[发明专利]基于分布式高频变换的模块化固态变压器及其控制方法

权利要求书

1.一种基于分布式高频变换的模块化固态变压器，其特征在于，包括多个级联的模块，每个模块包括两个子变换器；第一子变换器依次通过辅助电感、高频变压器与第二子变换器连接；所述两个子变换器均由四个功率子模块构成，其中两个功率子模块串联后，与另外两个串联的功率子模块并联；所述功率子模块为半桥型结构或全桥型结构；第一子变换器的其中两个串联功率子模块的连接点与高频变压器原边一端连接，第一子变换器的另外两个串联功率子模块的连接点与高频变压器原边另一端连接；第二子变换器的其中两个串联功率子模块的连接点与高频变压器副边一端连接，第二子变换器的另外两个串联功率子模块的连接点与高频变压器副边另一端连接；模块化固态变压器包括以下3种控制模式：

当模块化固态变压器运行在LV电压控制模式中，HV母线电压固定，控制器采用电压电流双闭环控制，通过将LV的电压参考值V_i2ref与采样的第i个模块的第二子变换器直流侧电压V_i2做差后送入控制器，得到I_i2ref，将I_i2ref和第i个模块的第二子变换器直流侧电流I_i2做差后送入控制器后得到第一子变换器的输出电压V_hi1和第二子变换器的输出电压V_hi2之间的相位移相角D2，D2与给定的D1共同送入PWM调制得到开关信号，控制功率子模块中IGBT的通断，完成控制，其中D1是V_hi1和V_hi2自身的高低电平之间的移相角；

当模块化固态变压器运行在HV电压控制模式中，LV母线电压固定，控制器采用电压电流双闭环控制，通过将HV的电压参考值V_i1ref与采样的第i个模块的第一子变换器直流侧电压V_i1做差后送入控制器，得到I_i1ref，将I_i1ref和第i个模块的第一子变换器直流侧电流I_i1做差后送入控制器后得到V_hi1和V_hi2之间的相位移相角D2，D2与给定的D1共同送入PWM调制得到开关信号，控制功率子模块中IGBT的通断，完成控制，其中D1是V_hi1和V_hi2自身的高低电平之间的移相角；

当模块化固态变压器运行在功率控制模式中，LV和HV母线电压固定，控制器采用功率闭环控制，将采样电压V_i1和电流I_i1相乘后，再用传输功率的参考值P_iref减去V_i1和I_i1的乘积得到差值，将差值送入控制器，得到V_hi1和V_hi2之间的相位移相角D2，D2与给定的D1共同送入PWM调制得到开关信号，控制功率子模块中IGBT的通断，完成控制，其中D1是V_hi1和V_hi2自身的高低电平之间的移相角；

其中，LV电压控制模式即低压控制模式；HV电压控制模式即高压控制模式。

2.根据权利要求1所述的基于分布式高频变换的模块化固态变压器，其特征在于，所述功率子模块为半桥型结构，其输入是直流；每个半桥型结构包括一个电容、两个串联的IGBT及与每个IGBT反向并联的二极管；所述电容与IGBT所在支路并联；当半桥型结构的上IGBT导通时，表示该半桥模块的电容投入，此时半桥型结构的输出等于电容电压C_ixy上的电压U_cixy，当半桥型结构的下IGBT导通时，表示该半桥型结构的电容旁路，此时半桥型结构的输出等于0。

3.根据权利要求1所述的基于分布式高频变换的模块化固态变压器，其特征在于，所述功率子模块为全桥结构，则其输入为交流或者直流，每个全桥结构包括一个电容、两个并联的桥臂；每个桥臂包括两个串联的IGBT及与IGBT反向并联的二极管；所述电容与桥臂并联。