一种中压电力电子变压器的串级启动方法

1.本发明属于电力电子技术控制领域，涉及一种中压电力电子变压器的启动控制方法。


背景技术：

2.电力电子变压器(power electronic transformer，pet)作为交直流混合配电系统的一种关键枢纽设备，具备能量流动双向、潮流灵活调节等功能，近年来得到越来越多的关注。基于级联h桥(cascaded h-bridge，chb)和双有源桥(dual active bridge，dab)变换器的pet是最为广泛研究的一种拓扑结构。
3.由于pet结构中存在大量的电容器组，在未启动时这些电容的初始能量都为0，未充电的电容投入电网，将会产生冲击电流过大烧毁电路的问题。由于pet的级联模块数目多，采用外加直流电源的他励启动方法将增加系统成本，因此采用从电网取电的启动方法是当前的研究热点。如何配合充电电路、实现电力电子变压器的充电过程和正常运行的无缝衔接，避免冲击电流多大是实现电力电子变压器自启动的技术难点。
4.对于中、高压大功率场合的电力电子变压器，国内外的研究都还集中实验室研究阶段，实际应用的较少，而对于其启动过程，现有文献鲜有论述和解决的方案
5.题为“一种基于能量回馈的电力电子变压器软启动方法”的中国发明专利申请说明书(cn113098252a)给出了一种低压侧能量回馈控制策略，利用dab双向功率流特性，将低压直流侧部分能量回馈到高压侧，这种算法有利于减弱并网时的冲击电流，但控制算法复杂，还没实现模块数目过多时的启动应用。
6.题为“一种电力电子变压器及其启动控制方法”的中国发明专利申请说明书(cn113556031a)给出了电力电子变压器的启动电路和控制顺序，可以实现交流侧启动和直流测启动，启动方式灵活，但是两侧都配置启动电路的成本偏高，且未涉及冲击电流抑制问题。
7.题为“一种电力电子变压器启动控制方法”的中国发明专利申请说明书(cn109660117b)给出了一种电力电子变压器通过并联于电力电子变压器直流侧的启动电路实现直流侧启动的控制方法，能够从直流侧顺利的启动电力电子变压器，但是单独并联的辅助充电电路成本比较高。
8.综上所述，对于中中压电力电子变压器的启动控制方法，现有技术的存在的问题如下：
9.1.对于中压电力电子变压器的启动控制，国内外的研究很多都还在实验室阶段，鲜有简单易行的方法。
10.2.目前仅有的启动方法是对中压电力电子变压器的启动控制是从低压直流侧启动，在直流侧配置辅助充电电路，增加了设备成本。


技术实现要素：

11.本发明所要解决的技术问题是弥补现有技术的不足，具体的，本发明提出一种中压电力电子变压器的串级启动方法，能够通过从电网取电实现中压电力电子变压器的交流侧启动。
12.本发明的目的是这样实现的。本发明提供了一种中压电力电子变压器的串级启动方法，所述中压电力电子变压器涉及的拓扑包括三相级联h桥型电力电子变压器、滤波电感l、缓启电阻r、三相并网断路器k1、三相缓启电阻接触器k2；在所述三相级联h桥型电力电子变压器中，每相级联h桥型电力电子变压器包括n个相同的h桥、n个相同的双有源桥、n个相同的高压侧滤波电容c
dc_h
和n个相同的低压侧滤波电容c
dc_l
，其中，n个h桥级联，每个h桥直流侧依次与对应的高压侧滤波电容c
dc_h
并联后，再与双有源桥的原边并联，3n个双有源桥的副边均先并联一个低压侧滤波电容c
dc_l
后再并联接入直流母线，n为正整数；
13.所述三相级联h桥型电力电子变压器的三相之间为星型连接，其三相交流输入端依次与滤波电感l、缓启电阻r、三相并网断路器k1串联后接入三相电网，所述三相缓启电阻接触器k2与缓启电阻r并联；
14.在每相级联h桥型电力电子变压器中，h桥、高压侧滤波电容c
dc_h
和双有源桥的原边构成了高压侧，双有源桥的副边和低压滤波电容c
