[发明专利]变换器串并联系统及其控制方法

说明书

本公开提供一种变换器串并联系统及其控制方法。该变换器串并联系统包括：一第一组并联单元，包括多个相互并联的第一单元；一第二组并联单元，包括多个相互并联的第二电路，且第二电路采用一第二方式控制；其中，第一组并联单元的一输入端和第二组并联单元的一输入端串联于一输入电源；第一组并联单元中的第一单元包括：一第一电路，且第一电路采用一第一方式控制；一第一控制单元，其与第一电路电连接，且用于根据一变截距补偿量和第一电路的一输入电压、一第一输出电流及一虚拟阻抗，以产生一第一控制信号控制第一电路。本公开对于变换器串并联组合，通过变截距补偿来减小下垂特性方法引入的输入电压的控制偏差，从而能够使得均压和均流得以平衡。

技术领域

本公开涉及一种电力电子技术领域，具体涉及一种变换器串并联系统及其控制方法。

背景技术

随着电子技术的发展和进步，电力电子系统朝着集成化、数字化的方向发展。变换器串并联系统属于系统级集成，即采用标准化模块通过串、并联的方式实现不同应用场合的功能。目前，变换器串并联系统中的技术难点在于均压和均流，且均流的处理在对输入/输出有均压精度要求的场合中会比较棘手。普遍的做法是采用外均流环或常规的下垂特性均流。

采用外均流环法时，需要额外增加控制环路，其带宽受通信延时的影响较大，在数字化实现功率变换的场合，通信的延时会对变换器的控制性能带来影响(包括动态性能、系统响应速度等)。因此，均流速度较慢，动态均流效果差，易受外界噪声干扰；当系统较复杂，存在多环路控制时，通常均流环节的处理越简单越好，而额外设计一个均流环路，将增大系统的复杂性。其次，在支持热插拔的情形下，变换器数据采集的缺失会对通信控制量的更新带来紊乱。

常规的下垂特性均流可以实现无线自主均流，从而规避有线均流带来的问题，但引入的输入电压的控制偏差造成电压调整率变差，电压的均压精度较差。

采用常规下垂特性法均流时，如图1所示，为两个并联变换器的输入电压控制的下垂特性曲线，其中第i个并联变换器的输入电压V_INi随输出电流Io增加而下垂的速率用虚拟阻抗系数R来表示，其中，输入电压如下公式(1)所示：

其中V_bus是系统的总输入电压，为第i个并联变换器的参考电压。

如图1和公式(1)所示，于第i个并联变换器引入虚拟阻抗系数R以后，第i个并联变换器的输入电压V_INi随着第i个并联变换器的输出电流Io的增大而产生输入电压的控制偏差ΔV_INi(其中i＝1,2…，n，n∈N)，如下公式(2)所示：

由此可知，第i个并联变换器的输入电压由于虚拟阻抗系数R会产生输入电压的控制偏差ΔV_INi，且控制偏差ΔV_INi随着第i个并联变换器的输出电流I_o的增大而增大，从而对变换器串并联系统中输入电压的均压造成影响，并且R越大，均压效果越差。

另一方面，如图1所示，下垂法控制时，两个并联变换器间的ΔV_error不变，影响均流效果的不平衡电流ΔI随R的增大而变小，如下公式(3)：

ΔI＝ΔV_error·cotθ＝ΔV_error/R (3)

其中ΔI为两个并联变换器的输出电流的不平衡电流，ΔV_error为两个并联变换器间的输入电压的控制偏差，θ为下垂曲线与水平线相交的夹角(取下垂曲线的斜率角的补角)。

因此，由上公式(3)可知，虚拟阻抗系数R的大小与不平衡电流ΔI大小相关联，增大R的值可明显减少不平衡电流，即增强均流效果。