一种电力电子变压器的软起动控制方法与流程

本发明属于高压系统软起动过程中电压均衡控制方法，具体涉及一种应用于10kv/1kv直流高压系统电力电子变压器的软起动控制方法。

背景技术：

1、随着社会经济及能源政策不断发展， 能源需求与不可再生能源短缺的矛盾日渐突出。分布式能源系统具有灵活可控、投资少、适合可再生能源应用等优点， 使得分布式电源灵活接入日渐成为满足负荷增长需求、提高能源综合利用效率和供电可靠性的有效途径。

2、在未来智能配电网中，主要由变压器和高频开关器件构成的传统配电网结构将会改变，微网系统作为分布式能源系统高效利用的主动配电网组网形式，可通过能源管理进行协调控制，实现能源的有序调配，是未来智能配用电系统的重要组成部分，对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。

3、传统的微网系统电压的等级都较低，目前微网并网实例有浙江舟山hvdc输电系统，但是针对微网中低压直流并网，为了电网安全，需要进行电气隔离设计。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种应用于10kv/1kv直流高压系统电力电子变压器的软起动控制方法。

2、本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电力电子变压器的软起动控制方法，基于高压侧和低压侧之间通过高频隔离变压器连接而成的10kv/1kv直流高压系统，高压侧的10个h桥功率模块串联后接到到公共10kv高压直流母线，其主回路继电器k1上并联预充电阻r1，低压侧由10个h桥功率模块并联而成，高频交流侧接入高频隔离变压器，其主回路继电器k2上并联预充电阻r2，包括如下步骤：

3、步骤1，分别通过预充电阻r1和r2对高低压侧h桥功率模块的直流支撑电容进行预充电；

4、步骤2，高低压侧各自完成直流支撑电容的预充电后闭合主回路继电器k1和k2并检测高低压侧的实际电压值；

5、步骤3，根据高低压侧实际电压判断是否需要开启原副边脉冲进行两端电压预充电操作，保证系统在正常运行前，电压变比对等，以减小启动冲击电流；

6、步骤4，若10kv高压侧无电压低压侧带电，则需要开启低压侧模块的脉冲，采用低压到高压的预充电方法对高压侧进行预充电，同时要保证高压侧各个串联h桥功率模块之间的均压问题；

7、步骤5，若1kv低压侧无电压高压侧带电，则需要开启高压侧模块的脉冲，采用高压到低压的预充电方法对低压侧进行预充电，同样要保证高压侧各个串联h桥功率模块之间的均压问题；

8、步骤6，当高低压侧电压皆预充电完成，则可以进行正常启动，此时需要先封锁所有h桥功率模块的脉冲，再同时开启高低压侧h桥功率模块的脉冲，并以0电流指令控制高低压侧的功率流动，达到启动冲击电流的控制目的。

9、进一步，所述步骤4中低压到高压的预充电方法为：先开启低压侧脉冲，对高压侧保持封脉冲的状态；然后控制低压侧h桥功率模块的两个桥臂的脉冲移相角从0°开始错相位，使得低压侧功率能传输到高压侧；最后在功率传输过程中需要控制低压侧各个h桥功率模块对高压侧的预充速度，保证进行充电过程中高压侧各个h桥功率模块直流支撑电容的电压均衡，充电快的模块其桥臂移相速度减缓，反之则移相速度加快。

10、进一步，所述步骤5中高压到低压的预充电方法为：先开启高压侧脉冲，对低压侧保持封脉冲的状态；然后控制高压侧h桥功率模块的两个桥臂的脉冲移相角从0°开始错相位，使得高压侧功率能传输到低压侧；最后在功率传输过程中需要控制高压侧各个h桥功率模块对低压侧的预充速度，保证进行充电过程中高压侧各个h桥功率模块直流支撑电容的电压均衡，电压高的模块其桥臂移相速度加快，反之则移相速度减缓。

