[发明专利]一种用于输入串联结构的均压电容调节器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种用于输入串联结构的均压电容调节器及其控制方法，均压电容调节器包括多个均压电容，相邻两个均压电容之间通过均压单元连接；均压单元包括两条并联的均压支路；第一均压支路包括依次连接的第一逆变电路、第一谐振电路、第一高频变压器和第一整流电路；第二均压支路包括依次连接的第二整流电路、第二高频变压器、第二谐振电路和第二逆变电路；其中第一逆变电路、第二整流电路一端均与第一均压电容连接；第一整流电路、第二逆变电路一端均与第二均压电容。本发明解决了在自取能时旁路冲击电流过大、均压电容掉电后子模块控制器无法向主控制器发送子模块状态信息、均压电容掉电后旁路开关误动作、以及启动时均压电容电压发散的问题。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是一种用于输入串联结构的均压电容调节器及其控制方法。

背景技术

在大功率高压输入低压输出的工业配电网、新能源发电、海底观测网供电系统以及电气化铁路场合中，高压直流变换器是实现功率传输的关键设备之一。受限于功率开关器件的电压应力，单个变换器难以承受输入高压。在这种场合中常用的直流变换器采用输入串联输出并联结构。输入串联输出并联直流变换器采用多个子模块在输入端串联，在输出端并联而成。其中，子模块中的取能及驱动电路往往采用自取能方式在通过辅助电源在输入端的均压电容上取电。虽然自取能方式简单经济，但是自取能方式存在如下问题：1)故障的子模块旁路困难，旁路瞬时将产生极大的电容放电电流，不利于故障快速清除。2)由于通信故障或子模块自行旁路等状况导致辅助电源掉电，子模块控制器无法向主控制器发送子模块状态信息。3)由于控制旁路开关的驱动掉电，可能会导致旁路开关再次闭合，投入故障子模块。4)在启动时，由于辅助电源具有恒功率源性质，使得均压电容电压发散。

如果不采用自取能方式则需要采用外供电的取能方式。采用外供电的取能方式需要高绝缘(绝缘要求高)的辅助电源，高绝缘的辅助电源没有成熟的商业产品，订制价格高昂，为了确保外供电的取能方式的可靠性，往往需要额外配置不间断电源，进一步提升了取能成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种用于输入串联结构的均压电容调节器及其控制方法，无需高绝缘的辅助电源，解决在自取能时旁路冲击电流过大，均压电容掉电后子模块控制器无法向主控制器发送子模块状态信息，均压电容掉电后旁路开关误动作，以及启动时均压电容电压发散的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于输入串联结构的均压电容调节器，包括多个均压电容，相邻两个均压电容之间通过均压单元连接；所述均压单元包括至少两个串联均压调节器；第一均压单元的第一串联均压调节器包括依次连接的第一逆变电路、第一谐振电路、第一高频变压器和第一整流电路；第一均压单元的第二串联均压调节器包括依次连接的第二整流电路、第二高频变压器、第二谐振电路和第二逆变电路；所述第一整流电路与第二逆变电路连接；所述第二整流电路与所述第一逆变电路连接；所述第一逆变电路、第二整流电路分别与第一均压电容两端连接；所述第一整流电路、第二逆变电路一端分别与第二均压电容两端连接；第二均压单元的第一逆变电路、第二整流电路分别与第二均压电容两端连接；第二均压单元的第一整流电路、第二逆变电路分别与第三均压电容两端连接；依此类推。

本发明将多个均压电容调节器分别连接在相邻的均压电容之间，使得相邻两个均压电容电压得到均衡，子模块输入均压电容不会随着子模块的旁路而掉电，从而解决了自取能方式由于通信故障或子模块自行旁路等状况导致辅助电源掉电，子模块控制器无法向主控制器发送子模块状态信息的问题；在子模块需要旁路时，可以直接闭合旁路开关而不会有冲击电流；在旁路之后也不会导致旁路开关再次闭合，将故障子模块投入；也解决了启动时的辅助电源使均压电容电压发散的潜在风险；本发明的均压电容调节器(即串联均压调节器)中没有使用高绝缘的辅助电源，而且采用均压电容调节器的自行冗余备份代替了外供电的取能方式中额外配置的不间断电源，降低取能成本。为了进一步降低取能成本，所述均压单元中的逆变电路为不对称半桥电路、对称半桥电路或全桥电路。

所述均压单元中的高频变压器为降压变压器，变比为1:n，n1。n取0.8～0.9。