dc_l
构成了低压侧；
15.所述串级启动方法包括以下步骤：
16.步骤1，高压侧滤波电容c
dc_h
的充电
17.通过启动三相级联h型电力电子变压器的三相级联h桥部分来实现三相电网对高压侧滤波电容c
dc_h
的充电；
18.步骤1.1，闭合三相并网断路器k1，且三相缓启电阻接触器k2保持断开状态，三相级联h桥型电力电子变压器、滤波电感l、缓启电阻r和三相电网组成的电路等效为不控整流充电电路，3n个高压侧滤波电容c
dc_h
的电压在不控整流阶段均升压至稳态；
19.步骤1.2，对三相电网电压进行检测并将检测结果记为三相电网电压ua，ub，uc，然后对三相电网电压ua，ub，uc进行旋转坐标变换得到电网电压dq轴分量ud，uq；对3n个高压侧滤波电容c
dc_h
在稳态瞬间的电压进行检测，并将检测结果记为稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hxk
，其中，k为每个h桥模块在每相级联h桥中的序号，k＝1，2，...，n，x为相序，x＝a，b，c；
20.计算3n个稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hxk
的平均值u
dc_have
，计算式为：
[0021][0022]
步骤1.3，将3n个稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hxk
与给定的稳态电压设定值进行比较，具体的，若3n个稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hak
，u
dc_hbk
，u
dc_hck
中的每一个均达到对应相序的稳态电压设定值则判定稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hxk
达到稳态，对电网电压dq轴分量ud，uq进行单同步旋转坐标反变换得到首次三相调制信号u
sa0
，u
sb0
，u
se0
，并通过该首次三相调制信号u
sa0
，u
sb0
，u
sc0
对各个h桥进行控制；否则，返回步骤1.2继续进行检测；
[0023]
步骤1.4，对缓启电阻r两端的电压进行检测，并将检测结果记为缓启电压u，对滤
波电感l处的电流进行检测，并将检测结果记为滤波电感电流i
la
，i
lb
，i
lc
，对滤波电感电流i
la
，i
lb
，i
lc
进行单同步旋转坐标变换得到滤波电感电流dq轴分量i
ld
，i
lq
；
[0024]
步骤1.5，将缓启电压u与给定的缓启电压设定值u
*
进行比较：
[0025]
若u＞u
*
，则返回步骤1.4继续进行检测；
[0026]
若u≤u
*
，则闭合三相缓启电阻接触器k2，此时三相级联h桥运行步骤1.6所述的闭环缓启动控制策略；
[0027]
步骤1.6，所述闭环缓启动控制策略的实现过程如下：
[0028]
给定闭环缓启动的电压参考值初始值u0，并令滤波电感电流q轴参考值i
*lq
为0，通过闭环缓启电压参考值计算式、电压外环控制方程和电流内环控制方程计算得到闭环缓启电压参考值u
*
、滤波电感电流d轴参考值i
*ld
、q轴调制信号u
*q
和d轴调制信号u
*d
；
[0029]
对q轴调制信号u
*q
和d轴调制信号u
*d
使用反坐标变换得到二次三相调制信号u
sa1
，u
sb1
，u
scl
，通过该二次三相调制信号u
sa1
，u
sb1
，u
sc1
对各个h桥进行控制，并将该控制状态记为二次控制状态；
[0030]
对3n个高压侧滤波电容c
dc_h
在二次控制状态下的电压进行检测，并将检测结果记为二次调制后的高压侧滤波电压u’dc_hxk
；
[0031]
