多功率模块并联的换流器中均流电抗器值的确定方法技术

本发明专利技术公开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，由均流等效模型得到达到均流时均流电抗器值与两个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，计算得到输出电压差、环流大小后根据步骤1)得到的关系确定对应的均流电抗器值。本发明专利技术具有实现方法简单、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优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及城市轨道交通
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一 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，本专利技术提出的技术方案为： -种，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。 作为本专利技术的进一步改进，所述步骤1)的具体步骤为： I. 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t吴型； 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。 作为本专利技术的进一步改进，所述步骤I. 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： Ui+e' ^e1-U0= 0 u2+e' ^e2-U0= 0 其中，U1为第一个功率模块的输出电压，u 2为第二个功率模块的输出电压，e i为均 流电抗器中与第一个功率模块连接的第一绕组的感应电动势，ei'为第一绕组在第二绕组 上的反向电动势，e 2为均流电抗器中与第二个功率模块连接的第二绕组的感应电动势，e2' 为第二绕组在第一绕组上的反向电动势，u。为负载上的电压值。 作为本专利技术的进一步改进，所述步骤1. 2)中第一关系建立的具体步骤为： 1. 211)将所述两条电流回路的电压计算等效方程进行差值运算，得到如下式所示 的两个功率模块之间输出电压差、与均流电抗器的两个绕组电压差之间的差值关系式； U2-U1= 2 (e 2_e1) 1. 212)根据电磁感应关系得到均流电抗器中两个绕组的绕组感应电压关系式，所 述绕组感应电压关系式为：LiN 丄Utad / 丄y/ λ u ?/α }j\ I. 213)根据所述步骤I. 211)得到的差值关系式、所述步骤I. 212)得到的绕组电 压关系式计算得到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，所述第一关系的表达式为： 其中，L为均流电抗器值，I1为第一个功率模块的输出电流，i 2为第二个功率模块 的输出电流。 作为本专利技术的进一步改进，所述步骤1. 2)中第二关系建立的具体步骤为： 1. 221)建立两个功率模块的输出电压方程，所述输出电压方程为： 1. 222)根据所述输出电压方程，计算得到两个功率模块之间输出电压差、环流大 小以及相位角的第二关系，所述第二关系的表达式为： 其中，U1为第一个功率模块的输出电压，u 2为第二个功率模块的输出电压，U p 1]2分 别为对应112的幅值，#为两个功率模块输出电压的相位角，ω为两个功率模块输出电压 的角速度，X为中间换算角度值。 作为本专利技术的进一步改进，所述步骤1)中均流电抗器值与两个所述功率模块的 输出电压、输出电流之间的关系表达式为： 其中，U1为第一个功率模块的输出电压，u 2为第二个功率模块的输出电压，U ρ 1]2分 别为对应Ul、1!2的幅值，I i为第一个功率模块的输出电流i i的有效值，I 2为第二个功率模 块的输出电流i2的有效值，I 2 I1为环流大小，ω为两个功率模块输出电压的角速度，f为两 个功率模块输出电压的相位角。 作为本专利技术的进一步改进，所述步骤2)的具体步骤为： 2. 1)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、输出电压的相位角以及均流系数； 2. 2)计算两个目标功率模块之间输出电压差，并根据所述均流系数按照下式计算 两个目标功率模块的输出电流，得到两个目标功率模块之间环流大小； LlN 丄UtU本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王雄，翁星方，谢湘剑，林文彪，张祥，唐龙，宋乾儒，董其爱，邹今换，孙林，
申请(专利权)人：株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43