[发明专利]一种多有源桥电力电子变压器及其软启动方法

说明书

本发明涉及直流配用电技术领域，旨在提供一种多有源桥电力电子变压器及其软启动方法。是利用辅助电源和软启动策略对输出侧端口电容进行预充电，使得端口电压基本达到额定值，然后在辅助电源的切除和分布式电源的接入的过程中，通过控制模式的切换实现变压器平滑进入稳态控制模式。在多模式控制策略中有三个自由度，分别控制高压端口向中低压端口的传输功率的大小和方向。本发明能在保证端口电压稳定启动的同时，从高压侧实行的预充电成功限制电感电流峰值的大小，避免系统冲击电流的出现。多种控制模式均只需采用PI控制器，控制方法简单，能够保证模式切换后输出的连续性。

技术领域

本发明涉及一种多有源桥电力电子变压器及其软启动方法，属于直流配用电技术领域。

背景技术

直流配电网由于其高效性、可控性等优点而逐渐受到广泛关注。其中，多电压等级直流配电网可以兼容不同电压等级的分布式源储与负荷，有利于进一步发挥直流配电网的优势。

多电压等级直流配电网包含多个不同电压等级的直流母线，通常通过DC/DC电力电子变压器变换电压来实现多电压等级的互联。目前，DC/DC电力电子变压器可分为隔离型和非隔离型，其中隔离型DC/DC电力电子变压器因具有电气隔离、可靠性高而被广泛应用。相较于传统的两端口隔离型DC/DC变换器，基于多绕组变压器的多有源桥电力电子变压器可减少互联所需的器件和变换环节，有利于提高电力电子变压器的功率密度和传输效率，具有重要的应用意义。

多有源桥电力电子变压器由于初始状态下输出侧端口电压为零，输出侧端口的稳压电容可认为短路状态，因而在启动时系统中会出现较大的冲击电流。为解决此问题，现有的软启动策略通过在硬件上增加辅助电路或者软件上设置多阶段的启动过程，来实现对端口并联电容的预充电，从而避免了冲击电流的出现。上述的软启动策略研究主要针对双有源桥电力电子变压器从高压侧启动的情况，而多有源桥电力电子变压器由于存在端口耦合，因此在启动过程中限制电流的问题更为复杂，相应的启动策略研究较少。如果是低压侧支撑高压侧控制模式，现有方法也是从低压侧开始启动充电，导致电容电流过大。针对这一问题，本发明提出了一种多有源桥电力电子变压器及其软启动方法,通过多模式的切换解决低压侧支撑高压侧时的电流冲击问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种多有源桥电力电子变压器及其软启动方法，是通过辅助电源和多控制模式切换实现电感电流峰值受限的软启动过程。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种多有源桥电力电子变压器，包括三绕组变压器和三组由开关管构成的H桥；三绕组变压器中的高压绕组、中压绕组和低压绕组分别通过电感串接一组H桥，各H桥的输出端口分别并联一个端口稳压电容；其中，高压绕组的输出端口处还并联一个辅助电源，且在该并联支路上设开关；低压绕组的输出端口接至分布式电源，在该连接线路上串联有开关。

本发明进一步提供了基于前述多有源桥电力电子变压器的软启动方法，包括步骤：

(1)高压绕组、中压绕组和低压绕组的输出端口分别为高压端口、中压端口和低压端口；在初始状态下，高压端口处的辅助电源处于接入状态，低压端口处的分布式电源处于切除状态，中压端口和低压端口的电压为零；

启动电压控制模式，从高压侧向低压侧的两个端口稳压电容进行预充电；通过PI控制器对中压端口和低压端口进行电压控制，使端口电压跟踪电压设定值；在启动后，使电压设定值线性地从零增大至端口电压的额定值，同时高压端口的桥内移相角从π线性减小至零；在高压端口向中压端口和低压端口处的端口稳压电容预充电的过程中，中压端口和低压端口处的端口电压稳定上升至额定值，串联在H桥与变压器绕组之间的电感上的电流峰值从零增大，并在经过一定超调之后减小至稳态值；

(2)当中压端口和低压端口的端口电压达到额定值后，使中压端口一直维持在电压控制模式不变，保持输出电压的稳定；