可进行双向启动的电力电子变压器及其控制策略.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010067723.9 (22)申请日 2020.01.20 (71)申请人 特变电工西安电气科技有限公司 地址 710119 陕西省西安市西安高新区上 林苑四路70号 申请人 特变电工新疆新能源股份有限公司 (72)发明人 赵文健于向恩李直刘韬 段飞跃吴霆霆吕赫楠杨帆 (74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200 代理人 王艾华 (51)Int.Cl. H02M 3/335(2006.01) (54)发明名称 一种可进行双向启动的电力电子变压器及 其控。

2、制策略 (57)摘要 本发明公开了一种可进行双向启动的电力 电子变压器及控制策略。 该控制策略基于隔离型 双有源桥(DAB)拓扑结构的电力电子变压器模 块， 可通过电力电子变压器控制器与模块控制器 之间的通信配置模块从隔离变压器原边或副边 启动， 使得模块的启动方式不受限制， 电力电子 变压器设备的启动方法更加灵活， 适用于从高压 侧启动和低压侧启动的场景； 同时电力电子变压 器模块未参与控制器通信的一端可配置为观测 端口输出模块运行时的内部状态， 便于实现模块 运行状态的可视化， 保障设备稳定运行。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 111146951 A 2020.05.12 C。

3、N 111146951 A 1.一种可进行双向启动的电力电子变压器， 其特征在于， 包括级联的若干个电力电子 变压器模块及电力电子变压器控制器(4)； 所述电力电子变压器模块包括隔离变压器(1)， 所述隔离变压器(1)一端的拓扑以串联 形式构成模块串联侧， 另一端拓扑以并联形式构成模块并联侧； 所述模块串联侧设有模块 串联侧控制器(2)， 所述模块并联侧设有模块并联侧控制器(3)； 所述模块串联侧控制器(2) 与模块并联侧控制器(3)通过通信连接， 电力电子变压器控制器(4)分别通信连接所述模块 串联侧控制器(2)与模块并联侧控制器(3)； 所述模块串联侧为高压侧， 所述模块并联侧为 低压侧。。

4、 2.一种基于权利要求1所述一种可进行双向启动的电力电子变压器的控制策略， 其特 征在于， 包括： 模块串联侧控制策略和模块并联侧控制策略； 所述模块串联侧控制策略包括： 若电力电子变压器模块从模块串联侧启动， 则模块串 联侧控制器(2)与电力电子变压器控制器(4)之间通信并运行指令； 若电力电子变压器模块 从模块并联侧启动， 则模块串联侧控制器(2)对电力电子变压器控制器(4)的通信配置为观 测数据输出端口； 所述模块并联侧控制策略包括： 若电力电子变压器模块从模块并联侧启动， 则模块并 联侧控制器(3)与电力电子变压器控制器(4)之间通信并运行指令； 若电力电子变压器模块 从模块串联侧启动。

5、， 则并联侧控制器(3)对电力电子变压器控制器(4)的通信配置为观测数 据输出端口。 3.根据权利要求2所述的控制策略， 其特征在于， 所述模块串联侧控制策略具体为： 当电力电子变压器模块从模块串联侧启动时， 模块串联侧先得电， 电力电子变压器控 制器(4)下发启动方式， 模块串联侧控制器(2)根据启动方式对发波逻辑进行修改， 先对模 块并联侧进行充电启动； 在模块并联侧电容得电后， 模块并联侧控制器(3)上电， 开始与模 块串联侧控制器(2)进行握手通信； 模块串联侧控制器(2)将启动方式发送给模块并联侧控 制器(3)， 模块并联侧控制器(3)对应修改工作模式和通信数据。 4.根据权利要求2。