11、进一步，所述步骤6中10kv/1kv直流高压系统的正常启动方法为：先快速封锁预充过程中所开启的脉冲；然后控制高低压侧h桥功率模块的两个桥臂的脉冲移相角错相180°，并使得高低压侧的第一个桥臂处于同相位状态；最后以0电流指令控制高低压侧的功率流动，达到启动冲击电流的控制目的，再通过控制目的切入电压环进行稳压控制。

12、更进一步，所述高低压侧的h桥功率模块均为10个。

13、本发明的有益效果是：本发明的软起动控制方法保证10kv直流电网在启动过程各个模块电压均衡，又确保另外一端电压从0°开始预充，减小启动过程的预充电流冲击问题。本发明控制方法基于高频隔离双有源电路为基础，通过电源不同情况启动不同位置的桥臂脉冲，在实现预充电的目的基础上，同时保证高压侧各个模块的电压均衡问题。本发明不但具备正反向预充电的功能，而且保证在预充过程中高压侧各个功率模块均压的控制，防止高压系统因为过压导致一连串不可逆转的设备损坏。

技术特征：

1.一种电力电子变压器的软起动控制方法，基于高压侧和低压侧之间通过高频隔离变压器连接而成的10kv/1kv直流高压系统，高压侧的多个h桥功率模块串联后接到到公共10kv高压直流母线，其主回路继电器k1上并联预充电阻r1，低压侧由多个h桥功率模块并联而成，其主回路继电器k2上并联预充电阻r2，其特征在于：包括如下步骤

2.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器的软起动控制方法，其特征在于，所述步骤4中低压到高压的预充电方法为：先开启低压侧脉冲，对高压侧保持封脉冲的状态；然后控制低压侧h桥功率模块的两个桥臂的脉冲移相角从0°开始错相位，使得低压侧功率传输到高压侧；最后在功率传输过程中控制低压侧各个h桥功率模块对高压侧的预充速度，保证高压侧各个h桥功率模块直流支撑电容的电压均衡。

3.根据权利要求2所述的一种电力电子变压器的软起动控制方法，其特征在于，所述步骤5中高压到低压的预充电方法为：先开启高压侧脉冲，对低压侧保持封脉冲的状态；然后控制高压侧h桥功率模块的两个桥臂的脉冲移相角从0°开始错相位，使得高压侧功率传输到低压侧；最后在功率传输过程中控制高压侧各个h桥功率模块对低压侧的预充速度，保证高压侧各个h桥功率模块直流支撑电容的电压均衡。

4.根据权利要求3所述的一种电力电子变压器的软起动控制方法，其特征在于，所述步骤6中的正常启动方法为：先快速封锁预充过程中所开启的脉冲；然后控制高低压侧h桥功率模块的两个桥臂的脉冲移相角错相180°，并使得高低压侧的第一个桥臂处于同相位状态；最后以0电流指令控制高低压侧的功率流动，启动冲击电流切入电压环进行稳压控制。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种电力电子变压器的软起动控制方法，其特征在于，所述高低压侧的h桥功率模块均为10个。

技术总结
本发明公开了一种应用于10kV/1kV直流高压系统电力电子变压器软起动控制方法，高压侧由10个H桥功率模块串联而成，低压侧由10个H桥功率模块并联，两者之间通过高频隔离变压器连接而成；系统启动前若有一侧直流电网未带电，则通过电力电子变压器对另外一端进行预充电操作，此时不管是高压侧对低压侧充电或反向，都需要在开脉冲时严格控制高压侧10个串联模块之间的电压均衡控制。本发明所提出的软起动控制方法保证10kV直流电网在启动过程各个模块电压均衡，又确保另外一端电压从0°开始预充，减小启动过程的预充电流冲击问题。

技术研发人员：何金平,林德荣,杜立天,张颖辉,罗国盛,王晓海
受保护的技术使用者：武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶集团有限公司第七一二研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13