另一侧作为功率模块的直流输出端。
如图1和图2所示，本发明实施例的均压控制装置包括预充开关10、主控模块20和对应每个功率模块设置的第一旁路开关30、控制单元40。其中，预充开关10与预充电阻R并联；对应每个功率模块，第一旁路开关30并联于交流输入端，控制单元40分别与直流母线电容C和第一旁路开关30相连，控制单元40用于检测直流母线电容C的电压，并用于根据闭合指令控制第一旁路开关30闭合和根据断开指令控制第一旁路开关30断开；主控模块20分别与预充开关10和每个控制单元40相连，主控模块20用于在电力电子变压器系统启动时控制预充开关10断开以为每个功率模块中的直流母线电容C充电，并接收每个控制单元40检测到的直流母线电容C的电压，以及以多个递增的预设电压值依次进行如下控制：在任一功率模块中的直流母线电容C的电压大于预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元40发送闭合指令，并在所有功率模块中的直流母线电容C的电压达到预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元40发送断开指令。
其中，上述的多个递增的预设电压值均处于0和直流母线电容C所能承受的最高电压Umax之间。举例而言，上述的多个递增的预设电压值可为Umax/2、3Umax/5、7Umax/10、4Umax/5、9Umax/10。通过以多个递增的预设电压值对每个功率模块中的直流母线电容进行充电控制，能够使多个功率模块中直流母线电容的电压逐渐接近均衡。
在本发明的一个具体实施例中，主控模块20可通过光纤与每个控制单元40相连，即主控模块20与每个控制单元40可通过光纤通信进行电压检测数据和控制指令的传输。
根据本发明实施例的电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制装置，通过检测每个功率模块中直流母线电容的电压，在电力电子变压器预充电过程中任一功率模块中的直流母线电容的电压大于预设电压值时，控制该功率模块对应的第一旁路开关闭合，以停止向该功率模块中的直流母线电容充电，并在所有功率模块中的直流母线电容的电压达到预设电压值时，控制该功率模块对应的第一旁路开关断开，以继续向该功率模块中的直流母线电容充电，以多个递增的预设电压值如此重复多次，由此，无需在电力电子变压器系统电路中设置平衡电阻，便可在电力电子变压器预充电时实现各直流母线电容的均压，不仅能够降低能耗，提高系统效率，还能够减小系统的体积和成本。
此外，在本发明的一个实施例中，主控模块20可在预设时间内未接收到某一控制单元40检测的直流母线电容的电压时，判断该控制单元40对应的功率模块发生故障。
基于上述实施例的电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制装置，本发明还提出一种电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制方法。
如图3所示，本发明实施例的电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制方法，包括以下步骤：
S1，在电力电子变压器系统启动时控制预充开关断开以为每个功率模块中的直流母线电容充电。
S2，每个控制单元检测对应的功率模块中直流母线电容的电压。
S3，在任一功率模块中的直流母线电容的电压大于预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元发送闭合指令，以控制该功率模块对应的第一旁路开关闭合。
S4，在所有功率模块中的直流母线电容的电压达到预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元发送断开指令，以控制该功率模块对应的第一旁路开关断开。
以多个递增的预设电压值依次执行步骤S3和S4。
举例而言，首先可在任一功率模块中的直流母线电容的电压大于Umax/2时，向该功率模块对应的控制单元发送闭合指令，以控制该功率模块对应的第一旁路开关闭合；在所有功率模块中的直流母线电容的电压达到Umax/2时，向该功率模块对应的控制单元发送断开指令，以控制该功率模块对应的第一旁路开关断开。然后，依次以预设电压值为3Umax/5、7Umax/10、4Umax/5、9Umax/10进行第一旁路开关的闭合、断开控制，能够使多个功率模块中直流母线电容的电压逐渐接近均衡。
根据本发明实施例的电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制方法，通过检测每个功率模块中直流母线电容的电压，在电力电子变压器预充电过程中任一功率模块中的直流母线电容的电压大于预设电压值时，控制该功率模块对应的第一旁路开关闭合，以停止向该功率模块中的直流母线电容充电，并在所有功率模块中的直流母线电容的电压达到预设电压值时，控制该功率模块对应的第一旁路开关断开，以继续向该功率模块中的直流母线电容充电，以多个递增的预设电压值如此重复多次，由此，无需在电力电子变压器系统电路中设置平衡电阻，便可在预充电过程中实现各直流母线电容的均压，不仅能够降低能耗，提高系统效率，还能够减小系统的体积和成本。
此外，还可在预设时间内未接收到某一功率模块中直流母线电容的电压时，判断该功率模块发生故障。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制装置，其特征在于，所述电力电子变压器系统包括多个功率模块，所述多个功率模块的交流输入端依次串联，并通过预充电阻接入交流电源，所述多个功率模块的直流输出端相并联，每个所述功率模块包括AC/DC单元和DC//DC谐振单元，所述AC/DC单元的交流侧作为所述功率模块的交流输入端，所述AC/DC单元的直流侧并联有所述直流母线电容，所述DC//DC谐振单元的一侧与所述AC/DC单元的直流侧相连、另一侧作为所述功率模块的直流输出端，所述均压控制装置包括预充开关、主控模块和对应每个所述功率模块设置的第一旁路开关、控制单元，其中，
所述预充开关与所述预充电阻并联；
对应每个所述功率模块，所述第一旁路开关并联于所述交流输入端，所述控制单元分别与所述直流母线电容和所述第一旁路开关相连，所述控制单元用于检测所述直流母线电容的电压，并用于根据闭合指令控制所述第一旁路开关闭合和根据断开指令控制所述第一旁路开关断开；
所述主控模块分别与所述预充开关和每个所述控制单元相连，所述主控模块用于在所述电力电子变压器系统启动时控制所述预充开关断开以为每个所述功率模块中的直流母线电容充电，并接收每个所述控制单元检测到的直流母线电容的电压，以及以多个递增的预设电压值依次进行如下控制：在任一功率模块中的直流母线电容的电压大于预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元发送所述闭合指令，并在所有功率模块中的直流母线电容的电压达到所述预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元发送所述断开指令。
2.根据权利要求1所述的电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制装置，其特征在于，所述多个递增的预设电压值均处于0和所述直流母线电容所能承受的最高电压Umax之间。
3.根据权利要求1所述的电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制装置，其特征在于，所述电力电子变压器系统为单相系统或三相系统。
4.根据权利要求1所述的电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制装置，其特征在于，所述主控模块通过光纤与每个所述控制单元相连。
5.根据权利要求1所述的电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制装置，其特征在于，所述主控模块在预设时间内未接收到某一控制单元检测的直流母线电容的电压时，判断该控制单元对应的功率模块发生故障。
6.一种基于权利要求1-5中任一项所述的电力电子变压器系统中直流母线电容的均压控制装置的均压控制方法，其特征在于，包括：
S1，在所述电力电子变压器系统启动时控制所述预充开关断开以为每个所述功率模块中的直流母线电容充电；
S2，每个所述控制单元检测对应的功率模块中直流母线电容的电压；
S3，在任一功率模块中的直流母线电容的电压大于预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元发送闭合指令，以控制该功率模块对应的第一旁路开关闭合；
S4，在所有功率模块中的直流母线电容的电压达到所述预设电压值时，向该功率模块对应的控制单元发送断开指令，以控制该功率模块对应的第一旁路开关断开，
以多个递增的预设电压值依次执行步骤S3和S4。
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