[发明专利]供电模块的移相控制方法、三相供电模块及供电系统

说明书

本发明提供一种供电模块的移相控制方法、三相供电模块及供电系统。供电模块包括对应输出N个AC侧电压的N个逆变单元，N个逆变单元对应耦接N个高频AC端，N个高频AC端级联并连接一后级整流电路，移相控制方法包括：设置至少两种移相顺序，其中N个逆变单元的N个AC侧电压在至少两种移相顺序中的相位排列序号皆不相同；在一开关周期中，控制N个逆变单元的N个AC侧电压彼此以至少两种移相顺序中的第一移相顺序移相第一角度；在另一开关周期中，控制N个逆变单元的N个AC侧电压彼此以至少两种移相顺序中的第二移相顺序移相所述第一角度。本发明实现了宽范围高效率输出及均功率控制，可抑制DC‑Link电压的二倍频波动，并可减少模块数目和控制器数目。

技术领域

本发明涉及一种电力电子技术，特别是涉及一种供电模块的移相控制方法、三相供电模块及供电系统。

背景技术

固态变压器(Solid-state-transformer，SST)，在数据中心、电动汽车充换电站、光伏、储能等直流用电或发电领域具有广阔的应用前景。在这些应用场合，一般要求输出电压宽范围。

例如，数据中心对供电电压的要求：电信240V(200-290V)；移动336V(280-400V)；未来750V(625-900V)等。电动汽车充换电站的电池充电电压范围为：200V-500V或200V-1000V。

并且，SST作为电能转换系统，人们通常希望其效率比较高。同时，由于SST多为高压输入，并采用模块化结构，所以人们通常希望模块之间的功率均衡，以方便系统的一致性设计。

如图1所示，其示出了现有的基于单相模块的三相固态变压器(SST)100’的具体拓扑图，所述三相固态变压器100’是由A相、B相和C相等三个单相变换器组合而成，每相包含有N个模块10’，以A相为例，其包含了模块Cell1A～Cell NA等N个模块10’。每个模块10’可包含一个前级的H桥电路11’(例如为AC-DC电路)和一个后级的DC-DC隔离电路12’(多为LLC电路)。每相的N个模块10’为输入串联输出并联(ISOP)，例如输入侧为H桥级联电路(CHB)，输出为LLC隔离电路并联。三相所有的输出并联，形成总的低压直流总线(BUS)。在图1所示的实施例中，通过后级的原副边移相控制(升压)以及原边占空比控制(降压)可实现一定程度的宽范围电压输出。

由图1可见，现有的拓扑总共包含3*N个模块，模块的数目众多，为系统结构设计增加了困难，不利于系统集成。当系统进一步向高压发展时，模块的数目将会变得更多，即以3的倍数增长，不利于进一步的扩展。各模块处理单相功率，其功率具有二倍频波动，引起相应的DC-link(如图1中黑色加深区域所示)的电压波动或LLC谐振腔电流二倍频波动。即便LLC电路采用抑制功率波动控制环，仍然难以抑制LLC谐振腔电流二倍频波动，从而造成LLC电路的额外损耗。且三相的LLC电路难以均流，需要采用复杂的均压均流算法进行模块功率的均衡。与此同时，LLC电路调整输出电压方案极其有限，可以采用调频、移相或调节占空比，但是调频会影响系统的效率，移相或调节占空比会造成LLC电路的原边逆变电路ZVS(Zero Voltage Switch)丢失，从而造成损耗增加。

针对后级的LLC电路拓扑，专利US10804809B1提出一种高频级联变换器，其中各个LLC的高频AC端即变压器副边高频级联后与一AC-DC电路相连输出。与SST单相模块调压方式类似，其可通过原副边交流电压之间移相控制(升压)以及原边占空比控制(降压)实现一定程度的宽范围电压输出，但其同样存在宽范围输出时，丢失ZVS的情况，影响系统的效率。