适用于电力电子变压器的自适应投切方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法、装置及系统，包括获取电力电子变压器初始状态下的输出有功功率，所述电力电子变压器中包括若干个子功率模块，所述子功率模块均包括前级的AC/DC变换器和后级的高频隔离模块；基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，得到新状态的电力电子变压器，并调控新状态的电力电子变压器中各子功率模块交流输出电压的d轴、q轴分量，实现模块化电力电子变压器功率的优化分配和稳定运行。本发明专利技术在轻载工况下仅保持部分高频隔离模块并列供电，有效提升设备整体效率。

Adaptive switching method, device and system for power electronic transformer

【技术实现步骤摘要】
适用于电力电子变压器的自适应投切方法、装置及系统
本专利技术属于电力电子自动控制
，具体涉及一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法。
技术介绍
电力电子变压器实现了功率传输、电压等级变换、电气隔离等功能，并可提供直流负荷电源储能以直流端口。以典型的两端口交流/直流变压器为例，电力电子变压器包括前级的AC/DC变换器以及后级的双有源桥式变换电路(DualActiveBridge，DAB)，即高频隔离模块。而受限于半导体器件耐压等级的影响，前级AC/DC变换器一般多采用模块化结构；同时，目前大功率的高频变压器的最大容量一般为100kVA左右。综合上述两项器件特性的影响，工程上投运的电力电子变压器多采用图1所示的串入并出型的模块化结构。电力电子变压器前级的AC/DC变换器采用级联H桥结构，AC/DC变换器开关频率低，开关损耗低，整体效率较高且可保持在99％左右。电力电子变压器的后级采用图2所示的高频变换器，变换器能量转换级数多，并且低负载工况下高频隔离模块难以实现软开关；因此，该部分变换器轻载工况下运行效率较低。
技术实现思路
为突破电力电子变压器轻载工况下整体效率低的劣势，实现全功率范围内的高效运行，本专利提出了一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法，轻载工况下仅保持部分高频隔离模块并列供电，有效提升设备整体效率。为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：第一方面，本专利技术提供了一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法，包括：获取电力电子变压器初始状态下的输出有功功率，所述电力电子变压器中包括若干个子功率模块，所述子功率模块均包括前级的AC/DC变换器和后级的高频隔离模块；基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，得到新状态的电力电子变压器，并调控新状态的电力电子变压器中各子功率模块交流输出电压的d轴、q轴分量，实现电力电子变压器模块功率优化分配，完成电力电子变压器模块的自适应投切。可选地，所述新状态的电力电子变压器包括相连的第一功率模组和第二功率模组，所述第一功率模组中的所有AC/DC模块和高频隔离模块均处于运行状态；所述第二功率模组中的所有AC/DC模块均处于运行状态，所有高频隔离模块均处于待机状态。可选地，所述基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，具体包括以下步骤：将获取到的电力电子变压器的输出有功功率，带入下式，求得电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数：当时：式中，其中N1m＝1，2…N，N为电力电子变压器中的子功率模块总数，α、β分别表示电力电子变压器输出有无功功率、无功功率的标幺值；NE为电力电子变压器中的冗余子功率模块的数目，电力电子变压器高频隔离部分的损耗PR表达式为：其中，P为电力电子变压器输出有功功率，PR0为固有损耗，a、b均为损耗系数，N为电力电子变压器子功率模块总数N，N1为第一功率模组中的子功率模块数。可选地，所述第一功率模组输出电压的d、q分量为：所述第二功率模组输出电压的d、q分量为：其中，UN为电力电子变压器交流侧输出电压幅值。第二方面，本专利技术提供了一种适用于电力电子变压器的自适应投切装置，包括：获取模块，用于获取电力电子变压器初始状态下的输出有功功率，所述电力电子变压器中包括若干个子功率模块，所述子功率模块均包括前级的AC/DC变换器和后级的高频隔离模块；调控模块，用于基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，得到新状态的电力电子变压器，并调控新状态的电力电子变压器中各子功率模块交流输出电压的d轴、q轴分量，实现电力电子变压器模块功率优化分配，完成电力电子变压器模块的自适应投切。可选地，所述新状态的电力电子变压器包括相连的第一功率模组和第二功率模组，所述第一功率模组中的所有AC/DC模块和高频隔离模块均处于运行状态；所述第二功率模组中的所有AC/DC模块均处于运行状态，所有高频隔离模块均处于待机状态。可选地，所述基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，具体包括以下步骤：将获取到的电力电子变压器的输出有功功率，带入下式，求得电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数：当时：式中，其中N1m＝1，2…N，N为电力电子变压器中的子功率模块总数，α、β分别表示电力电子变压器输出的有无功功率、无功功率的标幺值；NE为电力电子变压器中的冗余子功率模块的数目，电力电子变压器高频隔离部分的损耗PR表达式为：其中，P为电力电子变压器输出有功功率，PR0为固有损耗，a、b均为损耗系数，N为电力电子变压器子功率模块总数N，N1为第一功率模组中的子功率模块数。可选地，所述第一功率模组输出电压的d、q分量为：所述第二功率模组输出电压的d、q分量为：其中，UN为电力电子变压器交流侧输出电压幅值。第三方面，本专利技术提供了一种适用于电力电子变压器的自适应投切系统，包括处理器及存储介质：所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面中任一项所述方法的步骤。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术针对串入并出型模块化电力电子变压器，提出了基于有功功率大小自适应调整高频隔离模块的优化调整方法，可有效提升轻载工况下电力电子变压器的效率，实现了全工况范围内的高效运行。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中：图1为现有技术中的电力电子变压器的结构示意图；图2为现有技术中AC/DC变换器和DAB的结构示意图；图3为本专利技术一种实施例的电力电子变压器的处于运行状态时的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术的保护范围。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。实施例1本专利技术实施例中提供了一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法，具体包括以下步骤：(1)获取电力电子变压器初始状态下的输出有功功率，所述电力电子变压器中包括若干个子功率模块，具体参见图1中的SM1…SMN，所述子功率模块均包括前级的AC/DC变换器和后级的高频隔离模块所述的高频隔离模块指的是双有源桥变换电路，具体参见图2，所述电力电子变压器的物理结构本身是现有技术；(2)基于获取到的电力电子变压器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法，其特征在于，包括：/n获取电力电子变压器初始状态下的输出有功功率，所述电力电子变压器中包括若干个子功率模块，所述子功率模块均包括前级的AC/DC变换器和后级的高频隔离模块；/n基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，得到新状态的电力电子变压器，并调控新状态的电力电子变压器中各子功率模块交流输出电压的d轴、q轴分量，实现电力电子变压器模块功率优化分配，完成电力电子变压器模块的自适应投切。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法，其特征在于，包括：
获取电力电子变压器初始状态下的输出有功功率，所述电力电子变压器中包括若干个子功率模块，所述子功率模块均包括前级的AC/DC变换器和后级的高频隔离模块；
基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，得到新状态的电力电子变压器，并调控新状态的电力电子变压器中各子功率模块交流输出电压的d轴、q轴分量，实现电力电子变压器模块功率优化分配，完成电力电子变压器模块的自适应投切。