6、所述的控制策略， 其特征在于， 所述模块串联侧控制策略具体为： 当 电力电子变压器模块从模块并联侧启动时， 模块串联侧控制器(2)与电力电子变压器控制 器(4)的通信线选接； 此时模块并联侧先得电， 得电后得到电力电子变压器控制器(4)的配 置， 对模块串联侧进行充电启动； 模块串联侧控制器(2)上电后， 接收模块并联侧控制器(3) 发送的启动模式， 根据启动模式修改工作模式以及通信数据； 并将电力电子变压器模块至 电力电子变压器控制器(4)侧的通信数据修改为观测模式， 输出电力电子变压器模块内部 运行的各个状态数据。 5.根据权利要求2所述的控制策略， 其特征在于， 所述模块并联侧控制策略具。

7、体为： 当电力电子变压器模块从模块并联侧启动时， 模块并联侧先得电， 电力电子变压器控 制器(4)下发启动方式， 模块并联侧控制器(3)根据启动方式对发波逻辑进行修改， 先对模 块串联侧进行充电启动； 在模块串联侧电容得电后， 模块串联侧控制器(2)上电， 开始与模 块并联侧控制器(3)进行握手通信； 模块并联侧控制器(3)将启动方式发送给模块串联侧控 制器(2)， 模块并联侧控制器(3)对应修改工作模式和通信数据。 6.根据权利要求2所述的控制策略， 其特征在于， 所述模块并联侧控制策略具体为： 当电力电子变压器模块从模块串联侧启动时， 模块并联侧控制器(3)与电力电子变压 权利要求书 1/。

8、2 页 2 CN 111146951 A 2 器控制器(4)的通信线选接； 此时模块串联侧先得电， 上电后得到电力电子变压器控制器 (4)的配置， 对模块并联侧进行充电启动； 模块并联侧控制器(3)上电后， 接收模块串联侧控 制器(2)发送的启动模式， 根据启动模式修改工作模式以及通信数据； 并将电力电子变压器 模块至电力电子变压器控制器(4)侧的通信数据修改为观测模式， 输出模块内部运行的各 个状态数据。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111146951 A 3 一种可进行双向启动的电力电子变压器及其控制策略 技术领域 0001 本发明属于电力设备控制技术领域， 具体涉及一种可进行双向启。

9、动的电力电子变 压器及其控制策略。 背景技术 0002 近几年， 电力电子技术得到长足发展， 电力电子设备在输配电、 电机控制等多个领 域都得到广泛研究和应用。 受限于电力电子器件的耐压和载流， 目前在中压、 高压领域的研 究应用主要着眼于模块化级联技术。 通过低压、 小功率的模块级联满足高压、 大功率的应用 需求。 其中在高压直流输电领域以模块化多电平变流器(MMC)为代表， 在中压配网领域电力 电子变压器(SST)的概念成为了研究热点。 电力电子变压器一般通过模块串联进行中压并 网， 通过模块并联构造低压端口。 模块包含高频变压器作为隔离单元， 把中压侧和低压侧进 行隔离， 以构造功率解耦。

10、、 电气解耦的模块单元。 由于电气隔离和自取电要求， 电力电子变 压器控制器一般都分为两部分， 也即原副边各一个控制器， 两个控制器分别从原边和副边 独立自取电进行工作。 原副边控制器之间设有通信链路， 相互传输状态数据， 用以汇总至电 力电子变压器控制器进行控制和监测以及下发控制参数。 0003 由于电力电子变压器模块分为隔离变的原边和副边， 因此电力电子变压器模块的 启动方式也可从隔离变的原边启动或副边启动。 从设备端看也即电力电子变压器整机可从 中压侧启动或低压侧启动。 电力电子变压器的启动方式不同， 对应的通信数据和控制策略 也不同。 模块控制器多采用自取电模式， 若变压器模块从隔离变。

11、原边启动， 则模块原边控制 器先得电， 反之副边控制器先得电。 模块控制器得电后便可与电力电子变压器控制器进行 通信， 进而对副边进行充电， 使副边控制器得电， 最后转入运行态。 从任意一端进行启动， 则 模块控制器原副边之间、 模块控制器与电力电子变压器控制器之间的通信数据各有不同， 因此对应着不同的控制软件。 模块的启动策略一旦固化到模块控制器不能修改， 无法满足 电力电子变压器从两端启动的实际需求。 0004 为缩小隔离变体积， 隔离变两端的开关管工作频率较高， 模块控制器的工作周期 也较短。 在每个控制周期内模块需要收发大量数据， 一方面接收控制参数， 另一方面需要将 内部丰富的信息发。

