[发明专利]一种用于MMC型变换器的中央控制器供电系统和供电方法

说明书

本发明提供了一种用于MMC型变换器的中央控制器供电系统和供电方法，本发明系统包括取电电路、MMC桥臂、中央控制器，中央控制器仅从MMC桥臂的一个功率模块取电，控制第一开关S1和第二开关S2的开闭以及实施电压平衡策略，实现对中央控制器的稳定供电；本发明省略了额外的辅助电源，可以设置中央控制器与原边高压侧某一模块同电位，降低对供电系统绝缘电压的要求；并且可以降低对储能电容容量需求；在停止对负载供电时，仍然可以保持中央控制器工作。

技术领域

本发明涉及信息监测高压直流变换器的辅助供电技术，具体涉及一种用于MMC型变换器的中央控制器供电系统和供电方法。

背景技术

在输入电压较高的应用场合，通常需要使用电路串联来承受高电压。一种基于模块化多电平变换器(Modular multilevel converter,MMC)的隔离型高压直流电源的电路拓扑如图1所示，主要包括：MMC桥臂、谐振腔、变压器、整流桥和输出滤波电容，采用变压器实现输入与输出的电气隔离。单相MMC电路包含上下两个桥臂，每个桥臂包含电感L与N个级联的功率模块SM1～SMN。每个功率模块内部包含主电路、模块控制电路和模块辅助电源，主电路为半桥结构，包含上下两个功率开关Q1、Q2和直流电容CSM，模块辅助电源可以直接从模块的主电路电容上取电，给模块控制电路供电，如图2所示的高压直流电源的控制系统与辅助供电。

此外，整个高压电源还需要一个中央控制器负责执行主要控制算法，并通过光纤连接所有的模块，下发指令实现系统的控制，中央控制器也需要辅助电源为其提供电力。

传统的中央控制器辅助电源参考了低压电源的取电方案，从原边高压侧取电启动，待系统正常运行后从副边输出侧取电，如图3所示的传统中央控制器供电方案。从原边取电的启动电路包括电阻Rs、储能电容Cs、开关S与辅助电源Pm1。原边MMC的其中一个功率模块的辅助电源P1给储能电容Cs充电，电阻Rs用于限制充电电流。Cs的电压上升至设定值后，开关S闭合，辅助电源Pm1开始供电，中央控制器开始工作，启动整个电源。中央控制器电源从功率模块的取电必须很小，否则会使该功率模块电容上电压下降太多，从而影响正常运行。在开关S闭合之后的电源启动期间，中央控制器实际上始终从储能电容Cs取电。

在电源启动完成后，电源进入正常运行，输出电压达到额定值，辅助电源Pm2开始工作，可持续给中央控制器供电。正常工作期间，中央控制器始终从输出侧取电。

传统中央控制器供电方案存在以下问题：

1)需要从原边和副边两侧取电，而中央控制器电位只能与其中的一侧相同或接近。由于高压直流电源一般要求原副边具有很高的隔离的电压，因此Pm1和Pm2中的一个辅助电源需要承受高绝缘电压。例如，中央控制器与副边输出侧等电位，则原边高压侧的辅助供电模块Pm1需要很高的隔离电压等级。

2)电源系统在整个启动过程中完全依赖Cs的充电能量，因此Cs需要设置相当大的电容量。

3)若由于负载短路等故障产生时，中央控制器供电中断，会出现启动电路反复启动等情况，容易造成电源故障。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于MMC型变换器的中央控制器供电的系统和方法，其能解决上述问题。

设计原理：提出一种新的中央控制器供电方案，中央控制器仅从原边高压侧的一个功率模块取电，并通过控制功率模块中功率开关的动作，将电能从高压输入传输至该功率模块。本发明省略了从副边供电的辅助电源，可以设置中央控制器与原边高压侧某一模块同电位，降低对辅助电源绝缘电压的要求；并且可以降低对储能电容容量需求；在停止对负载供电时，仍然可以保持中央控制器工作。