将3n个二次调制后的高压侧滤波电压u’dc_hxk
与给定的高压侧滤波电压设定值进行比较，具体的，若3n个二次调制后的高压侧滤波电压u’dc_hxk
中的每一个电压均达到稳态电压设定值则高压侧滤波电容c
dc_h
充电完成；否则，继续进行检测及比较；
[0032]
步骤2，低压侧滤波电容c
dc_l
充电
[0033]
高压侧滤波电容c
dc_h
充电完成后，通过启动三相级联h型电力电子变压器的双有源桥部分实现三相电网对低压侧滤波电容c
dc_l
的充电，具体实现过程如下：
[0034]
步骤2.1，高压侧滤波电容c
dc_h
充电完成后，双有源桥的原边和副边以pwm占空比递增的方式实现开环缓启动；
[0035]
所述pwm占空比递增的计算式为：
[0036]
d＝ndt+d0(t
*
＜td)
[0037]
d＝d
*
(t
*
≥td)
[0038]
其中，d为pwm占空比，nd为pwm占空比缓启动的斜率，td为pwm占空比递增时间，d0为pwm占空比初始值，d
*
为给定的pwm占空比电压设定值，t
*
为占空比递增的运行时间；
[0039]
步骤2.2，对低压侧滤波电容c
dc_l
的电压进行检测，并将检测结果记作低压侧滤波电压u
dc_l
；
[0040]
当占空比d到达pwm占空比电压设定值d*时，三相级联h桥型电力电子变压器的双有源桥部分运行步骤2.3所述的电压闭环控制策略；
[0041]
步骤2.3，所述电压闭环控制策略的实现过程如下；
[0042]
给定低压侧滤波电压设定值并通过电压闭环控制方程，得到移相角所述电压闭环控制方程为：
[0043]
[0044]
其中，k
p
是电压环比例系数，ki是电压环积分系数；
[0045]
双有源桥通过移相角实现移相控制，且在该移相控制状态下，检测低压侧滤波电容c
dc_l
的电压是否稳定在若未稳定在低压侧滤波电压设定值则保持原状态并继续进行检测，待低压侧滤波电容c
dc_l
两端的电压稳定在电压设定值时，低压侧滤波电容c
dc_l
充电完成；
[0046]
至此三相级联h桥型电力电子变压器的启动结束。
[0047]
优选地，所述闭环缓启电压参考值计算式为：
[0048]u*
＝kut+u0(t＜t1)
[0049][0050]
其中，ku为闭环缓启动的斜率，u0为闭环缓启电压参考值初始值，t1为闭环缓启动时间，t为闭环缓启动运行时间；
[0051]
所述电压外环控制方程为：
[0052][0053]
其中，k
p_u
为电压外环的比例系数，k
i_u
为电压外环的积分系数；
[0054]
所述电流内环控制方程为：
[0055][0056][0057]
其中，k
p_i
为电流内环的比例系数，k
i_i
为电流内环的积分系数，m为前馈系数。
[0058]
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
[0059]
1.提出一种中压电力电子变压器的串级启动方法，实现电力电子变压器从电网取电的自励式启动。
[0060]
2.检测缓启电阻两端电压值符合并网要求后，三相缓启电阻接触器k2闭合，此时桥臂电压和电网电压幅值基本相等，消除了并网瞬间的冲击电流，实现中压电力电子变压器平稳，有效的启动。
附图说明
[0061]
图1是本发明实施例中中压电力电子变压器的拓扑图。
[0062]
图2是本发明串级启动方法的控制图。
[0063]
图3是本发明实施例中滤波电感电流仿真波形图。
[0064]
图4是本发明实施案例中高压侧滤波电压仿真波形图。
[0065]
图5是本发明实施案例中低压侧滤波电压仿真波形图。
具体实施方式
[0066]
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
[0067]
