[发明专利]基于无线电能传输的高压电力电子变压器驱动系统及方法

权利要求书

1.一种驱动优化控制方法，采用一种基于无线电能传输的高压电力电子变压器驱动系统，所述驱动系统包括发送端和接收端两部分，发送端输出电能由DC/AC模块控制发送电能，接收端由DC/DC模块控制接收电能并调整为开关管所需开通和关断电压，发送端和接收端之间通过空间电磁场和光纤线进行电能和信号的传输，通过气隙实现高压隔离；

所述DC/DC模块与DC/AC模块之间连接有谐振频率优化控制器，将输电谐振频率进行定向偏移，将发送端与接收端的安装间距在安全距离以外调整，优化开关管的响应时间和驱动效率，依次对相应的开关管进行通断控制；

其特征是：包括以下步骤：

步骤一，依次对各个驱动区域的发送端和接收端进行初始优化，将对应驱动区域的高压电力电子变压器控制信号改为开关管直通模式；

步骤二，对某一驱动区域，以谐振频率f和安装间距h为变量，以开关管响应时间t和供电传输效率n为优化目标，建立多目标优化函数f(t,n)，求取最优解集(f,h)，根据现场安装情况，折中选取谐振频率f和安装间距h，使得到的各个开关管开通和关断响应时间和供电效率满足供电要求；以此调整发送端的DC/AC模块输出以调整输电谐振频率f，实现谐振频率的定向偏移，发送端与接收端的安装间距h在最小安全距离以外任意调整；

步骤三，确认当前驱动区域的谐振频率和关断延时时间，进行下一个驱动区域的优化；

步骤四，全部优化完成后，接通高压电力电子变压器正常控制信号，根据高压电力电子变压器控制信号，判断所要控制开通桥臂对应的驱动区域；

步骤五，打开对应驱动区域的发送端DC/AC模块，此时配对的接收端在PWM驱动下，控制开关管开通和关断，同一驱动区域内的发送端发出输电磁场叠加增强，且互为冗余，采用步骤三优化得到的对应驱动区域的谐振频率；

步骤六，当更换接通桥臂时，首先通过DC/AC模块关断当前驱动区域的供电，根据步骤三的优化结果，延时一段时刻后对目标相应驱动区域执行供电，进行控制。

2.如权利要求1所述的驱动优化控制方法，其特征是：所述发送端与接收端按照所要驱动的开关管两两成对匹配，配对的发送端与接收端同轴设置；这样的设计能够保证基于无线电能传输的高压电力电子变压器驱动系统与高压电力电子变压器的各个MMC模块相对应，且在保证基于无线电能传输的高压电力电子变压器驱动系统的电气隔离性能前提下，降低安装应用复杂度，提高开关柜利用效率。

3.如权利要求1所述的驱动优化控制方法，其特征是：所述发送端与接收端安装在开关柜的安装支架上，发送端与接收端距离位置可调整。

4.如权利要求1所述的驱动优化控制方法，其特征是：根据发送端与接收端所驱动的高压电力电子变压器三相上下桥臂不同，将同一桥臂的发送端与接收端驱动系统排布在一起，形成互相隔离的驱动区域。

5.如权利要求4所述的驱动优化控制方法，其特征是：将同一驱动区域接收端按照所驱动的桥臂上开关管的绝对电位高低顺序，按照之字形顺时针排布，其中压差最高的两个接收端处于之字形的首尾位置，保证距离最远。

6.如权利要求5所述的驱动优化控制方法，其特征是：之字形排布后基于无线电能传输的高压电力电子变压器驱动系统的最小的空气间隙由输电线圈尺寸和开关管的承受的电压决定，其最小的空气间隙满足大于两倍电气隔离距离要求。

7.如权利要求5所述的驱动优化控制方法，其特征是：所述开关管为IGBT晶体管。

8.一种高压电力电子变压器，其特征是，应用一种基于无线电能传输的高压电力电子变压器驱动系统，所述一种基于无线电能传输的高压电力电子变压器驱动系统采用如权利要求1-7任一项所述的驱动优化控制方法；

所述高压电力电子变压器包括依次连接的高压侧全桥式模块化变流器、中压侧DC-DC隔离变换器和低压侧逆变器，其中：

所述高压侧全桥式模块化变流器包括三相桥臂，每相桥臂均包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均包括若干个串联的MMC模块，且每个MMC模块均包括多个串联的开关管，且所述开关管的通断由驱动系统控制。

9.一种如权利要求8所述的高压电力电子变压器的构建方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)依次连接高压侧全桥式模块化变流器、中压侧DC-DC隔离变换器和低压侧逆变器；

(2)构建高压侧全桥式模块化变流器，形成三相桥臂，每相桥臂均包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均包括若干个串联的MMC模块，且每个MMC模块均包括多个串联的开关管，且所述开关管的通断由基于无线电能传输的高压电力电子变压器驱动系统控制；

(3)构建基于无线电能传输的高压电力电子变压器驱动系统，连接发送端和接收端，发送端输出电能由DC/AC模块控制发送电能，接收端由DC/DC模块控制接收电能并调整为开关管所需开通和关断电压，发送端和接收端之间通过空间电磁场和光纤线进行电能和信号的传输，在DC/DC模块与DC/AC模块之间连接谐振频率优化控制器。