[发明专利]一种应用于三相固态变压器的冗余控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种应用于三相固态变压器的冗余控制系统及方法，其技术特点在于：1、一种应用于三相固态变压器的冗余控制系统，其特征在于：包括：A、B、C三相中多个功率模块和一个冗余功率模块，多个功率模块之间采用输入级串联级联，输出级并联级联的连接方式；A、B、C三相共享一个冗余功率模块，该冗余功率模块分为输入级、隔离级和输出级三个部分，其输入级连接三个高压半控旁路开关S_{R_1}‑S_{R_3}，输出级连接三个低压全控开关S_{R_4}‑S_{R_6}；输入级为6个开关管组成的整流单元，输出级为4个开关管构成的逆变单元。本发明减少了冗余功率模块的应用数量，减少了替换故障功率模块的过渡时间，有效提高了系统的运行可靠性。

技术领域

本发明属于配电网交直流接口类固态变压器技术领域，尤其是一种应用于三相固态变压器的冗余控制系统及方法。

背景技术

近年来电力电子装置在电力系统各个环节的应用愈加广泛，电力电子化的电力系统已经成为未来电网发展的一个可以预见的趋势。能源需求的持续增长、环境污染等问题的日益严峻推进了以电为中心、清洁化为特征的能源结构调整，对清洁能源的开发利用成为世界主要国家的共同选择。在电力电子化的城市配电网进程中，交直流接口类电力电子设备占据着很大的比重，其基于电力电子变换器为输配网互联、交直流配网互联以及分布式能源和各种形式负荷接入等，提供标准化接口，是智能配网系统的能量变换枢纽。

其中，固态变压器，又名为电力电子变压器，是交直流接口类设备的重要组成部分。它在完成常规变压器变压、隔离、能量传递等功能的同时，也可以完成波形控制、电能质量调节、潮流控制和系统稳定控制等功能。作为一种新型的功率变压器，固态变压器将在未来的智能电网中逐渐占据优势，成为主流发展趋势。

在固态变压器的实际应用中，可靠性是一个主要的考虑因素，当设备内部发生故障时，快速提供无缝供电具有非常重要的意义。针对此种问题，冗余控制是一种有效的提升设备运行可靠性的解决方案。

传统的冗余控制技术分为冷、热冗余控制。正常工况下，热冗余控制中冗余功率模块和其他功率模块共同工作。当发生故障时，故障功率模块将被切除，而其他功率模块自适应的调整直至新的工作平衡点。冷冗余控制中，冗余功率模块是在故障功率模块被切除后在进行充电以进行工作，进而延长了过渡时间。由此可能产生一定的浪涌电流，影响设备和系统的安全性。此外，对于三相固态变压器，此种冷热冗余控制需要三个冗余功率模块，由此提高了装备的冗余成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、动态响应速度快且可靠性高的应用于三相固态变压器的冗余控制系统及方法。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种应用于三相固态变压器的冗余控制系统，包括：A、B、C三相中多个功率模块和一个冗余功率模块，多个功率模块之间采用输入级串联级联，输出级并联级联的连接方式；A、B、C三相共享一个冗余功率模块，该冗余功率模块分为输入级、隔离级和输出级三个部分，其输入级连接三个高压半控旁路开关S_{R_1}-S_{R_3}，输出级连接三个低压全控开关S_{R_4}-S_{R_6}；输入级为6个开关管组成的整流单元，输出级为4个开关管构成的逆变单元。

一种应用于三相固态变压器的冗余控制方法，包括以下步骤：

步骤1、启动固态变压器，对冗余功率模块低压直流侧进行不可控整流，进而将交流电变换为隔离级所需直流电；

步骤2、固态变压器完成启动后，对冗余功率模块低压直流侧进行充电和维持，使冗余功率模块低压侧直流电压维持在参考值；