一种直流变压器的电压均衡控制方法与流程

发电;变电;配电装置的制造技术1.本技术涉及电力电子技术领域，具体涉及一种直流变压器的电压均衡控制方法。背景技术：2.直流变压器作为直流电网中，实现电压变换的重要组成设备，获得了越来越多直流电网领域学者们的关注。为实现中/高压至低压的变换，受开关管器件应力和成本的影响，该类应用的双向直流变换器多采用多个模组输入串联输出并联的结构(isop)，模组则一般采用基于双有源桥(dab)或基于lc谐振技术的隔离型dc-dc变换器。3.随着电压等级的提高，直流变压器所需使用的模组数量也不断增加，导致系统的可靠性下降，为此需要设置冗余模组。然而，在直流变压器中，为保证系统正常运行，通常需要对所有模组设置前级电路，才能具备冗余功能，而根据功率关系，所有模组的工作状态相较与无冗余模组时也将发生变化。此时，有两种方法设置冗余模组的工作状态：4.一种是让所有模组包括增加的冗余模组工作在相同的状态，此时所有模组串联一侧端口的电压降低。若采用基于lc谐振技术的隔离型dc-dc变换器，由于该型电路不具备调压功能，导致低压侧电压也降低，不满足低压侧电压要求；若采用基于双有源桥的隔离型dc-dc变换器，则会导致其两侧电压不匹配，从而降低了其运行效率。解决办法是让模组中设置的前级电路具备调压功能，但无疑会带来前级电路的开关损耗。5.另一种是通过改变前级电路的状态，单独为所有模组设置一个热备状态，此时系统中所有模组串联一侧端口的电压保持不变，冗余模组通过低压侧端口反向传递能量维持热备状态，并且所有模组的前级电路也未处于调压运行状态，从而无开关损耗。然而，在此种情况下，冗余模组不传递功率，将与其余正常工作的模组存在较大功率运行差异，为所有模组的均压控制带来了难题。技术实现要素：6.本技术实施例提供一种直流变压器的电压均衡控制方法，所述直流变压器包含至少n个模组，n为大于等于2的自然数，每个模组包含至少一个前级电路和至少一个功率电路，所述前级电路包含第一端口和第二端口，所述功率电路包含第三端口和第四端口，所述前级电路的第二端口与所述功率电路的第三端口级联连接后的级联端口定义为所在模组的第一直流端口，所有模组前级电路的第一端口串联连接，构成所述直流变压器第一公共直流端口，所有模组功率电路的第四端口并联连接，构成所述直流变压器第二公共直流端口，基于所述前级电路和所述功率电路的工作状态，所述模组作为正常模组或冗余模组或旁路模组；所述控制方法包括：通过所述正常模组运行功率的均衡控制，调节所述正常模组第一直流端口的电压均衡；基于第二公共直流端口，反向调节冗余模组第一直流端口的电压。7.根据一些实施例，所有功率电路包含至少两种工作状态，解锁状态和闭锁状态，所有前级电路包含至少三种工作状态，投入状态、退出状态和闭锁状态，投入状态和退出状态同属于解锁状态；其中所有前级电路和功率电路均为闭锁状态时，所述直流变压器为停机状态；所述前级电路为投入状态而所述功率电路为解锁状态的模组为正常模组；所述前级电路为退出状态而所述功率电路为解锁状态的模组为冗余模组；所述前级电路为退出状态而功率电路为闭锁状态的模组为旁路模组。8.根据一些实施例，所述直流变压器的所有模组仅存在正常模组、冗余模组和旁路模组时，直流变压器第一公共直流端口的电压等于所有正常模组的第一直流端口的电压之和。9.根据一些实施例，所述前级电路为半桥电路，包含上下连接的第一开关管和第二开关管；所述第一开关管的上端和所述第二开关管的下端构成所述前级电路的第二端口；所述第二开关管的上端和所述第二开关管的下端构成所述前级电路的第一端口；所述第一开关管导通，所述第二开关管关断，所述前级电路处于投入状态；所述第一开关管关断，所述第二开关管导通，所述前级电路处于退出状态；所述第一开关管关断，所述第二开关管关断，所述前级电路处于闭锁状态。10.根据一些实施例，所述前级电路还包括旁路开关，所述旁路开关与所述第二开关管并联连接，对于正常模组和冗余模组，所述旁路开关始终处于断开状态，对于旁路模组，所述旁路开关处于闭合状态。11.根据一些实施例，所述功率电路为双有源桥电路，包括依次级联连接的第一h桥电路、第二h桥电路和第一交流变压器，所述第一h桥电路的直流端口构成功率电路的第三端口；所述第二h桥电路的直流端口构成所述功率电路的第四端口；所述第一h桥电路和所述第二h桥电路至少有一个开关管处于开关状态，则所述功率电路处于解锁状态；所述第一h桥电路和所述第二h桥电路的开关管全部处于关断状态时，所述功率电路处于闭锁状态。