本發(fā)明屬于電力電子變壓器技術領域，涉及一種適用于固態(tài)變壓器啟動的方法。

背景技術：

本發(fā)明涉及的是電力電子變壓器(pet-powerelectronictransformer)/固態(tài)變壓器(sst-solidstatetransformer)在高壓光伏并網(wǎng)領域的應用，應用到光伏并網(wǎng)領域可稱之為高壓光伏并網(wǎng)逆變器，可替代傳統(tǒng)光伏逆變器+升壓變壓器的整體并網(wǎng)解決方案，具有待機損耗低、系統(tǒng)效率高、智能化程度高等優(yōu)勢。中國專利201610222409.7中對基于固態(tài)變壓器陣列的高壓光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行了詳細的介紹。

固態(tài)變壓器采用級聯(lián)式拓撲結(jié)構(gòu)，利用低壓側(cè)并聯(lián)，高壓側(cè)串聯(lián)的方式實現(xiàn)高壓直掛，考慮系統(tǒng)隔離的需要，單模塊拓撲采用隔離dc/dc連接h橋的電路拓撲，其中dc/dc選用雙有源橋電路。

此類級聯(lián)拓撲多見于柔性直流輸電和svg中，通過高壓側(cè)串聯(lián)軟起電阻對模塊高壓側(cè)電容電壓進行預充電，由于是利用高壓側(cè)交流線電壓對模塊進行充電，故無法充到高壓側(cè)并網(wǎng)所需的電容電壓，此時并網(wǎng)會有沖擊電流。對于固態(tài)變壓器，低壓直流輸入側(cè)電壓根據(jù)所接設備決定，與高壓側(cè)電壓可能存在較大壓差，如果此時控制雙有源橋進入正常運行時的發(fā)波模式，雙有源橋中會有較大的電流沖擊流過，可能觸發(fā)模塊內(nèi)部的過流保護，甚至對模塊開關管造成損壞。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的以上缺求，本發(fā)明提供一種適用于固態(tài)變壓器啟動的方法，通過低壓側(cè)對系統(tǒng)進行預充電，滿足啟動條件后再并網(wǎng)運行，采用該方法進行固態(tài)變壓器的啟動，實現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)無沖擊啟動，同時能夠抑制啟動過程對于設備和電網(wǎng)的沖擊電流。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下方案：

一種適用于固態(tài)變壓器啟動的方法，固態(tài)變壓器每相包括n個子模塊，子模塊由雙有源橋和h橋直連的結(jié)構(gòu)組成，各子模塊與系統(tǒng)主控制器通過光纖連接通訊，每相包括交流斷路器qf1和電感l(wèi)；

光伏陣列與dc/dc模塊一對一串聯(lián)再通過直流斷路器qz1并聯(lián)到固態(tài)變壓器低壓側(cè)，固態(tài)變壓器高壓側(cè)串聯(lián)電感l(wèi)后通過交流斷路器qf1接入高壓電網(wǎng)；

適用于固態(tài)變壓器啟動的方法具體步驟如下：

第一步：先閉合低壓側(cè)直流斷路器qz1對固態(tài)變壓器低壓側(cè)電容cl進行充電；

第二步：固態(tài)變壓器每相模塊與主控制器建立通訊；

第三步：當固態(tài)變壓器低壓側(cè)電壓達到啟動電壓值，雙有源低壓側(cè)開始小脈沖給高壓側(cè)電容ch充電；

第四步：當高壓側(cè)電容ch電壓充到設定值后，雙有源橋由小脈沖充電模式進入正常發(fā)波模式，控制高壓側(cè)電容ch電壓達到目標值；

第五步：當高壓側(cè)電容ch電壓達到目標值，高壓側(cè)h橋開始并網(wǎng)運行，此時啟動過程結(jié)束。

進一步，固態(tài)變壓器由直流輸入模塊、級聯(lián)型固態(tài)變壓器模塊和交流輸出模塊組成；所述級聯(lián)型固態(tài)變壓器模塊的直流側(cè)并聯(lián)多路光伏陣列，固態(tài)變壓器分為三相，每相采用多個子模塊高壓側(cè)h橋串聯(lián)后通過交流輸出模塊接入電網(wǎng)，交流輸出模塊由濾波電感和交流接觸器串聯(lián)組成；級聯(lián)型固態(tài)變壓器模塊由雙有源橋和h橋直連的結(jié)構(gòu)組成，雙有源橋由兩個h橋通過高頻變壓器和諧振電感相連組成，雙有源橋的高低壓側(cè)分別并聯(lián)一個電容。

本發(fā)明適用于固態(tài)變壓器啟動的方法，通過低壓側(cè)對系統(tǒng)進行預充電，啟動中所需能量全部來源于低壓直流源，滿足啟動條件后再并網(wǎng)運行，采用該方法進行固態(tài)變壓器的啟動，不需要引入軟起配套設備，完全借助系統(tǒng)本身的器件特性進行控制，便可實現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)無沖擊啟動，同時能夠抑制啟動過程對于設備和電網(wǎng)的沖擊電流。

可以解決雙有源橋啟動過流和逆變側(cè)并網(wǎng)沖擊問題，且高低壓側(cè)電容充電過程中不需要輔助設備，降低啟動成本的同時還可以實現(xiàn)對高壓側(cè)電容平穩(wěn)充電避免雙有源橋發(fā)波電流較大，系統(tǒng)實現(xiàn)零沖擊并網(wǎng)，降低對設備的沖擊，延長設備使用壽命。

