[发明专利]一种隔离型直流变换器及故障容错控制方法

说明书

本发明公开了一种隔离型直流变换器及故障容错控制方法，该变换器包括：高频变压器及其两侧的桥结构，其中一侧桥结构为逆变侧，另一侧桥结构为整流侧；当逆变侧发生故障时，整流侧注入了第一预设补偿直流电流；当整流侧发生故障时，逆变侧注入了第二预设补偿直流电流。该方法包括：根据故障特性对故障进行定位，判断故障发生在逆变侧还是整流侧；当故障发生在逆变侧时，在整流侧注入第一预设补偿直流电流；当故障发生在整流侧时，在逆变侧注入第二预设补偿直流电流。通过本发明，可实现直流偏置磁通补偿，避免了高频变压器饱和，提高了变换器安全可靠运行能力。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种隔离型直流变换器及故障容错控制方法。

背景技术

高频隔离型双向直流变换器近年来由于其在新能源发电系统、能源互联网并网应用、以及能量储存系统中的大规模应用，逐渐成为电力电子学科领域的研究热点。在此类变换器中，双有源桥DC-DC变换器(DAB)由于其具有电气隔离、双向能量传递、升降压变换、以及高功率密度等优势，受到了各界广泛关注。

相对于传统设备，基于半导体开关器件的大功率电力电子变换器更容易受到非正常工况的影响，降低其可靠性和鲁棒性。在DAB中，IGBT的短路故障、开路故障以及对应的驱动电路故障占所有非正常工况的46％。其中短路故障由于较大的过电流常采用停机的方式来处理。不同于短路故障，当发生单个IGBT开路故障，由于此时设备过流过压并不明显，DAB可以在故障状态下维持一定的功率传输能力。

通过一定方式的容错运行方案，DAB的可靠性，鲁棒性，以及设备利用率能够得到有效提高，对设备投入不同应用具有重要意义。目前，针对DAB中IGBT开路故障容错运行方案有两种：

(1)DAB所用器件的冗余设计；(2)DAB本身的容错运行控制方法。

方法(1)尽管提高了系统的可靠性和鲁棒性，但仍需要额外投入，同时降低了电力电子变压器的功率密度。方法(2)通过调整DAB开关信号引入额外控制自由度，实现了在不使用额外冗余设备的情况下的容错运行。但是上述的容错运行控制方法仅考虑了理想变压器模型，在理想变压器中，由于寄生电阻被忽略，由故障引起的原副边直流励磁电流所产生的磁通在高频变压器中可以相互抵消；而在实际的变压器模型中，由于变压器寄生电阻的存在，由故障引起的直流偏置电流在DAB非故障一侧会被逐渐消耗掉，引起原副边磁通不平衡，导致高频变压器磁芯饱和。此外，目前学者提出的DAB容错运行控制方案仅考虑了单向功率传递，当在故障状态下，功率反向传输，所提方法不能实现容错运行。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种隔离型直流变换器及故障容错控制方法，维持了DAB在IGBT开路故障状态下的双向功率传递能力，提高了DAB的可用度；同时可以实现直流偏置电流补偿，从而避免高频变压器饱和。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种隔离型直流变换器，其包括：高频变压器以及其两侧的桥结构；其中，

其中一侧桥结构为逆变侧，另一侧桥结构为整流侧；

当所述逆变侧发生故障时，所述整流侧注入了第一预设补偿直流电流；

当所述整流侧发生故障时，所述逆变侧注入了第二预设补偿直流电流。

较佳地，所述逆变侧的原副边电流为i₁，所述整流侧的原副边电流为i₂；其中，

当所述逆变侧发生故障，且所述i₁未超过额定电流值i_1rated时，移相角保持原参数值；否则所述移相角减小以实现降功率运行；

当所述整流侧发生故障，且所述i₂未超过额定电流值i_2rated时，移相角保持原参数值；否则所述移相角减小以实现降功率运行。