本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電力電子變壓器及其控制方法。

背景技術(shù)：

電力電子變壓器又稱為固態(tài)變壓器、智能通用變壓器、或柔性變壓器，它是以電力電子變流技術(shù)和電磁感應(yīng)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型變壓器，徹底改變了傳統(tǒng)變壓器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在實現(xiàn)常規(guī)電力變壓器電壓等級變換、電氣隔離和能量傳遞等基本功能的基礎(chǔ)上，還可以實現(xiàn)雙向潮流控制、電能質(zhì)量控制等許多額外功能，是下一代智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵裝備。

目前的電力電子變壓器有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一般包含高壓級、隔離級和低壓級三個部分，其中高壓級一般采用級聯(lián)多電平的結(jié)構(gòu)，隔離級一般采用多個DC/DC模塊并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。然而，目前這些電力電子變壓器在不同負(fù)載下功率模塊均處于工作模式，在實際應(yīng)用中，配網(wǎng)中的負(fù)載波動較大，使得電力電子變壓器輕載時產(chǎn)生的損耗大、效率低，制約電力電子變壓器的實用化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電力電子變壓器及其控制方法，用于解決電力電子變壓器輕載時產(chǎn)生的損耗大、效率低的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種電力電子變壓器，包括五個變壓器方案：

變壓器方案一，所述電力電子變壓器為三級型，包括整流級、隔離級和逆變級，至少其中一級包括兩個以上并聯(lián)的子模塊。

變壓器方案二，在變壓器方案一的基礎(chǔ)上，所述整流級包括兩個以上的整流單元，每個整流單元包括并聯(lián)的兩個以上AC/DC子模塊；所述隔離級包括輸出端并聯(lián)的兩個以上的隔離單元，每個隔離單元包括并聯(lián)的兩個以上的DC/DC子模塊；所述逆變級包括一個逆變單元，包括并聯(lián)的兩個以上的DC/AC子模塊；整流單元之間的交流側(cè)級聯(lián)，每個整流單元直流側(cè)分別連接對應(yīng)的隔離單元，每個隔離單元的輸出端并聯(lián)后連接所述逆變單元。

變壓器方案三，在變壓器方案二的基礎(chǔ)上，所述AC/DC子模塊采用H橋或MMC電路拓?fù)洹?/p>

變壓器方案四，在變壓器方案二的基礎(chǔ)上，所述DC/DC子模塊采用CLLC變換器拓?fù)?、CLLLC變換器拓?fù)浠蛘咭葡嗳珮螂娐吠負(fù)洹?/p>

變壓器方案五，在變壓器方案二的基礎(chǔ)上，所述DC/AC子模塊采用兩電平或三電平電路拓?fù)洹?/p>

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提出一種電力電子變壓器控制方法，包括五個方法方案：

方法方案一，所述電力電子變壓器為三級型，包括整流級、隔離級和逆變級，至少其中一級包括兩個以上并聯(lián)的子模塊；根據(jù)系統(tǒng)輸出功率確定所述子模塊投入或切除的數(shù)量。

方法方案二，在方法方案一的基礎(chǔ)上，所述子模塊的投切方式包括逐個投入或切除。

方法方案三，在方法方案二的基礎(chǔ)上，對于所述三級型中的兩級或三級包括至少兩個并聯(lián)子模塊的電力電子變壓器，同步控制所述各級投入與切除子模塊的數(shù)量。

方法方案四，在方法方案一、方法方案二或方法方案三的基礎(chǔ)上，按照優(yōu)先級別投入或切除所述子模塊。

方法方案五，在方法方案四的基礎(chǔ)上，所述優(yōu)先級別按照所述子模塊的累計運行狀態(tài)確定，當(dāng)投入子模塊時，累計運行時間短的子模塊優(yōu)先投入，當(dāng)切除子模塊時，累計運行時間長的子模塊優(yōu)先切除。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出了一種三級型電力電子變壓器，通過至少將其中一級設(shè)置多個并聯(lián)的子模塊，根據(jù)系統(tǒng)輸出功率確定子模塊投入或切除的數(shù)量，該方法控制原理簡單，在輕載時有效減小損耗，提升系統(tǒng)的工作效率，提高變壓器的使用壽命。

通過設(shè)置優(yōu)先級別，實時統(tǒng)計系統(tǒng)各功率子模塊的累積運行時間，根據(jù)輸出功率的需求按照累計運行時間的長短逐個投入或切除子模塊，有效降低各功率模塊平均運行時間，提升系統(tǒng)投入或切除子模塊時的電壓穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是電力電子變壓器主回路及控制框架示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的說明。