12.根据一些实施例，所述通过所述正常模组运行功率的均衡控制，调节所述正常模组第一直流端口的电压均衡，包括：采样所有正常模组和冗余模组的第一直流端口电压，所有正常模组和冗余模组的第一直流端口电压的平均值为第一平均值，所有正常模组的第一直流端口电压平均值为第二平均值；将所有正常模组的第一直流端口电压与第一平均值或第二平均值比较，经调节器后产生各个正常模组对应的第一均衡调节指令；将直流变压器第二公共直流端口电压或第一公共直流端口电压与基准电压比较，经调节器后产生一个第一公共调节指令；将各个所述正常模组对应的第一均衡调节指令和第一公共调节指令相加，发送给各个所述正常模组的功率电路，调节对应模组的功率运行。13.根据一些实施例，所述基于第二公共直流端口，反向调节冗余模组第一直流端口的电压，包括：将所有冗余模组的第一直流端口电压与所述第一平均值比较，经调节器后产生各个冗余模组对应的第二均衡调节指令；将各个冗余模组对应的第二均衡调节指令和预设的固定第二公共调节指令相加，发送给各个冗余模组的功率电路，调节对应模组的功率运行。14.根据一些实施例，所述基于第二公共直流端口，反向调节冗余模组第一直流端口的电压，包括：将所有冗余模组的第一直流端口电压与所述第二平均值比较，经调节器后产生各个冗余模组对应的第三均衡调节指令；将各个冗余模组对应的第三均衡调节指令，发送给各个冗余模组的功率电路，调节对应模组的功率运行。15.根据一些实施例，所述方法还包括控制所述直流变压器正向启动，所述控制所述直流变压器正向启动包括：解锁所有模组的前级电路，使之全部处于投入状态，所有模组变为正常模组；解锁所有正常模组的功率电路，并通过所述第一公共调节指令调节所述直流变压器的第二公共直流端口电压为额定值；同时通过所述第一均衡调节指令，调节所有正常模组的第一直流端口电压为第一平均值或第二平均值；将任一个正常模组转换为冗余模组后，将转换的模组的第一均衡调节指令变更为第二均衡调节指令，转换的模组的第一公共调节指令变更为第二公共调节指令，调节转换的模组的第一直流端口电压为第一平均值，直至冗余模组数目达到第一预设值。16.根据一些实施例，所述方法还包括控制所述直流变压器正向启动，所述控制所述直流变压器正向启动包括：任选使直流变压器系统正常运行最小数目的模组解锁为正常模组；解锁剩余模组为冗余模组；解锁所述正常模组的功率电路，通过第一公共调节指令调节直流变压器的第二公共直流端口电压为额定值；同时通过第一均衡调节指令，调节所有所述正常模组的第一直流端口电压为第一平均值或第二平均值；解锁所述冗余模组的功率电路，并通过第三均衡调节指令调节所述冗余模组的第一直流端口电压为第二平均值。17.根据一些实施例，所述方法还包括控制所述直流变压器反向启动，所述控制所述直流变压器反向启动包括：解锁所有模组的功率电路；解锁所有模组为正常模组，通过第一公共调节指令调节直流变压器的第一公共直流端口电压为额定值，同时通过第一均衡调节指令，调节所有模组的第一直流端口电压为第一平均值或第二平均值；将任一个正常模组转换为冗余模组，将转换的模组的第一均衡调节指令变更为第二均衡调节指令，将转换的模组的第一公共调节指令变更为第二公共调节指令，并调节转换的模组的第一直流端口电压为第一平均值，直至冗余模组数目达到第二预设值。18.根据一些实施例，所述方法还包括控制所述直流变压器反向启动，所述控制所述直流变压器反向启动包括：解锁所有模组的功率电路；任意选择使直流变压器系统正常运行最小数目的模组，解锁为正常模组；解锁剩余模组为冗余模组；通过第一公共调节指令调节所有正常模组，使直流变压器的第一公共直流端口电压为额定值，同时，通过第一均衡调节指令，调节所有正常模组第一直流端口电压为第一平均值或第二平均值；通过第三均衡调节指令，调节所有冗余模组第一直流端口电压为第二平均值。19.根据一些实施例，所述正常模组发生故障时，所述方法还包括：闭锁发生故障的正常模组的功率电路，同时将发生故障的正常模组转为旁路模组；任选一个无故障的冗余模组转为正常模组，并将转换的所述模组的第二均衡调节指令或第三均衡调节指令变更为第一均衡调节指令，将转换的所述模组的第二公共调节指令变更为第一公共调节指令，并调节转换的所述模组的第一直流端口电压为第一平均值或第二平均值。