[发明专利]一种自阻断型真双极电力电子变压器系统及控制方法

说明书

一种自阻断型真双极电力电子变压器系统及控制方法，该系统拓扑为正负真双极系统，由三级构成；第一级为开关管T1、T2、T3、T4构成的高压侧阻断直流短路故障模块，当发生直流短路故障时封锁脉冲，阻断短路电流；第二级为开关管Q1～Q8和高频变压器构成了以高频链为核心的双向对称LLC谐振电路；第三级为开关管T5～T12构成了四个串联Buck‑Boost电路，以实现电压源或电流源模式下的潮流控制，当发生直流短路故障时，和高压侧T1、T2、T3、T4开关管同时封锁脉冲，阻断短路电流。

技术领域

本发明属于直流微电网、直流配电网、新能源并网等电压变换及能量的双向传输领域，具体涉及一种自阻断型真双极电力电子变压器系统及控制方法。

背景技术

直流配电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段，近些年受到广泛关注。电力电子变压器作为直流配电网电压变换、能量传输及阻断直流侧故障电流的关键设备也获得了快速发展。有文献提出了“半桥+Buck”结构，半桥采用开环控制，使半桥变换器的占空比为0.5，通过调节Buck变换器的占空比来控制输出电压，但是能量只能单向流动，无法满足能量双向流动要求；另有文献提出了一种“Boost+LLC”级联结构，这种结构的缺点是Boost电路是一个非最小相位系统，在对其进行调节器设计时会比较困难，同样无法实现能量双向流动；有文献提出了对单一可控管Buck进行级联或对单一可控管Boost进行级联，无法实现电气隔离与能量的双向流动。另外还存在其他问题，如：无法满足高电压应用场合、端口数量及工作模式有限、故障阻断及故障恢复能力不完善等。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种适用于直流配电网的可阻断直流故障电流的四端口电力电子变压器拓扑；其次，基于该新型拓扑，提出了工作于不同端口的电压源或电流源模式的闭环控制和模块均压控制方法，而且可实现能量的双向流动；最后，在上述控制方法的基础上提出了直流故障阻断、隔离及故障恢复方法。

本发明采用如下的技术方案实现：

本发明的第一方面提供了一种自阻断型真双极电力电子变压器系统，包括拓扑结构对称的正极子系统和负极子系统；所述变压器系统包括三级拓扑结构；

第一级包括开关管T1、T2、T3、T4构成的高压侧阻断直流短路故障模块，当发生直流短路故障时封锁脉冲，阻断短路电流；

第二级包括开关管Q1～Q8和高频变压器，构成以高频链为核心的双向对称LLC谐振电路；

第三级包括由开关管T5～T12构成的四个串联Buck-Boost电路，形成低压侧阻断直流短路故障模块，以实现电压源或电流源模式下的潮流控制，当发生直流短路故障时，和高压侧T1、T2、T3、T4开关管同时封锁脉冲，阻断短路电流。

进一步的，高压侧和低压侧的电压额定值分别为±800V和±400V。

进一步的，当系统的电压等级更高时，可按照电压等级扩展到N个串联模块。

进一步的，所述变压器系统为四端口电力电子变压器系统，分别为高压侧正极、负极端口和低压侧正极、负极端口；

每个端口包括启动回路，所述启动回路包括并联连接的主接触器和软启动回路；所述软启动回路由软启接触器和软启电阻串联连接形成。

进一步的，L_r1和C_r1构成高频变压器原边LC谐振网络，L_r2和C_r2组成高频变压器副边LC谐振网络，L_m为高频变压器的励磁电感，高频变压器变比为4:3。

进一步的，PT1/PT2、PT3/PT4分别为高压侧和低压侧电压互感器，用作端口电压采样；