2.根据权利要求1所述的一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法，其特征在于：所述新状态的电力电子变压器包括相连的第一功率模组和第二功率模组，所述第一功率模组中的所有AC/DC模块和高频隔离模块均处于运行状态；所述第二功率模组中的所有AC/DC模块均处于运行状态，所有高频隔离模块均处于待机状态。


3.根据权利要求2所述的一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法，其特征在于，所述基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，具体包括以下步骤：
将获取到的电力电子变压器的输出有功功率，带入下式，求得电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数：
当时：



式中，其中N1m＝1，2…N，N为电力电子变压器中的子功率模块总数，α、β分别表示电力电子变压器输出有无功功率、无功功率的标幺值；NE为电力电子变压器中的冗余子功率模块的数目，电力电子变压器高频隔离部分的损耗PR表达式为：



其中，P为电力电子变压器输出有功功率，PR0为固有损耗，a、b均为损耗系数，N1为第一功率模组中的子功率模块数。


4.根据权利要求3所述的一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法，其特征在于：
所述第一功率模组输出电压的d、q分量为：



所述第二功率模组输出电压的d、q分量为：



其中，UN为电力电子变压器交流侧输出电压幅值。


5.一种适用于电力电子变压器的自适应投切装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取电力电子变压器初始状态下的输出有功功率，...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛雪峰，袁宇波，史明明，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32