面向拓扑重构与功能复用的串联型电力电子设备及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种面向拓扑重构与功能复用的串联型电力电子设备及控制方法，拓扑重构与功能复用的串联型电力电子设备采用三单相背靠背结构，稳压电容C

【技术实现步骤摘要】
面向拓扑重构与功能复用的串联型电力电子设备及控制方法


[0001]本专利技术属于电力
，涉及一种面向拓扑重构与功能复用的串联型电力电子设备及控制方法。

技术介绍

[0002]随着新能源发电占比不断提高，以及大量非线性、不对称负载的接入，电网中电能质量问题日益突出。其中，电压暂降已成为影响电力负荷稳定运行的最突出问题之一。串联型变换器(如动态电压恢复器、统一电能质量控制器等)较多应用于电能质量调节，但往往存在设备功能单一、利用率低等问题。同时，随着电力系统电压等级不断提高，短路容量也在不断增大，当发生短路故障时，巨大的短路电流对电力设备和用户安全造成严重威胁。传统的短路故障限流技术是在母线上串联电抗器，但电抗器长期串在电网内不仅会带来附加损耗，而且有效运行时间极短。因此，研究一种具有限流能力的电力电子设备具有重要意义。
[0003]现已提出的多功能串联型变换器在实现电能质量调节的功能外，通过额外增加限流模块、构造限流支路等方式实现对短路电流的抑制。这些方式虽拓宽了设备功能，但一定程度上增加了电力电子设备复杂度和投入成本，且限流模块的闲置率较高。因此，若既能实现多功能的集成，又能够减少模块投入和降低运行损耗，这将对串联型电力电子设备的性能提升与应用推广具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种面向拓扑重构与功能复用的串联型电力电子设备，解决现有技术中串联型变换器通过额外增加限流模块、构造限流支路等方式实现对短路电流抑制而造成电力电子设备复杂、投入成本高、限流模块闲置率较高且功能集成化低的问题。
[0005]本专利技术实施例的另一目的是提供一种面向拓扑重构与功能复用的串联型电力电子控制方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是面向拓扑重构与功能复用的串联型电力电子设备，拓扑重构与功能复用的串联型电力电子设备采用三单相背靠背结构，稳压电容Cdc的左侧连接脉冲宽度调制并联型变换器部分，稳压电容Cdc的右侧连接脉冲宽度调制串联型变换器部分。
[0007]进一步的，所述脉冲宽度调制并联型变换器部分每相包括并联型变压器T2、滤波电感L2、4个绝缘栅双极型晶体管模块V3、V4、V5、V6，其中每个绝缘栅双极型晶体管模块中包括反并联二极管；脉冲宽度调制并联型变换器部分单相全桥直流端连接稳压电容C
dc
，单相全桥的交流端连接滤波电感L2，滤波电感L2连接并联变压器T2二次侧，并联变压器T2一次侧并联接入在电网和负载之间；
[0008]所述脉冲宽度调制串联型变压器部分每相包括串联变压器T1、由滤波电感L1和滤波电容C1组成的LC滤波器、2个门极可关断晶闸管模块G1、G2、2个绝缘栅双极型晶体管模块
V1、V2，其中，每个门极可关断晶闸管模块G1、G2均包括反并联二极管、每个绝缘栅双极型晶体管模块V1、V2也均包括反并联二极管；脉冲宽度调制串联型变换器部分单相全桥直流端连接稳压电容C
dc
，单相全桥的交流端连接LC滤波器，LC滤波器连接串联变压器T1二次侧，串联变压器T1一次侧串联接入在电网和负载之间；脉冲宽度调制串联型变换器部分单相全桥采用单极性调制策略，单相全桥工频支路由G1、G2组成，单相全桥高频支路由V1、V2组成。
[0009]进一步的，电网正常运行时，脉冲宽度调制并联型变换器控制为：设定直流侧需要稳定到的电压值为U
*dc
，直流侧实际检测到的电压值为U
dc
，将直流侧实际检测到的电压值U
dc
与直流侧需要稳定到的电压值U
*dc
作差经PI控制器处理，得到内环电流幅值参考值I
*m
，并通过检测获得电网电压相位角θ，由I
*m
与sinθ相乘的正弦量作为内环电流的指令值I
*L2
；内环电流的指令值I
*L2
与检测到的电感L2电流值I
L2
作差经PI控制器得到调制波，将得到的调制波与三角波作比得到绝缘栅双极型晶体管模块V3、V4、V5、V6的驱动信号；
[0010]脉冲宽度调制串联型变换器控制过程为：检测到的电网电压为U
s
，期望得到的负载电压为U
L
，将期望得到的负载电压U
L
与检测到的电网电压U
s
作差得到脉冲宽度调制串联型变换器一次侧电压参考值U
*T11
，脉冲宽度调制串联型变换器一次侧实际检测到的电压为U
T11
，U
*T11
与U
T11
作差经PI控制器，得到内环电流指令I
