一种变电系统、功率变换器及母线电容减小方法与流程

本申请涉及电力电子功率变换器领域，具体涉及一种变电系统、功率变换器及母线电容减小方法。

背景技术：

1、随着功率变换器的快速发展，对母线直流电压波动的稳定性要求越来越高，ac/dc+dc/dc两级式电力电子功率变换器广泛应用于连接三相电网的系统中，在ac/dc+dc/dc两级式电力电子功率变换器进行工作时，由于直流母线的控制带宽有限，当前后级负载功率突加突降载时，由于负载功率变化较大会出现两级间直流母线电压不稳定。

2、为了抑制由于负载功率突变引起的上述直流母线电压波动，现有的ac/dc+dc/dc两级式电力电子功率变换器通常使用较大的中间母线电容，通过较大电容使得两级间直流母线电压稳定，然而设置较大的母线电容会减少功率输出，极大地影响变换器的电源功率密度，同时会增加成本，以及缩短变换器系统的使用寿命。

3、而直接采用较小母线电容虽然可以提高电源功率密度和使用寿命，但是会带来负载动态变化时母线电压的波动。

4、基于此，需要一种新的功率变换器母线电容应用方案。

技术实现思路

1、有鉴于此，本说明书实施例提供一种变电系统、功率变换器及母线电容减小方法，该功率变换器使用较小母线电容，能够有效地稳定母线电压，抑制电压纹波，以此达到减小母线电容的目的。

2、本说明书实施例提供以下技术方案：

3、一种功率变换器母线电容减小方法，包括：

4、实时采样母线电压，并将母线电压采样值与预设母线电压给定值作差得到差值，其中母线为多级功率变换器之间的母线；

5、当监测到所述差值超过第一设定阈值时，根据功率流向对功率流入测的pwm驱动进行封锁，以在缺失所述pwm驱动的作用下，功率变换器的母线电压未出现过压；

6、以及，在所述pwm驱动的封锁期间，当监测到所述差值小于第二设定阈值时，解封所述pwm驱动，以在所述pwm驱动的重新作用后，功率变换器的母线电压未出现欠压；

7、其中，第一设定阈值用于表征在所述pwm驱动的作用下，母线上出现过压而造成功率变换器可能进入过压保护时对应的安全阈值，第二设定阈值用于表征在所述pwm驱动被封锁时，母线上出现欠压而造成功率变换器输出电压可能开始出现下降时对应的安全阈值。

8、当所述电压差值超过第一预设阈值时，根据功率流向短暂封锁功率流入测的pwm驱动，使pwm驱动切换至封锁状态，此时需要判断变换器的运行模式是整流模式还是逆变模式，根据功率流向，封锁ac/dc功率流入侧或dc/dc功率流入侧的pwm驱动，以实现母线不过压；

9、以及，当检测到电压过冲，如果是整流模式，封锁ac/dc功率流入侧的pwm，变换器将ac电转换为dc电，当功率流向为从电网到直流母线时，系统封锁ac/dc功率流入侧的pwm，以停止从电网充入直流母线电容的功率，抑制母线电压的继续上升，防止母线电压过压停机，而dc/dc的pwm不变，不影响变换器的输出。

10、如果是逆变模式时，封锁dc/dc侧的pwm，抑制母线电压的继续上升，防止母线电压停机，而ac/dc的pwm不变，不影响变换器的输出。

11、其中，当pwm封锁的时长达到第一预设时长，监测器监测差值电压降至第二设定阈值时，进行解封pwm驱动，通过输入侧的滞环控制pwm驱动的恢复，恢复pwm输出，变换器可以继续正常运行。