20.本技术实施例提供的技术方案，相比前级电路无调压功能的直流变压器应用，能够在直流变压器系统存在不同冗余模组数目的同时，确保低压侧电压稳定或不改变正常模组的两侧电压匹配状态，提高系统运行效率。相比前级电路具备调压功能的直流变压器应用，本技术的方案取消了前级电路的调压功能，避免了额外的开关损耗，以提高系统的运行效率。针对设置热备状态的直流变压器应用，解决了冗余模组和正常模组的电压均衡问题，能够在保证直流变压器系统正常运行的同时，提供必要的冗余功能。附图说明21.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。22.图1是本技术实施例的一种直流变压器组成示意图。23.图2是本技术实施例的一种直流变压器的模组电路示意图。24.图3是本技术实施例的一种直流变压器的电压均衡控制方法流程示意图。25.图4是图3实施例的一种调节正常模组第一直流端口的电压均衡流程示意图26.图5是图3实施例的一种反向调节冗余模组第一直流端口的电压流程示意图。27.图6是图3实施例的直流变压器的电压均衡控制策略框图。28.图7是本技术实施例的另一种直流变压器的电压均衡控制方法流程示意图。29.图8是图7实施例的一种反向调节冗余模组第一直流端口的电压流程示意图。30.图9是图7实施例的直流变压器的电压均衡控制策略框图。31.图10是本技术实施例的一种直流变压器的正向启动流程示意图。32.图11是本技术实施例的另一种直流变压器的正向启动流程示意图。33.图12是本技术实施例的一种直流变压器的反向启动流程示意图。34.图13是本技术实施例的另一种直流变压器的反向启动流程示意图。35.图14是本技术实施例的一种直流变压器的故障控制流程示意图。具体实施方式36.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。37.应当理解，本技术的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。38.图1是本技术实施例的一种直流变压器组成示意图。39.如图1所示，直流变压器包含至少n个模组10、20、......n0，n为大于等于2的自然数。每个模组包含至少一个前级电路和至少一个功率电路。例如模组10包含至少一个前级电路101和至少一个功率电路102。前级电路101包含第一端口103和第二端口104，功率电路102包含第三端口105和第四端口106。前级电路101的第二端口104与功率电路102的第三端口105级联连接后的级联端口定义为所在模组的第一直流端口。所有模组前级电路的第一端口串联连接，构成所述直流变压器第一公共直流端口01。所有模组功率电路的第四端口并联连接，构成直流变压器第二公共直流端口02。基于前级电路101和功率电路102的工作状态，模组10为正常模组或冗余模组或旁路模组。40.所有功率电路包含至少两种工作状态，解锁状态和闭锁状态。所有前级电路包含至少三种工作状态，投入状态、退出状态和闭锁状态，投入状态和退出状态同属于解锁状态。41.所有前级电路和功率电路均为闭锁状态时，直流变压器为停机状态。前级电路为投入状态而功率电路为解锁状态的模组为正常模组。前级电路为退出状态而功率电路为解锁状态的模组为冗余模组。前级电路为退出状态而功率电路为闭锁状态的模组为旁路模组。42.图2是本技术实施例的一种直流变压器的模组电路示意图。43.如图2所示，前级电路101为半桥电路，包含上下连接的第一开关管1011和第二开关管1012。44.第一开关管1011的上端和第二开关管1012的下端构成前级电路101的第二端口104。第二开关管1012的上端和第二开关管1012的下端构成前级电路101的第一端口103。45.第一开关管1011导通，第二开关管1012关断，前级电路101处于投入状态。第一开关管1011关断，第二开关管1012导通，前级电路101处于退出状态。第一开关管1011关断，第二开关管1012关断，前级电路101处于闭锁状态。46.可选地，前级电路101还包括旁路开关1013，旁路开关1013与第二开关管1012并联连接，对于正常模组和冗余模组，旁路开关1013始终处于断开状态，对于旁路模组，旁路开关1013处于闭合状态。47.