本發(fā)明的一種電力電子變壓器控制方法的實施例：

本發(fā)明的電力電子變壓器為三級型，包括整流級、隔離級和逆變級，整流級作為輸入端，包括兩個以上的整流單元，每個整流單元包括并聯(lián)的兩個以上AC/DC子模塊；隔離級包括輸出端并聯(lián)的兩個以上的隔離單元，每個隔離單元包括并聯(lián)的兩個以上的DC/DC子模塊；逆變級包括一個逆變單元，包括并聯(lián)的兩個以上的DC/AC子模塊；整流單元之間的交流側(cè)級聯(lián)，每個整流單元直流側(cè)分別連接對應(yīng)的隔離單元，每個隔離單元的輸出端并聯(lián)后連接逆變單元。

例如，如圖1所示的一種電力電子變壓器控制系統(tǒng)，包括三級型電力電子變壓器和控制器，該電力電子變壓器的三級均并聯(lián)有多個子模塊，即每個整流單元由兩個以上AC/DC子模塊并聯(lián)而成，隔離單元由兩個以上DC/DC子模塊并聯(lián)而成，逆變單元由兩個以上DC/AC子模塊并聯(lián)而成。

控制器用于整流單元、隔離單元和逆變單元，該控制器分別實時統(tǒng)計整流器子模塊、隔離變換器子模塊及逆變器子模塊的累積運行時間，根據(jù)輸出功率的需求按照所述累計運行時間投入或切除AC/DC子模塊、DC/DC子模塊、DC/AC子模塊；其中，累計運行時間短的AC/DC子模塊、DC/DC子模塊、DC/AC子模塊優(yōu)先投入，累計運行時間長的AC/DC子模塊、DC/DC子模塊、DC/AC子模塊優(yōu)先切除。

圖1中，對于整流級，由m個整流單元級聯(lián)實現(xiàn)，考慮功率需求，每個整流單元由n個AC/DC子模塊并聯(lián)組成，AC/DC子模塊采用H橋或MMC電路拓?fù)洹?/p>

對于隔離級，由m個隔離單元實現(xiàn)，每個隔離單元的輸入端口通過并聯(lián)一個電容連接相應(yīng)整流單元的輸出端。考慮功率需求及與整流單元的連接，每個隔離變換單元由p個DC/DC子模塊并聯(lián)組成，DC/DC子模塊采用CLLC變換器拓?fù)?、CLLLC變換器拓?fù)浠蛘咭葡嗳珮螂娐吠負(fù)洹?/p>

對于輸出級，因電壓等級較低，不需要多個逆變單元進行并聯(lián)，考慮功率需求，每個逆變單元由q個DC/AC子模塊并聯(lián)組成，其中，DC/AC子模塊采用兩電平或三電平電路拓?fù)洹?/p>

上述各功率子模塊均通過采樣及控制接口與系統(tǒng)中的控制器相連，系統(tǒng)通過智能休眠控制技術(shù)，控制上述各功率子模塊的投入或切除，實現(xiàn)變壓器輕載時損耗的降低，具體控制方法如下：

1)當(dāng)系統(tǒng)輸出功率逐漸增加時，投入并聯(lián)的各子模塊數(shù)目從1個逐漸增加至全部投入，反之，當(dāng)整體輸出功率減少時，逐步切除各功率子模塊，使投入并聯(lián)的各子模塊數(shù)目從全部逐漸降低至1個；

2)控制器實時統(tǒng)計各子模塊累積運行的時間，使累計運行時間短的子模塊優(yōu)先投入，累計運行時間長的子模塊優(yōu)先切除。

圖1所示的是一種降壓式單相電力電子變壓器控制系統(tǒng)，本發(fā)明的電力電子變壓器控制系統(tǒng)既可以是單相，也可以是三相，連接方式為圖1中三個相同結(jié)構(gòu)的單相電力電子變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)進行相應(yīng)的星型或三角形連接。

本實施例中AC/DC子模塊數(shù)量、DC/DC子模塊數(shù)量及DC/AC子模塊數(shù)量可以相同，也可以不同，但考慮控制系統(tǒng)的功率需求，上述子模塊的數(shù)量優(yōu)選相同。

實施例中所述的電力電子變壓器是三級(整流級、隔離級和逆變級)中每一級均由多個子模塊并聯(lián)的情況，也可以是其中一級或兩級由多個子模塊并聯(lián)構(gòu)成，控制器根據(jù)系統(tǒng)輸出功率的需求及子模塊累計運行時間的長短，逐個投入/切除子模塊。

本發(fā)明通過采用子模塊的累計運行情況作為一種優(yōu)先級別，實時統(tǒng)計系統(tǒng)各功率子模塊的累積運行時間，根據(jù)輸出功率的需求按照累計運行時間的長短依次投入或切除AC/DC子模塊、DC/DC子模塊及DC/AC子模塊，能夠有效降低各功率模塊平均運行時間，輕載時減小損耗、提高系統(tǒng)效率及變壓器的使用壽命。