附圖說明

圖1為固態(tài)變壓器的拓撲圖；

圖2為固態(tài)變壓器的單模塊拓撲圖。

圖3為雙有源橋低壓側(cè)開關管動作時序圖。

圖4為雙有源橋低壓側(cè)小脈沖充電輸出電壓波形。

圖5為固態(tài)變壓器啟動過程流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都應屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明適用于固態(tài)變壓器啟動的方法，適用于固態(tài)變壓器在光伏、風電、儲能等領域的應用，以光伏發(fā)電領域為例，通過低壓側(cè)對系統(tǒng)進行預充電，啟動中所需能量全部來源于低壓直流源，滿足啟動條件后再并網(wǎng)運行，采用該方法進行固態(tài)變壓器的啟動，不需要引入軟起配套設備，完全借助系統(tǒng)本身的器件特性進行控制，便可實現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)無沖擊啟動，同時能夠抑制啟動過程對于設備和電網(wǎng)的沖擊電流。

所述固態(tài)變壓器應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)由直流輸入模塊、級聯(lián)型固態(tài)變壓器模塊、交流輸出模塊串聯(lián)連接組成，所述級聯(lián)固態(tài)變壓器的直流側(cè)并聯(lián)多路光伏陣列，所述固態(tài)變壓器分為三相，每相采用多個子模塊高壓側(cè)h橋串聯(lián)后通過交流輸出模塊接入電網(wǎng)，所述交流輸出模塊由濾波電感和交流接觸器串聯(lián)組成。

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

圖1為固態(tài)變壓器的系統(tǒng)拓撲圖，系統(tǒng)中主要包括：光伏陣列、dc/dc模塊、直流斷路器qz1、交流斷路器qf1、系統(tǒng)共三相，每相都包含電感l(wèi)，每相n個模塊。系統(tǒng)主控制器與模塊通過光纖進行通訊。其中光伏陣列與dc/dc模塊一對一串聯(lián)使用，共n組，通過qz1并聯(lián)到固態(tài)變壓器模塊低壓側(cè)，模塊高壓側(cè)串聯(lián)后通過qf1接入高壓電網(wǎng)；

圖2為固態(tài)變壓器模塊的拓撲圖，由雙有源橋+h橋直連的結(jié)構(gòu)組成，雙有源橋由兩個h橋通過高頻變壓器和諧振電感相連組成，雙有源橋的高壓側(cè)與電容ch并聯(lián)、低壓側(cè)與電容cl并聯(lián)，模塊在系統(tǒng)的每相中采用低壓側(cè)電容cl并聯(lián)，高壓側(cè)輸出串聯(lián)的方式；

圖3為雙有源橋低壓側(cè)4個開關管動作時序圖，ton為管子開通電平，toff為管子關斷電平。tc為管子動作周期，t1為最終輸出的小脈沖寬度，其中t1+t2＝tc，t3為1管關斷到3管開通間隔的時間和2管開通到4管關斷間隔的時間。

圖4為雙有源橋小脈沖充電輸出波形，由周期性的正脈沖和周期性的負脈沖組成，其中t1為小脈沖的電平寬度，t2為相鄰正脈沖間隔時間同時也是負脈沖間隔時間，t3為正負脈沖間隔時間，tc為正脈沖周期和負脈沖周期；

由圖3到圖4具體實現(xiàn)過程為：

1、4管導通，2、3管關斷，低壓側(cè)輸出電壓voutl為正電平+u雙有源橋l。1管經(jīng)過t1時間后關斷，2管經(jīng)過t1時間過開通3、4管保持狀態(tài)不變，此時voutl輸出t1寬度的正電平+u雙有源橋l后變?yōu)?電平。

最后的狀態(tài)持續(xù)t3時間后，3管導通，4管關斷，此時2、3管同時處于開通狀態(tài)，1、4管同時處于關斷狀態(tài)，voutl輸出為負電平-u雙有源橋l。3管經(jīng)過t1時間后關斷，4管經(jīng)過t1時間后導通，此時voutl輸出t1寬度的負電平-u雙有源橋l后變?yōu)?電平。

重復a)和b)過程便voutl端便會持續(xù)輸出圖4的小脈沖波形，即實現(xiàn)了對高壓側(cè)的充電過程。其中t1+t2＝tc,t1<t2,t3>0。

圖5為固態(tài)變壓器完整的啟動流程圖。

下面對具體步驟進行說明：

第一步：先閉合低壓側(cè)直流斷路器qz1對固態(tài)變壓器低壓側(cè)電容cl進行充電；

第二步：固態(tài)變壓器每相模塊與主控制器建立通訊；

第三步：當固態(tài)變壓器低壓側(cè)電壓達到啟動電壓值，雙有源低壓側(cè)開始小脈沖給高壓側(cè)電容ch充電；

第四步：當高壓側(cè)電容ch電壓充到設定值后，雙有源橋由小脈沖充電模式進入正常發(fā)波模式，控制高壓側(cè)電容ch電壓達到目標值；

第五步：當高壓側(cè)電容ch電壓達到目標值，高壓側(cè)h橋開始并網(wǎng)運行，此時啟動過程結(jié)束。

至此，本發(fā)明提出的固態(tài)變壓器的啟動方法全部完成。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權利要求書確定專利保護范圍。