功率电路102为双有源桥电路，包括级联连接的第一h桥电路、第一交流变压器和第二h桥电路。48.第一h桥电路的直流端口构成功率电路的第三端口105。第二h桥电路的直流端口构成功率电路的第四端口106。49.第一h桥电路和第二h桥电路至少有一个开关管处于开关状态，则功率电路102处于解锁状态。第一h桥电路和第二h桥电路的开关管全部处于关断状态时，功率电路102处于闭锁状态。50.图3是本技术实施例的一种直流变压器的电压均衡控制方法流程示意图。51.在s10中，通过正常模组运行功率的均衡控制，调节正常模组第一直流端口的电压均衡，s10包括步骤s11-s14，如图4所示。52.在s11中，采样所有正常模组和冗余模组的第一直流端口电压，所有正常模组和冗余模组的第一直流端口电压的平均值为第一平均值，所有正常模组的第一直流端口电压平均值为第二平均值。53.在s12中，将所有正常模组的第一直流端口电压与第一平均值或第二平均值比较，经调节器后产生各个正常模组对应的第一均衡调节指令。54.在s13中，将直流变压器第二公共直流端口电压或第一公共直流端口电压与基准电压比较，经调节器后产生一个第一公共调节指令。55.在s14中，将各个所述正常模组对应的第一均衡调节指令和第一公共调节指令相加，发送给各个所述正常模组的功率电路，调节对应模组的功率运行。56.在s20中，基于第二公共直流端口，反向调节冗余模组第一直流端口的电压，s20包括步骤s21-s22，如图5所示。57.在s21中，将所有冗余模组的第一直流端口电压与第一平均值比较，经pi调节器后产生各个冗余模组对应的第二均衡调节指令。58.图6为对应的控制策略框图，假设有x个正常模组和y个冗余模组，满足x+y＝n，其中，i表示任意一个正常模组标号，j表示任意一个冗余模组标号。ubus_r是第二公共直流端口电压或第一公共直流端口电压参考。ubus是第二公共直流端口或第一公共直流端口电压。phase_main1是第一公共功率调节指令。phase_main2是第二公共功率调节指令。udc_n是正常模组第一直流端口电压。udc_u是冗余模组第一直流端口电压。uav_r1是第一平均值。phase_c1是第一均衡调节指令。phase_c2是第二均衡调节指令。phasei是正常模组的最终调节指令。phasej是冗余模组的最终调节指令。59.在s22中，将各个冗余模组对应的第二均衡调节指令和预设的固定第二公共调节指令相加，发送给各个冗余模组的功率电路，调节对应模组的功率运行。60.本实施例提供的技术方案，相比前级电路无调压功能的直流变压器应用，能够在直流变压器系统存在不同冗余模组数目的同时，确保低压侧电压稳定或不改变正常模组的两侧电压匹配状态，提高系统运行效率。相比前级电路具备调压功能的直流变压器应用，本技术的方案取消了前级电路的调压功能，避免了额外的开关损耗，以提高系统的运行效率。针对设置热备状态的直流变压器应用，解决了冗余模组和正常模组的电压均衡问题，能够在保证直流变压器系统正常运行的同时，提供必要的冗余功能。61.图7是本技术实施例的另一种直流变压器的电压均衡控制方法流程示意图。62.在s10中，通过正常模组运行功率的均衡控制，调节正常模组第一直流端口的电压均衡，s10包括步骤s11-s14，与图3实施例相同。63.在s30中，基于第二公共直流端口，反向调节冗余模组第一直流端口的电压，s30包括步骤s31-s32，如图8所示。64.在s23中，将所有冗余模组的第一直流端口电压与第二平均值比较，经pi调节器后产生各个冗余模组对应的第三均衡调节指令。65.如图9所示，为对应的控制策略框图。假设有x个正常模组和y个冗余模组，满足x+y＝n，其中，i表示任意一个正常模组标号，j表示任意一个冗余模组标号。ubus_r是第二公共直流端口电压或第一公共直流端口电压参考。ubus是第二公共直流端口或第一公共直流端口电压。phase_main1是第一公共功率调节指令。udc_n是正常模组第一直流端口电压。udc_u是冗余模组第一直流端口电压。uav_r2是第二平均值。phase_ci是第一均衡调节指令。phasei是正常模组的最终调节指令。phase_c3是第三均衡调节指令。phasej是冗余模组的最终调节指令，即phase_c3＝phasej。66.在s24中，将各个冗余模组对应的第三均衡调节指令，发送给各个冗余模组的功率电路，调节对应模组的功率运行。