[发明专利]固态变压器及其母线电压均衡方法

说明书

提供一种固态变压器及其母线电压均衡方法，该固态变压器可包括多个级联模块(M1‑Mn)以及母线电压均衡模块(10,20a，20n，30a，30n)。其中，各级联模块的输入端串联，各级联模块的输出端并联作为固态变压器的并联输出端，母线电压均衡模块并联于固态变压器的并联输出端。各级联模块中可包括母线电容(c1‑c4,1，n)，该母线电压均衡模块可通过消耗各级联模块中母线电容的部分能量来均衡各级联模块的母线电压，成本低，适用性强。

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种固态变压器及其母线电压均衡方法。

背景技术

为了克服供配电系统中传统电力变压器的体积过大、无法稳定输出电压以及无法改善电能质量的问题，固态变压器(solid state transformer，SST)由于其体积小，可以维持输出电压的稳定以及改善输入侧的功率因数和电流谐波指标的特点，代替了供配电系统中的传统电力变压器，具有较大的发展潜力。

目前，固态变压器的输入是电压等级高的中高压电网，由于现有的电力电子器件不能满足其电压等级的要求，因此一般会采用多模块级联的方式来解决单个模块电压等级不足的问题。然而，由于固态变压器中各模块的器件参数存在差异(如电容参数、驱动参数或者负载大小不同)，会导致各模块启动过程中的母线电压不平衡，从而导致了各模块的控制电源系统工作异常(如频繁的起、停)，甚至还会导致母线电压过压失效以使固态变压器无法正常工作。这时，如图1所示，可采用能量双向流动的直流(direct current，DC)/DC拓扑结构实现模块之间的母线电压均衡，但是成本较高，且在固态变压器不能正常工作时无法实现模块之间的母线电压均衡，适用性低。

发明内容

本申请提供一种固态变压器及其母线电压均衡方法，可通过母线电压均衡模块去均衡各级联模块的母线电压，成本低，适用性强。

第一方面，本申请提供了一种固态变压器，该固态变压器可包括多个级联模块以及母线电压均衡模块。其中，各级联模块的输入端串联，各级联模块的输出端并联作为固态变压器的并联输出端，该级联模块中可包括母线电容(如直流母线上相互串联的所有电容)。母线电压均衡模块并联于固态变压器的并联输出端，换言之，多个级联模块共用一个母线电压均衡模块。其中，母线电压均衡模块中可包括负载和/或开关器件和/或其它器件。该母线电压均衡模块用于消耗各级联模块中母线电容的部分能量，以均衡各级联模块的母线电压(即各级联模块的母线电压一致或者相同)。本申请可以将各级联模块中的母线电容的两端电压称之为各级联模块的母线电压。在本申请中，可通过母线电压均衡模块消耗各级联模块中母线电容的部分能量，从而可以使各级联模块的母线电压达到均衡，成本更低，适用性更强。

结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，上述母线电压均衡模块可包括负载，该负载可并联于固态变压器的并联输出端以消耗各级联模块中母线电容的部分能量。换句话说，可在该固态变压器的并联输出端添加负载，以使该负载消耗各级联模块中母线电容的部分能量，从而实现各级联模块的母线电压均衡，成本更低，适用性更强。

结合第一方面或者第一方面第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，上述各级联模块中还可包括模块控制器。任一级联模块中的模块控制器用于在任一级联模块中母线电容的两端电压大于母线参考电压时，将母线电容中除母线参考电压对应的能量之外的部分能量泄放到负载。其中，母线参考电压为各级联模块的母线电压的母线电压均值，或者各级联模块的母线电压中的最小母线电压，或者由各级联模块的母线电压确定的其它母线电压值。在本申请提供的固态变压器中，可通过模块控制器将母线电容中过剩的部分能量泄放到负载，从而可实现各级联模块的母线电压均衡，成本更低，适用性更强。