[发明专利]适用于电力电子变压器的自适应投切方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法、装置及系统，包括获取电力电子变压器初始状态下的输出有功功率，所述电力电子变压器中包括若干个子功率模块，所述子功率模块均包括前级的AC/DC变换器和后级的高频隔离模块；基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，得到新状态的电力电子变压器，并调控新状态的电力电子变压器中各子功率模块交流输出电压的d轴、q轴分量，实现模块化电力电子变压器功率的优化分配和稳定运行。本发明在轻载工况下仅保持部分高频隔离模块并列供电，有效提升设备整体效率。

技术领域

本发明属于电力电子自动控制技术领域，具体涉及一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法。

背景技术

电力电子变压器实现了功率传输、电压等级变换、电气隔离等功能，并可提供直流负荷电源储能以直流端口。以典型的两端口交流/直流变压器为例，电力电子变压器包括前级的AC/DC变换器以及后级的双有源桥式变换电路(Dual Active Bridge，DAB)，即高频隔离模块。而受限于半导体器件耐压等级的影响，前级AC/DC变换器一般多采用模块化结构；同时，目前大功率的高频变压器的最大容量一般为100kVA左右。综合上述两项器件特性的影响，工程上投运的电力电子变压器多采用图1所示的串入并出型的模块化结构。电力电子变压器前级的AC/DC变换器采用级联H桥结构，AC/DC变换器开关频率低，开关损耗低，整体效率较高且可保持在99％左右。电力电子变压器的后级采用图2所示的高频变换器，变换器能量转换级数多，并且低负载工况下高频隔离模块难以实现软开关；因此，该部分变换器轻载工况下运行效率较低。

发明内容

为突破电力电子变压器轻载工况下整体效率低的劣势，实现全功率范围内的高效运行，本专利提出了一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法，轻载工况下仅保持部分高频隔离模块并列供电，有效提升设备整体效率。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法，包括：

获取电力电子变压器初始状态下的输出有功功率，所述电力电子变压器中包括若干个子功率模块，所述子功率模块均包括前级的AC/DC变换器和后级的高频隔离模块；

基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，得到新状态的电力电子变压器，并调控新状态的电力电子变压器中各子功率模块交流输出电压的d轴、q轴分量，实现电力电子变压器模块功率优化分配，完成电力电子变压器模块的自适应投切。

可选地，所述新状态的电力电子变压器包括相连的第一功率模组和第二功率模组，所述第一功率模组中的所有AC/DC模块和高频隔离模块均处于运行状态；所述第二功率模组中的所有AC/DC模块均处于运行状态，所有高频隔离模块均处于待机状态。

可选地，所述基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，具体包括以下步骤：

将获取到的电力电子变压器的输出有功功率，带入下式，求得电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数：

当时：

式中，其中N_1m＝1，2…N，N为电力电子变压器中的子功率模块总数，α、β分别表示电力电子变压器输出有无功功率、无功功率的标幺值；N_E为电力电子变压器中的冗余子功率模块的数目，电力电子变压器高频隔离部分的损耗P_R表达式为：