67.本实施例提供的技术方案，相比前级电路无调压功能的直流变压器应用，能够在直流变压器系统存在不同冗余模组数目的同时，确保低压侧电压稳定或不改变正常模组的两侧电压匹配状态，提高系统运行效率。相比前级电路具备调压功能的直流变压器应用，本技术的方案取消了前级电路的调压功能，避免了额外的开关损耗，以提高系统的运行效率。针对设置热备状态的直流变压器应用，解决了冗余模组和正常模组的电压均衡问题，能够在保证直流变压器系统正常运行的同时，提供必要的冗余功能。68.图10是本技术实施例的一种直流变压器的正向启动流程示意图，包括以下步骤。69.在s011中，解锁所有模组的前级电路，使之全部处于投入状态，所有模组变为正常模组。70.在s012中，解锁所有正常模组的功率电路，并通过第一公共调节指令调节直流变压器的第二公共直流端口电压为额定值。71.在s013中，同时通过第一均衡调节指令，调节所有正常模组的第一直流端口电压为第一平均值或第二平均值。72.在s014中，将任一个正常模组转换为冗余模组后，将转换的模组的第一均衡调节指令变更为第二均衡调节指令，转换的模组的第一公共调节指令变更为第二公共调节指令，调节转换的模组的第一直流端口电压为第一平均值，直至冗余模组数目达到第一预设值。73.图11是本技术实施例的另一种直流变压器的正向启动流程示意图，包括以下步骤。74.在s021中，任选使直流变压器系统正常运行最小数目的模组解锁为正常模组。75.在s022中，解锁剩余模组为冗余模组。76.在s023中，解锁正常模组的功率电路，通过第一公共调节指令调节直流变压器的第二公共直流端口电压为额定值；同时通过第一均衡调节指令，调节所有正常模组的第一直流端口电压为第一平均值或第二平均值。77.在s024中，解锁冗余模组的功率电路，并通过第三均衡调节指令调节冗余模组的第一直流端口电压为第二平均值。78.图12是本技术实施例的一种直流变压器的反向启动流程示意图，包括以下步骤。79.在s031中，解锁所有模组的功率电路。80.在s032中，解锁所有模组为正常模组，通过第一公共调节指令调节直流变压器的第一公共直流端口电压为额定值，同时通过第一均衡调节指令，调节所有模组的第一直流端口电压为第一平均值或第二平均值。81.在s033中，将任一个正常模组转换为冗余模组，将转换的模组的第一均衡调节指令变更为第二均衡调节指令，将转换的模组的第一公共调节指令变更为第二公共调节指令，并调节转换的模组的第一直流端口电压为第一平均值，直至冗余模组数目达到第二预设值。82.图13是本技术实施例的另一种直流变压器的反向启动流程示意图，包括以下步骤。83.在s041中，解锁所有模组的功率电路。84.在s042中，任意选择使直流变压器系统正常运行最小数目的模组，解锁为正常模组。85.在s043中，解锁剩余模组为冗余模组。86.在s044中，通过第一公共调节指令调节所有正常模组，使直流变压器的第一公共直流端口电压为额定值，同时，通过第一均衡调节指令，调节所有正常模组第一直流端口电压为第一平均值或第二平均值。87.在s045中，通过第三均衡调节指令，调节所有冗余模组第一直流端口电压为第二平均值。88.图14是本技术实施例的一种直流变压器的故障控制流程示意图，包括以下步骤。89.在s051中，正常模组发生故障时，闭锁发生故障的正常模组的功率电路，同时将发生故障的正常模组转为旁路模组。90.在s052中，任选一个无故障的冗余模组转为正常模组，并将转换的模组的第二均衡调节指令或第三均衡调节指令变更为第一均衡调节指令，将转换的模组的第二公共调节指令变更为第一公共调节指令，并调节转换的模组的第一直流端口电压为第一平均值或第二平均值。91.本实施例提供的技术方案，当有故障模块需要退出系统时，由于冗余模组电压可以控制成与正常模组电压相同，此时，冗余模组的投退对其余正常模组的影响较小，系统冗余投退过程平稳，且冲击较小。92.以上实施例仅为说明本技术的技术思想，不能以此限定本技术的保护范围，凡是按照本技术提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本技术保护范围之内。









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