图1是本发明实施例中中压电力电子变压器的拓扑图。由图1可见，所述中压电力电子变压器涉及的拓扑包括三相级联h桥型电力电子变压器、滤波电感l、缓启电阻r、三相并网断路器k1、三相缓启电阻接触器k2。
[0068]
在所述三相级联h桥型电力电子变压器中，每相级联h桥型电力电子变压器包括n个相同的h桥、n个相同的双有源桥、n个相同的高压侧滤波电容c
dc_h
和n个相同的低压侧滤波电容c
dc_l
，其中，n个h桥级联，每个h桥直流侧依次与对应的高压侧滤波电容c
dc_h
并联后，再与双有源桥的原边并联，3n个双有源桥的副边均先并联一个低压侧滤波电容c
dc_l
后再并联接入直流母线，n为正整数。
[0069]
所述三相级联h桥型电力电子变压器的三相之间为星型连接，其三相交流输入端依次与滤波电感l、缓启电阻r、三相并网断路器k1串联后接入三相电网，所述三相缓启电阻接触器k2与缓启电阻r并联。
[0070]
由图1可见，在每相级联h桥型电力电子变压器中，h桥、高压侧滤波电容c
dc_h
和双有源桥的原边构成了高压侧，双有源桥的副边和低压滤波电容c
dc_l
构成了低压侧。
[0071]
另外，图1上的ea，eb，ec为三相电网。
[0072]
具体的，本实施例中的参数如下：电网线电压有效值为10kv，额定容量为250kw，高压侧滤波电容c
dc_h
＝500μf，低压侧滤波电容c
dc_l
＝500μf，滤波电感l＝4mh，缓启电阻r＝500ω，n＝14，稳态电压设定值u
dc_hak*
＝u
dc_hbk*
＝u
dc_hck*
＝500v，缓启电压设定值u
*
＝5v，高压侧滤波电压设定值低压侧滤波电压设定值所述chb为三相级联h桥，所述dab为双有源桥。
[0073]
图2是本发明串级启动方法的控制图。由图2可见，所述串级启动方法包括以下步骤：
[0074]
步骤1，高压侧滤波电容c
dc_h
的充电
[0075]
通过启动三相级联h型电力电子变压器的三相级联h桥部分来实现三相电网对高压侧滤波电容c
dc_h
的充电。
[0076]
步骤1.1，闭合三相并网断路器k1，且三相缓启电阻接触器k2保持断开状态，三相级联h桥型电力电子变压器、滤波电感l、缓启电阻r和三相电网组成的电路等效为不控整流充电电路，3n个高压侧滤波电容c
dc_h
的电压在不控整流阶段均升压至稳态。
[0077]
步骤1.2，对三相电网电压进行检测并将检测结果记为三相电网电压ua，ub，uc，然后对三相电网电压ua，ub，uc进行旋转坐标变换得到电网电压dq轴分量ud，uq；对3n个高压侧滤波电容c
dc_h
在稳态瞬间的电压进行检测，并将检测结果记为稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hxk
，其中，k为每个h桥模块在每相级联h桥中的序号，k＝1，2，...，n，x为相序，x＝a，b，c。
[0078]
计算3n个稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hxk
的平均值u
dc_have
，计算式为：
[0079][0080]
步骤1.3，将3n个稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hxk
与给定的稳态电压设定值
进行比较，具体的，若3n个稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hak
，u
dc_hbk
，u
dc_hck
中的每一个均达到对应相序的稳态电压设定值则判定稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hxk
达到稳态，对电网电压dq轴分量ud，uq进行单同步旋转坐标反变换得到首次三相调制信号u