12、优选地，在整流模式下，三相电网为变换器输入，变换器输出接直流负载，整流后的直流电通过一个中间直流母线，用于平滑电压波形，以减少电压纹波。

13、优选地，在pwm被封锁后，系统会通过滞环恢复机制来重新启动pwm输出，滞环恢复设置一个第一设定阈值和一个第二设定阈值，形成一个滞环控制带；

14、和/或，当母线电压降低到滞环带的第一设定阈值时，pwm输出会被重新启动，pwm输出会被恢复，允许电流重新流入母线电容，以防止欠压；

15、和/或，当母线电压上升到滞环带的第二设定阈值时，pwm输出会被再次封锁，以防止电压过冲；

16、和/或，母线电压上下阈值之间的差值，决定系统的响应速度和稳定性。

17、电压动态变化的电压差值小于第二设定阈值时，实际电压低于设定电压，控制系统发出指令，解除对pwm信号的封锁；

18、和/或，为了避免电压和电流的突然变化，解封过程是渐进的，pwm占空比逐渐增加至正常水平；

19、和/或，解封pwm后，系统会使用滞环控制来维持电压稳定，系统稳定后，pi控制器将逐渐接管，进行电压调节。

20、滞环控制对负载变化或电源波动响应，滞环宽度决定系统的稳定性和响应速度；

21、和/或，宽滞环以减少系统的响应敏感度，以维持母线电压的稳定；

22、和/或，窄滞环以提高系统的响应速度。

23、与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：

24、本发明通过实时监控中间母线电压，当发现母线可能会出现过压时，及时根据当前的功率流动方向，短暂封锁功率流入侧的pwm驱动，使得在缺失pwm驱动下，输入侧不能持续地上在母线上形成可能过冲的输出电压，即通过阻止功率继续向母线电容充入，能够避免功率转换器因母线过压而进入过压保护状态，保证了功率变换器能够持续地正常工作；以及，当符合解封条件时，又能够及时解封pwm驱动，使得在pwm驱动下输入侧继续持续地上在母线上形成可靠的输出电压，即通过将功率继续向母线电容充入，能够避免了功率转换器因母线欠压而导致最终输出电压下降的可能，同样保证了功率变换器能够持续地正常工作。

25、因此，通过实时监测母线电压，并及时地针对输入侧进行pwm封锁和解封，有效地改善了输入侧的输入功率对母线上电压的波动影响，所以本申请能够使用较小的母线电容，即无需使用较大母线电容，就能够很好地维持住母线上电压，避免母线上出现稳定性差、电压纹波大等不稳定电压。另外，因使用较小的母线电容，就能够稳定住母线电压，实现负载动态变化时不影响母线电压的波动，并提高了电源功率密度，以及功率变换器收到负载变化的影响小，能够实现前后级的解构。

技术特征：

1.一种功率变换器母线电容减小方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的功率变换器母线电容减小方法，其特征在于，在所述pwm驱动的封锁期间，当封锁的时长达到第一预设时长，则解封所述pwm驱动。

3.根据权利要求1所述的功率变换器母线电容减小方法，其特征在于，在解封所述pwm驱动时，通过输入侧的滞环控制所述pwm驱动的恢复；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的功率变换器母线电容减小方法，其特征在于，当监测到所述差值超过第一设定阈值时，根据功率流向对功率流入侧的pwm驱动进行封锁，包括：监测到所述差值超过第一设定阈值的时长持续到第二预设时长，则根据功率流向对功率流入测的pwm驱动进行封锁。

5.一种功率变换器，其特征在于，包括控制器，其中所述控制器用于执行如权利要求1-4中任意一项所述的功率变换器母线电容减小方法。

6.根据权利要求5所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器还包括两级式电力电子功率变换器，其中两级式电力电子功率变换器为ac-dc变换器+dc-dc变换器，ac-dc变换器用于连接电网侧或交流负载，dc-dc变换器用于连接储能电池或直流负载，所述控制器还用于检测所述两级式电力电子功率变换器的功率流向。

7.根据权利要求6所述的功率变换器，其特征在于，ac-dc变换器和dc-dc变换器均为双向的变换器。

8.一种变电系统，其特征在于，包括输入电源、功率变换器和负载，其中功率变换器为如权利要求5-7中任一项所述的功率变换器，所述功率变换器的一端连接所述输入电源，所述功率变换器的另一端连接所述负载，所述功率变换器用于将所述输入电源的电能向所述负载提供。

9.根据权利要求8所述的变电系统，其特征在于，当所述功率变换器为双向的功率变换器时，所述输入电源包括储能系统，以及所述负载包括电网；或者，当所述功率变换器为双向的功率变换器时，所述输入电源包括电网，以及所述负载包括储能系统。

10.根据权利要求9所述的变电系统，其特征在于，所述电网包括三相电网，所述储能系统包括储能柜。

技术总结
本申请提供一种变电系统、功率变换器及母线电容减小方法，应用于电力电子功率变换器领域，该功率控制方法包括：实时采集母线电压的值，连续监测母线电压并提供实时数据，并将采集到的母线电压值与预先设定的母线电压给定值进行比较，当母线电压的差值超过预设阙值时，根据功率流动方向，短暂封锁功率流入侧的PWM驱动，防止母线电压过冲；封锁PWM一段时间后，通过滞环恢复PWM和PI控制回路来稳定母线电压。本发明通过一种功率变换器母线电容减小方法及装置，可以实现对母线电压的实时监控，维持电压稳定，防止过冲，从而减小母线电容的需求，能够在不牺牲动态稳压性能的前提下，提高变换器的功率密度和使用寿命。

技术研发人员：蔡骊,宫元凯,雷少辉
受保护的技术使用者：致瞻科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/19