[发明专利]一种电力电子牵引变压器拓扑结构及其控制方法

摘要

本发明公开了一种新型电力电子牵引变压器拓扑结构及其控制方法。该新型电力电子牵引变压器包括N个功率变换单元，功率变换单元包括H桥变换器和中/高频隔离型DC/DC变换单元，N个H桥变换器组成N级级联H桥变换器，中/高频隔离型DC/DC变换单元包括K个DC/DC变换器；N个功率变换单元输入端串联、输出端并联，N级级联H桥变换器的输入端串联连接，输出端互不相连，N个DC/DC变换单元的输入端与N级级联H桥变换器的输出端连接，输出端并联连接；K个DC/DC变换器输入端串联、输出端串联。新型电力电子牵引变压器的功率平衡控制包括三部分：各H桥变换器的直流输出电压平衡控制、各中/高频隔离型DC/DC变换单元的输出电流平衡控制、每个中/高频隔离型DC/DC变换单元中各DC/DC变换器的输入电压平衡控制。

主权项

1.一种电力电子牵引变压器拓扑结构的功率平衡控制方法，所述的电力电子牵引变压器拓扑结构，包括N个功率变换单元；所述功率变换单元包括H桥变换器和中/高频隔离型DC/DC变换单元；所述N个H桥变换器组成N级级联H桥变换器；所述中/高频隔离型DC/DC变换单元包括K个DC/DC变换器；所述N个功率变换单元的输入端串联连接，输出端并联连接；所述N级级联H桥变换器的输入端串联连接，输出端互不相连；所述N个DC/DC变换单元的输入端与N级级联H桥变换器的输出端连接，输出端并联连接；所述K个DC/DC变换器的输入端串联连接，输出端串联连接，所述N级级联H桥变换器的输入端口按P11‑Q11‑P12‑Q12‑…‑P1N‑Q1N的顺序级联；所述N级级联H桥变换器的输入端口P1j与Q1j之间设有旁路接触器(5)，其中j＝1,2,…,N，所述N级级联H桥变换器的输出端口Po21、Qo21，Po22、Qo22，…，Po2N、Qo2N分别与中/高频隔离型DC/DC变换单元的输入端口Pi21、Qi21，Pi22、Qi22，…，Pi2N、Qi2N连接；中/高频隔离型DC/DC变换单元的输出端口P31，P32，…，P3N与牵引逆变器的输入侧正极连接，输出端口Q31，Q32，…，Q3N与牵引逆变器的输入侧负极连接，所述每个中/高频隔离型DC/DC变换单元输入端连接有输入支撑电容Ci，输出端连接有输出支撑电容Co；所述输入支撑电容Ci为H桥变换器的输出滤波电容；所述K个DC/DC变换器的输入端分别连接有输入支撑电容Ci1～CiK；所述K个DC/DC变换器的输出端分别连接有输出滤波电容Co1～CoK，其特征在于，包括：N级级联H桥变换器的功率平衡控制步骤以及N个中/高频隔离型DC/DC变换单元的功率平衡控制步骤，所述N级级联H桥变换器的功率平衡通过控制N级级联H桥变换器的直流输出电压平衡来实现；所述N个中/高频隔离型DC/DC变换单元的功率平衡通过控制N个中/高频隔离型DC/DC变换单元的输出电流平衡以及每个中/高频隔离型DC/DC变换单元中的K个DC/DC变换器的输入电压平衡来实现；所述N级级联H桥变换器的直流输出电压平衡控制包括以下步骤：步骤1：计算N级级联H桥变换器的输出直流电压v_dc1，v_dc2…v_dcN的总输出电压为将总输出电压与总参考电压Nv_{dc_ref}进行比较，将比较结果经H桥变换器电压控制器调节后得到参考电流幅值，同时将输入电压v_g通过锁相环进行处理，得到输入电压v_g的相位信息，将输入电压v_g的相位信息与参考电流幅值相乘，得到与输入电压v_g同相位的参考电流i_g,ref；步骤2：将输入电流ig与参考电流ig,ref进行比较，将比较结果经H桥变换器电流控制器调节后，与输入电压vg进行比较，比较后得到N级级联H桥变换器的总PWM电压参考值Vconv_ref，总PWM电压参考值Vconv_ref除以N得到平均PWM电压参考值Vconv_ref/N；步骤3：计算总输出电压的平均值，得到平均电压并作为各个H桥变换器的参考指令，将各个H桥变换器的输出直流电压分别与平均电压进行比较，比较后的结果经H桥变换器均压控制器调节后与平均PWM电压参考值V_{conv_ref}/N相乘，相乘得到的结果再与平均PWM电压参考值V_{conv_ref}/N相加，最后分别除以各级H桥变换器的输出直流电压v_dc1，v_dc2…v_dcN，得到各个H桥变换器用于实现电压平衡控制的调制波v_ctrx，其中x＝1,2,…,N。