sa0
，u
sb0
，u
sc0
，并通过该首次三相调制信号u
sa0
，u
sb0
，u
sc0
对各个h桥进行控制；否则，返回步骤1.2继续进行检测；
[0081]
步骤1.4，对缓启电阻r两端的电压进行检测，并将检测结果记为缓启电压u，对滤波电感l处的电流进行检测，并将检测结果记为滤波电感电流i
la
，i
lb
，i
lc
，对滤波电感电流i
la
，i
lb
，i
lc
进行单同步旋转坐标变换得到滤波电感电流dq轴分量i
ld
，i
lq
。
[0082]
步骤1.5，将缓启电压u与给定的缓启电压设定值u
*
进行比较：
[0083]
若u＞u
*
，则返回步骤1.4继续进行检测；
[0084]
若u≤u
*
，则闭合三相缓启电阻接触器k2，此时三相级联h桥运行步骤1.6所述的闭环缓启动控制策略。
[0085]
步骤1.6，所述闭环缓启动控制策略的实现过程如下：
[0086]
给定闭环缓启动的电压参考值初始值u0，并令滤波电感电流q轴参考值i
*lq
为0，通过闭环缓启电压参考值计算式、电压外环控制方程和电流内环控制方程计算得到闭环缓启电压参考值u
*
、滤波电感电流d轴参考值i
*ld
、q轴调制信号u
*q
和d轴调制信号u
*d
；
[0087]
对q轴调制信号u
*q
和d轴调制信号u
*d
使用反坐标变换得到二次三相调制信号u
sa1
，u
sb1
，u
sc1
，通过该二次三相调制信号u
sa1
，u
sb1
，u
sc1
对各个h桥进行控制，并将该控制状态记为二次控制状态；
[0088]
对3n个高压侧滤波电容c
dc_h
在二次控制状态下的电压进行检测，并将检测结果记为二次调制后的高压侧滤波电压u’dc_hxk
；
[0089]
将3n个二次调制后的高压侧滤波电压u’dc_hxk
与给定的高压侧滤波电压设定值进行比较，具体的，若3n个二次调制后的高压侧滤波电压u’dc_hxk
中的每一个电压均达到稳态电压设定值则高压侧滤波电容c
dc_h
充电完成；否则，继续进行检测及比较；
[0090]
在本实施例中，所述闭环缓启电压参考值的计算式为：
[0091]u*
＝kut+u0(t＜t1)
[0092][0093]
其中，ku为闭环缓启动的斜率，u0为闭环缓启电压参考值初始值，t1为闭环缓启动时间，t是闭环缓启动的运行时间；
[0094]
所述电压外环控制方程为：
[0095][0096]
其中，k
p_u
为电压外环的比例系数，k
i_u
为电压外环的积分系数；
[0097]
所述电流内环控制方程为：
[0098]
[0099][0100]
其中，k
p_i
为电流内环的比例系数，k
i_i
为电流内环的积分系数，m为前馈系数。
[0101]
在本实施例中，ku＝2000，u0＝2.7，k
p_u
＝0.5，k
i_u
＝1，k
p_i
＝0.5，k
i_i
＝10，m＝0.85。
[0102]
步骤2，低压侧滤波电容c
dc_l
充电
[0103]
高压侧滤波电容c
dc_h
充电完成后，通过启动三相级联h型电力电子变压器的双有源桥部分实现三相电网对低压侧滤波电容c
dc_l
的充电，具体实现过程如下：
[0104]
步骤2.1，高压侧滤波电容c
dc_h
充电完成后，双有源桥的原边和副边以pwm占空比递增的方式实现开环缓启动；
[0105]
所述pwm占空比递增的计算式为：
[0106]
d＝ndt+d0(t
*
＜td)
[0107]
d＝d
*
(t
*
≥td)
[0108]
其中，d为pwm占空比，nd为pwm占空比缓启动的斜率，td为pwm占空比递增时间，d0为pwm占空比初始值，d
*
为给定的pwm占空比电压设定值，t
*
为pwm占空比递增的运行时间；
[0109]