12、送至人机界面以供监测。 一旦启动方式确定， 目前的启动策略只能满足 上送信息的单向流动。 例如模块从隔离变副边启动， 则模块内部的观测数据只能从隔离变 原边发送至副边， 再由副边发送至变压器控制器。 由此导致设备整体通信时间较为紧张， 需 要牺牲一部分观测数据满足控制周期的快速性需求。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种可进行双向启动的电力电子变压器及其控制策略， 以 解决现有技术中， 模块的启动策略一旦固化到模块控制器不能修改， 无法满足电力电子变 压器从两端启动的实际需求的技术问题。 0006 为实现上述目的， 本发明采用如下技术方案： 说明书 1/5 页 4 CN 111146。

13、951 A 4 0007 一种可进行双向启动的电力电子变压器， 包括级联的若干个电力电子变压器模块 及电力电子变压器控制器； 0008 所述电力电子变压器模块包括隔离变压器， 所述隔离变压器一端的拓扑以串联形 式构成模块串联侧， 另一端拓扑以并联形式构成模块并联侧； 所述模块串联侧设有模块串 联侧控制器， 所述模块并联侧设有模块并联侧控制器； 所述模块串联侧控制器与模块并联 侧控制器通过通信连接， 电力电子变压器控制器分别通信连接所述模块串联侧控制器与模 块并联侧控制器； 所述模块串联侧为高压侧， 所述模块并联侧为低压侧。 0009 一种基于所述一种可进行双向启动的电力电子变压器的控制策略， 。

14、包括： 0010 模块串联侧控制策略和模块并联侧控制策略； 0011 所述模块串联侧控制策略包括： 若电力电子变压器模块从模块串联侧启动， 则模 块串联侧控制器与电力电子变压器控制器之间通信并运行指令； 若电力电子变压器模块从 模块并联侧启动， 则模块串联侧控制器对电力电子变压器控制器的通信配置为观测数据输 出端口； 0012 所述模块并联侧控制策略包括： 若电力电子变压器模块从模块并联侧启动， 则模 块并联侧控制器与电力电子变压器控制器之间通信并运行指令； 若电力电子变压器模块从 模块串联侧启动， 则并联侧控制器对电力电子变压器控制器的通信配置为观测数据输出端 口。 0013 进一步的， 所。

15、述模块串联侧控制策略具体为： 0014 当电力电子变压器模块从模块串联侧启动时， 模块串联侧先得电， 电力电子变压 器控制器下发启动方式， 模块串联侧控制器根据启动方式对发波逻辑进行修改， 先对模块 并联侧进行充电启动； 在模块并联侧电容得电后， 模块并联侧控制器上电， 开始与模块串联 侧控制器进行握手通信； 模块串联侧控制器将启动方式发送给模块并联侧控制器， 模块并 联侧控制器对应修改工作模式和通信数据。 0015 进一步的， 所述模块串联侧控制策略具体为： 当电力电子变压器模块从模块并联 侧启动时， 模块串联侧控制器与电力电子变压器控制器的通信线选接； 此时模块并联侧先 得电， 得电后得到。

16、电力电子变压器控制器的配置， 对模块串联侧进行充电启动； 模块串联侧 控制器上电后， 接收模块并联侧控制器发送的启动模式， 根据启动模式修改工作模式以及 通信数据； 并将电力电子变压器模块至电力电子变压器控制器侧的通信数据修改为观测模 式， 输出电力电子变压器模块内部运行的各个状态数据。 0016 进一步的， 所述模块并联侧控制策略具体为： 0017 当电力电子变压器模块从模块并联侧启动时， 模块并联侧先得电， 电力电子变压 器控制器下发启动方式， 模块并联侧控制器根据启动方式对发波逻辑进行修改， 先对模块 串联侧进行充电启动； 在模块串联侧电容得电后， 模块串联侧控制器上电， 开始与模块并联。

