[发明专利]一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法

说明书

本发明公开一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法，基于双电容模块构成的固态变压器的电容电压平衡控制策略进行了分级控制，在模块控制器对模块内部电容电压进行平衡，在系统主控制器中对模块间电容电压进行平衡。本发明虽然模块控制器计算量有所增加，但是由于只增加了比较和逻辑运算，因此对微控制器硬件资源需求不大；分级控制减少了模块控制器与主控制器之间的通讯需求，降低了主控制器的计算量，与此同时，两级电压平衡控制可同时进行运算，节省了运算时间。

技术领域

本发明涉及一种电容电压平衡控制方法，尤其涉及一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法。

背景技术

随着能源供需矛盾日益突出，可再生能源的开发和有效利用越来越受到重视。能源互联网是提高能源利用效率的有效途径，其中，固态变压器是核心设备。固态变压器，也称电力电子变压器或电子电力变压器是利用多电平变换器和中高频变压器一起来实现不同形式，不同电压等级的电压变换以及能量的双向传输，具有环保、器件体积小、输出电压质量好等优点，已经成为学者们公认的一种有效的能源传输和管理方式。固态变压器为了与高压母线相连接，往往采用适用于高压场合的多电平变换器，如级联H桥变换器或模块化多电平变换器，其主要目的是通过半桥或全桥单电容电路模块的串联以达到较高的电压等级。但是，简单的模块串联会造成相关的辅助电路增加，特别是在电压等级很高，模块数量很大的情况下。因此，有学者提出采用双电容模块来代替原有的单电容模块以解决上述问题。与此同时，还有学者对双电容模块的拓扑进行了改进，可进一步减少与模块电容相连的DC/DC变换器的数量，从而降低硬件复杂度。尽管如此，为了系统的稳定运行，每个模块的电容电压仍然要被采集并被送到主控制器为控制信号的产生提供依据，也就是说，在控制系统和通讯需求方面，这与采用单电容模块是相同的。要降低控制复杂度和通讯需求，主要矛盾在于电容电压的平衡控制，特别是每个模块内部的电容电压平衡控制。如果能将双电容模块中两个电容之间的平衡控制放在模块内部，而将两个电容电压之和或其平均值送至主控制器即可降低通讯需求，同时对于主控制器来说，需要进行计算和排序的电压数量也减少了一半。

发明内容

发明目的：为解决高压应用场合中固态变压器控制复杂度较高和通讯需求较大的问题，提供一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法。

技术方案：本发明所述的一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法，具体包括以下步骤：

(1)在系统运行过程中，各模块控制器分别测量和采集各模块内部的电容电压值U_cij，其中i表示模块序号，j表示模块内电容序号；

(2)确定模块内两个电容电压差值的阈值U_exc，其中U_exc大于0；

(3)模块控制器向系统主控制器发送模块内两个电容电压之和U_ci＝U_ci1+U_ci2或两个电容电压的平均值U_{ci_av}＝(U_ci1+U_ci2)/2；

(4)系统主控制器根据接收到的各模块电容电压之和U_ci或电容电压的平均值U_{ci_av}，计算电容电压平均值U_{c_av}＝(ΣU_ci)/n或(ΣU_{ci_av})/(n/2)，其中，n为多电平变换器中电容的数量；当U_ci2U_{c_av}或U_{ci_av}U_{c_av}，则减少第i个模块电容充电的开关导通时间或增加第i个模块电容放电的开关导通时间；当U_ci2U_{c_av}或U_{ci_av}U_{c_av}，则增加第i个模块电容充电的开关导通时间或减少第i个模块电容放电的开关导通时间；

(5)系统主控制器向模块控制器发送用以控制该模块电容充放电的开关控制信号；