在本实施例中，nd＝3，td＝0.015s，d0＝5％，d
*
＝50％。
[0110]
步骤2.2，对低压侧滤波电容c
dc_l
的电压进行检测，并将检测结果记作低压侧滤波电压u
dc_l
；
[0111]
当占空比d到达pwm占空比电压设定值d*时，三相级联h桥型电力电子变压器的双有源桥部分运行步骤2.3所述的电压闭环控制策略；
[0112]
步骤2.3，所述电压闭环控制策略的实现过程如下；
[0113]
给定低压侧滤波电压设定值并通过电压闭环控制方程，得到移相角所述电压闭环控制方程为：
[0114][0115]
其中，k
p
是电压环比例系数，ki是电压环积分系数；
[0116]
双有源桥通过移相角实现移相控制，且在该移相控制状态下，检测低压侧滤波电容c
dc_l
的电压是否稳定在若未稳定在低压侧滤波电压设定值则保持原状态并继续进行检测，待低压侧滤波电容c
dc_l
两端的电压稳定在电压设定值时，低压侧滤波电容c
dc_l
充电完成；
[0117]
至此三相级联h桥型电力电子变压器的启动结束。
[0118]
在本实施例中，k
p
＝20，ki＝5。
[0119]
为了对本发明的有益效果进行验证，进行了仿真。
[0120]
仿真过程为：闭合三相并网断路器k1，且三相缓启电阻接触器k2保持断开状态，chb处于不控整流状态，此时最大冲击电流为16.33a。高压侧滤波电容c
dc_h
的电压在不控整流阶段升压至稳态。0.08s时，采用电压前馈发波，chb开环运行，检测缓启电阻两端的电压，当0.142s时，缓启电阻两端的电压符合并网要求，三相缓启电阻接触器k2闭合，并网瞬间的
冲击电流被消除，chb运行电压缓启动控制策略；0.15s时，高压侧滤波电容c
dc_h
的电压稳定在此时chb启动完成，dab原副边以pwm占空比递增的方式实现开环缓启动；0.3s时，占空比增加到50％，dab运行电压闭环控制策略；0.31s时，低压侧滤波电容c
dc_l
的电压稳定在750v，此时dab启动完成，即中压电力电子变压器启动完成。
[0121]
图3是本发明实施例中三相滤波电感电流仿真波形图，图4是本发明实施案例中高压侧滤波电压仿真波形图，图5是本发明实施案例中低压侧滤波电压仿真波形图。
[0122]
由图3可见，除了不控整流阶段的最大冲击电流为-16.33a外，其他阶段的冲击电流均很小，启动全过程都不会出现冲击电流过大的问题。由图4和图5可见，高压侧滤波电容c
dc_h
和低压侧滤波电容c
dc_l
均在稳定升压，且均能稳定在理想电压值，实现充电过程和正常运行过程的无缝衔接。

技术特征：
1.一种中压电力电子变压器的串级启动方法，所述中压电力电子变压器涉及的拓扑包括三相级联h桥型电力电子变压器、滤波电感l、缓启电阻r、三相并网断路器k1、三相缓启电阻接触器k2；在所述三相级联h桥型电力电子变压器中，每相级联h桥型电力电子变压器包括n个相同的h桥、n个相同的双有源桥、n个相同的高压侧滤波电容c
dc_h
和n个相同的低压侧滤波电容c
dc_l
，其中，n个h桥级联，每个h桥直流侧依次与对应的高压侧滤波电容c
dc_h
并联后，再与双有源桥的原边并联，3n个双有源桥的副边均先并联一个低压侧滤波电容c
dc_l
后再并联接入直流母线，n为正整数；所述三相级联h桥型电力电子变压器的三相之间为星型连接，其三相交流输入端依次与滤波电感l、缓启电阻r、三相并网断路器k1串联后接入三相电网，所述三相缓启电阻接触器k2与缓启电阻r并联；在每相级联h桥型电力电子变压器中，h桥、高压侧滤波电容c
dc_h
和双有源桥的原边构成了高压侧，双有源桥的副边和低压滤波电容c
dc_l
构成了低压侧；其特征在于，所述串级启动方法包括以下步骤：步骤1，高压侧滤波电容c
dc_h