17、 侧控制器进行握手通信； 模块并联侧控制器将启动方式发送给模块串联侧控制器， 模块并 联侧控制器对应修改工作模式和通信数据。 0018 进一步的， 所述模块并联侧控制策略具体为： 0019 当电力电子变压器模块从模块串联侧启动时， 模块并联侧控制器与电力电子变压 器控制器的通信线选接； 此时模块串联侧先得电， 上电后得到电力电子变压器控制器的配 置， 对模块并联侧进行充电启动； 模块并联侧控制器上电后， 接收模块串联侧控制器发送的 说明书 2/5 页 5 CN 111146951 A 5 启动模式， 根据启动模式修改工作模式以及通信数据； 并将电力电子变压器模块至电力电 子变压器控制器侧的通信。

18、数据修改为观测模式， 输出模块内部运行的各个状态数据。 0020 本发明的有益效果是： 0021 1、 本发明提出的一种可双向启动电力电子变压器， 包括级联的若干个电力电子变 压器模块及电力电子变压器控制器， 结构简单实用； 0022 2、 本发明提出的一种可双向启动电力电子变压器的控制策略， 实现了通过电力电 子变压器控制器给模块配置启动模式， 并对应调整模块串联侧、 并联侧之间以及其与电力 电子变压器控制器的通信数据， 使模块兼容可从串联侧或并联侧启动， 也即电力电子变压 器可从中压侧或低压侧灵活启动的需求； 0023 3、 本发明提出的一种可双向启动电力电子变压器的控制策略， 可将模块的。

19、一侧配 置成数据输出模式用于观测模块运行过程中内部丰富的状态数据， 拓宽了模块的观测信息 通道， 便于设备工作时的全方面可视化运行， 保障设备的安全稳定。 附图说明 0024 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解， 本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 在附图中： 0025 图1为本发明的一种可双向启动电力电子变压器的结构示意图； 0026 图2为本发明的控制策略的模块串联侧控制策略示意图； 0027 图3为本发明的控制策略的模块并联侧控制策略示意图； 0028 其中： 1-隔离变压器， 2-模块串联侧控制器， 3-模块并联侧控制器。

20、， 4-电力电子变 压器控制器。 具体实施方式 0029 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。 需要说明的是， 在不冲突的情 况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 0030 以下详细说明均是示例性的说明， 旨在对本发明提供进一步的详细说明。 除非另 有指明， 本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含 义相同。 本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式， 而并非意图限制根据本发明的 示例性实施方式。 0031 如图1所示， 一种可进行双向启动的电力电子变压器， 包括级联的若干个电力电子 变压器模块及电力电子变压器控制器4； 所述电力电子变。

21、压器模块包括隔离变压器1， 所述 隔离变压器1一端的拓扑以串联形式构成模块串联侧， 另一端拓扑以并联形式构成模块并 联侧； 所述模块串联侧设有模块串联侧控制器2， 所述模块并联侧设有模块并联侧控制器3； 所述模块串联侧控制器2与模块并联侧控制器3通过通信连接， 电力电子变压器控制器4分 别通信连接所述模块串联侧控制器2与模块并联侧控制器3； 所述模块串联侧为高压侧， 所 述模块并联侧为低压侧。 0032 本发明的控制策略涉及电力电子变压器模块内部隔离变压器的原副边控制器， 为 便于描述， 以下将电力电子变压器模块通过串联至中压侧的一端称为模块串联侧， 将并联 生成低压的一端成为模块并联侧。 下。