*L1
，检测到的电感L1的电流值为I
L1
，将I
*L1
与I
L1
作差经PI控制器得到调制波，将调制波与三角波作比得到绝缘栅双极型晶体管模块V1、V2的驱动信号，对门极可关断晶闸管模块G1、G2加工频脉冲驱动信号。
[0011]进一步的，电网发生短路故障时，电网电压会通过串联型变压器作用到脉冲宽度调制串联型变换器T1交流侧，在交流侧将会产生巨大的短路电流，检测到电网电流时，门极可关断晶闸管模块G1、G2加常通驱动信号，封锁绝缘栅双极型晶体管模块V1、V2的驱动信号，门极可关断晶闸管模块G1、G2、绝缘栅双极型晶体管模块V1、V2反并联二极管、滤波电感L1、串联变压器绕组构成限流回路，当电路故障消除后，控制电路产生驱动信号使电路恢复到电网正常工作状态。
[0012]进一步的，所述脉冲宽度调制串联型变换器控制具体为对脉冲宽度调制串联型变换器单相全桥采用单极性正弦脉宽调制方式来生成功率器件的驱动信号；
[0013](1)在u
r
的正半轴
[0014]G1保持通态，G2保持断态：当u
r
>u
c
时V2导通，V1关断，此时u0＝U
d
；当u
r
<u
c
时V2关断，V1导通，此时u0＝0；
[0015](2)在u
r
的负半轴
[0016]G1保持断态，G2保持通态：当u
r
<u
c
时V1导通，V2关断，此时u0＝－U
d
；当u
r
>u
c
时V1关断，V2导通，此时u0＝0；
[0017]其中，U
d
为直流侧电压，u0为单相全桥桥臂输出电压，u
0f
表示u0经SPWM调制得到交流基波分量，u
r
为工频正弦波调制信号，u
c
为三角波载波信号。
[0018]进一步的，所述限流回路当扑重构与功能复用的串联型电力电子设备电网电流正方向流通时，由门极可关断晶闸管G1、绝缘栅双极型晶体管模块V本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向拓扑重构与功能复用的串联型电力电子设备，其特征在于，拓扑重构与功能复用的串联型电力电子设备采用三单相背靠背结构，稳压电容Cdc的左侧连接脉冲宽度调制并联型变换器部分，稳压电容Cdc的右侧连接脉冲宽度调制串联型变换器部分。2.根据权利要求1所述的面向拓扑重构与功能复用的串联型电力电子设备，其特征在于，所述脉冲宽度调制并联型变换器部分每相包括并联型变压器T2、滤波电感L2、4个绝缘栅双极型晶体管模块V3、V4、V5、V6，其中每个绝缘栅双极型晶体管模块中包括反并联二极管；脉冲宽度调制并联型变换器部分单相全桥直流端连接稳压电容C
dc
，单相全桥的交流端连接滤波电感L2，滤波电感L2连接并联变压器T2二次侧，并联变压器T2一次侧并联接入在电网和负载之间；所述脉冲宽度调制串联型变压器部分每相包括串联变压器T1、由滤波电感L1和滤波电容C1组成的LC滤波器、2个门极可关断晶闸管模块G1、G2、2个绝缘栅双极型晶体管模块V1、V2，其中，每个门极可关断晶闸管模块G1、G2均包括反并联二极管、每个绝缘栅双极型晶体管模块V1、V2也均包括反并联二极管；脉冲宽度调制串联型变换器部分单相全桥直流端连接稳压电容C
dc
，单相全桥的交流端连接LC滤波器，LC滤波器连接串联变压器T1二次侧，串联变压器T1一次侧串联接入在电网和负载之间；脉冲宽度调制串联型变换器部分单相全桥采用单极性调制策略，单相全桥工频支路由G1、G2组成，单相全桥高频支路由V1、V2组成。3.采用权利要求2所述面向拓扑重构与功能复用的串联型电力电子设备的控制方法，其特征在于，电网正常运行时，脉冲宽度调制并联型变换器控制为：设定直流侧需要稳定到的电压值为U
*dc
，直流侧实际检测到的电压值为U
dc
，将直流侧实际检测到的电压值U
dc
与直流侧需要稳定到的电压值U
*dc
作差经PI控制器处理，得到内环电流幅值参考值I
*m
，并通过检测获得电网电压相位角θ，由I
*m
与sinθ相乘的正弦量作为内环电流的指令值I
*L2
；内环电流的指令值I
*L2
与检测到的电感L2电流值I
L2
作差经PI控制器得到调制波，将得到的调制波与三角波作比得到绝缘栅双极型晶体管模块V3、V4、V5、V6的驱动信号；脉冲宽度调制串联型变换器控制过程为：检测到的电网电压为U
s
，期望得到的负载电压为U
L
，将期望得到的负载电压U
L
与检测到的电网电压U
s
作差得到脉冲宽度调制串联型变换器一次侧电压参考值U
*T11
，脉冲宽度调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭祺，涂春鸣，侯玉超，姜飞，肖凡，李庆，卢柏桦，高家元，兰征，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：