[发明专利]多功率模块并联的换流器中均流电抗器值的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及城市轨道交通技术领域，尤其涉及一种多功率模块并联的换流器中均流电抗器值的确定方法。

背景技术

21世纪的城市轨道交通是以节能环保为目标的绿色交通系统，在整个城市轨道交通系统中，车辆能耗的占比一般都超过整个系统能耗的50％。随着城市轨道交通技术的迅猛发展，对城轨车辆制动时产生能量的吸收和利用的研究越来越多。通过多换流器模块并联，可以增加UPS的容量及提高UPS的可靠性，但换流器并联同时存在各个换流器模块输出电流不一致的问题，则需要通过均流控制策略使得并联系统的各个换流器模块的输出电流一致。

为了提高回收装置的容量，模块的串并联技术是必不可少的，而模块并联带来的模块间环流问题一直是困扰工程师的难题，目前，比较通用抑制环流的方法有通过均流控制算法来抑制，还有一种是通过增加电抗器来抑制。通过均流控制算法来控制环流，一方面效果不是很理想，另一方面可靠性不高。均流电抗器是由绕在同一铁芯上的两个匝数相同的线圈组成(将线圈非同名端相联接)的一种三端口器件，采用均流电抗器均流损耗小，并且电感还有限制电流上升率的作用，能起到动态均流的效果。通过使用一个均流电抗器接在两个并联的元件电路中，可以使得当两个线圈内电流相等时，铁芯内激磁安匝相互抵消，几乎无铁芯损耗；若电流不等时，由均流电抗器产生一个电势，且所产生的电势能够使电流小的元件支路电流增大、电流大的元件支路电流减小，从而自动达到均流的效果。因而在并联元件较多的情况下，通常会采用适当数量的均流电抗器来实现动态均流，通过在其相邻支路中串联极性相反匝数相等的线圈,当发生电流不均时产生感应电势，使支路间保持均流。

在由多个功率模块并联构成的换流器中加均流电抗器，可以抑制并联模块之间由于器件导通关断特性不一致，以及两重控制脉冲之间的轻微延时而导致的环流。如图1所示为两个变流器并联构成的换流器中连接均流电抗器的结构，每相功率模块之间连接均流电抗器L的一相，L’均流电抗器中绕组的漏抗。当两个分支电流不同时，因铁芯的磁耦合作用，使绕在铁芯上的线圈产生感应电势，感应电势的产生势图使两分支电流相等，从而形成动态平衡。因逆变单元载波信号相位角不同，各并联功率模块瞬时输出电压不同，为了限制由于各换流器功率器件瞬时开关状态不同而导致的高频电流分量，必须设置均流电抗器。

均流电抗器会影响输出电流响应速度、系统冗余量以及系统体积等，因此均流电抗器参数选择对并联型换流器或串并联型换流器设计至关重要。目前在并联模块之间接入均流电抗器时，通常是采用普通电抗器，存在电抗器损耗大、体积大、成本高等问题，且均流电抗器都是基于经验取值，目前还没有一套规范、科学的方法以确定取值，而均流电抗器取值将直接影响到均流效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种具有实现方法简单、能够直接确定换流器中使各功率模块之间达到均流时所需的均流电抗器值，且均流电抗器值准确度高的多功率模块并联的换流器中均流电抗器值的确定方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种多功率模块并联的换流器中均流电抗器值的确定方法，步骤包括：

1)建立两个并联的功率模块之间连接均流电抗器并达到均流时的均流等效模型，由所述均流等效模型得到达到均流时均流电抗器值与两个所述功率模块之间输出电压差、环流大小的关系；

2)分别获取换流器中与待确定均流电抗器连接的两个目标功率模块的输出电压、输出电流，计算出输出电压差、环流大小后根据所述步骤1)得到的关系确定对应的均流电抗器值。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1)的具体步骤为：

1.1)由两个并联的功率模块、负载以及连接在两个所述功率模块之间的均流电抗器构成两条电流回路；忽略均流电抗器中绕组的漏抗，并计算达到均流时所述两条电流回路的电压计算等效方程，建立得到两个并联的功率模块之间连接均流电抗器并达到均流时的均流等效模型；

1.2)根据所述均流等效模型建立均流电抗器值与两个功率模块之间输出电压差、两个功率模块的输出电流的第一关系，以及建立两个功率模块之间输出电压差、环流以及相位角的第二关系；

1.3)由所述第一关系、第二关系得到均流电抗器值与两个所述功率模块之间输出电压差、环流大小的关系。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1.1)中对应两个功率模块的两条电流回路的电压计算等效方程为：