22、面分别对模块串联侧和并联侧进行描述。 说明书 3/5 页 6 CN 111146951 A 6 0033 模块串联侧控制策略 0034 模块串联侧控制器2对外有两个通信接口， 分别连接电力电子变压器控制器4和模 块并联侧控制器3。 若电力电子变压器从模块串联侧启动， 则模块串联侧控制器2需要与电 力电子变压器控制器4之间进行通信并运行指令； 若从模块并联侧启动， 则模块串联侧控制 器2对电力电子变压器控制器4的通信可配置为观测数据输出端口。 0035 当电力电子变压器模块从模块串联侧启动时， 电力电子变压器先通过高压侧进行 不控整流充电， 模块串联侧先得电， 电力电子变压器控制器4下发启动方式。

23、， 模块串联侧控 制器2根据启动方式对发波逻辑进行修改， 先对模块并联侧进行充电启动； 在模块并联侧电 容得电后， 模块并联侧控制器3上电， 开始与模块串联侧控制器2进行握手通信； 模块串联侧 控制器2将启动方式发送给模块并联侧控制器3， 模块并联侧控制器3对应修改工作模式和 通信数据。 0036 当电力电子变压器模块从模块并联侧启动时， 模块串联侧控制器2与电力电子变 压器控制器4的通信线可选接。 此时模块并联侧先得电， 得电后得到电力电子变压器控制器 4的配置， 对模块串联侧进行充电启动； 模块串联侧控制器2上电后， 接收模块并联侧控制器 3发送的启动模式， 根据启动模式修改工作模式以及通。

24、信数据。 并将电力电子变压器模块至 电力电子变压器控制器4侧的通信数据修改为观测模式， 输出电力电子变压器模块内部运 行的各个状态数据。 0037 模块并联侧控制策略 0038 模块并联侧控制器3对外有两个通信接口， 分别连接电力电子变压器控制器4和模 块串联侧控制器2。 若电力电子变压器从模块并联侧启动， 则模块并联侧控制器3需要与电 力电子变压器控制器4之间进行通信并运行指令； 若从模块串联侧启动， 则模块并联侧控制 器3对电力电子变压器控制器4的通信可配置为观测数据输出端口。 0039 当电力电子变压器模块从模块并联侧启动时， 模块并联侧先得电， 电力电子变压 器控制器 4下发启动方式，。

25、 模块并联侧控制器3根据启动方式对发波逻辑进行修改， 先对模 块串联侧进行充电启动； 在模块串联侧电容得电后， 模块串联侧控制器2上电， 开始与模块 并联侧控制器 3进行握手通信； 模块并联侧控制器3将启动方式发送给模块串联侧控制器 2， 模块并联侧控制器3对应修改工作模式和通信数据。 0040 当电力电子变压器模块从模块串联侧启动时， 并联侧模块控制器3与电力电子变 压器控制器4的通信线可选接。 此时模块串联侧先得电， 上电后得到电力电子变压器控制器 4的配置， 对模块并联侧进行充电启动； 模块并联侧控制器3上电后， 接收模块串联侧控制器 2发送的启动模式， 根据启动模式修改工作模式以及通信。

26、数据。 并将电力电子变压器模块至 电力电子变压器控制器4侧的通信数据修改为观测模式， 输出电力电子变压器模块内部运 行的各个状态数据。 0041 在本发明所提出的可进行双向启动的电力电子变压器控制策略中， 电力电子变压 器控制器 4在上电后通过与模块隔离变压器的某一端下发启动方式进行配置， 模块在收到 配置指令后， 调整模块通信数据和启动模式策略进行启动； 而模块的另一端可配置为信息 输出端口， 将模块的内部运行特性输出以便调试观察。 0042 由技术常识可知， 本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方 案来实现。 因此， 上述公开的实施方案， 就各方面而言， 都只是举例说明， 并不是仅有的。 所 说明书 4/5 页 7 CN 111146951 A 7 有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。 说明书 5/5 页 8 CN 111146951 A 8 图1 说明书附图 1/3 页 9 CN 111146951 A 9 图2 说明书附图 2/3 页 10 CN 111146951 A 10 图3 说明书附图 3/3 页 11 CN 111146951 A 11 。