的充电通过启动三相级联h型电力电子变压器的三相级联h桥部分来实现三相电网对高压侧滤波电容c
dc_h
的充电；步骤1.1，闭合三相并网断路器k1，且三相缓启电阻接触器k2保持断开状态，三相级联h桥型电力电子变压器、滤波电感l、缓启电阻r和三相电网组成的电路等效为不控整流充电电路，3n个高压侧滤波电容c
dc_h
的电压在不控整流阶段均升压至稳态；步骤1.2，对三相电网电压进行检测并将检测结果记为三相电网电压u
a
，u
b
，u
c
，然后对三相电网电压u
a
，u
b
，u
c
进行旋转坐标变换得到电网电压dq轴分量u
d
，u
q
；对3n个高压侧滤波电容c
dc_h
在稳态瞬间的电压进行检测，并将检测结果记为稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hxk
，其中，k为每个h桥模块在每相级联h桥中的序号，k＝1，2，...，n，x为相序，x＝a，b，c；计算3n个稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hxk
的平均值u
dc_have
，计算式为：步骤1.3，将3n个稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hxk
与给定的稳态电压设定值进行比较，具体的，若3n个稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hak
，u
dc_hbk
，u
dc_hck
中的每一个均达到对应相序的稳态电压设定值则判定稳态瞬间高压侧滤波电压u
dc_hxk
达到稳态，对电网电压dq轴分量u
d
，u
q
进行单同步旋转坐标反变换得到首次三相调制信号u
sa0
，u
sb0
，u
sc0
，并通过该首次三相调制信号u
sa0
，u
sb0
，u
sc0
对各个h桥进行控制；否则，返回步骤1.2继续进行检测；步骤1.4，对缓启电阻r两端的电压进行检测，并将检测结果记为缓启电压u，对滤波电感l处的电流进行检测，并将检测结果记为滤波电感电流i
la
，i
lb
，i
lc
，对滤波电感电流i
la
，i
lb
，i
lc
进行单同步旋转坐标变换得到滤波电感电流dq轴分量i
ld
，i
lq
；步骤1.5，将缓启电压u与给定的缓启电压设定值u
*
进行比较：
若u＞u
*
，则返回步骤1.4继续进行检测；若u≤u
*
，则闭合三相缓启电阻接触器k2，此时三相级联h桥运行步骤1.6所述的闭环缓启动控制策略；步骤1.6，所述闭环缓启动控制策略的实现过程如下：给定闭环缓启动的电压参考值初始值u0，并令滤波电感电流q轴参考值i
*lq
为0，通过闭环缓启电压参考值计算式、电压外环控制方程和电流内环控制方程计算得到闭环缓启电压参考值u
*
、滤波电感电流d轴参考值i
*ld
、q轴调制信号u
*q
和d轴调制信号u
*d
；对q轴调制信号u
*q
和d轴调制信号u
*d
使用反坐标变换得到二次三相调制信号u
sa1
，u
sb1
，u
sc1
，通过该二次三相调制信号u
sa1
，u
sb1
，u
sc1
对各个h桥进行控制，并将该控制状态记为二次控制状态；对3n个高压侧滤波电容c
dc_h
在二次控制状态下的电压进行检测，并将检测结果记为二次调制后的高压侧滤波电压u’dc_hxk
；将3n个二次调制后的高压侧滤波电压u’dc_hxk
与给定的高压侧滤波电压设定值进行比较，具体的，若3n个二次调制后的高压侧滤波电压u
′
dc_hxk
中的每一个电压均达到稳态电压设定值则高压侧滤波电容c
dc
h充电完成；否则，继续进行检测及比较；步骤2，低压侧滤波电容c
dc_l
充电高压侧滤波电容c
dc_h
充电完成后，通过启动三相级联h型电力电子变压器的双有源桥部分实现三相电网对低压侧滤波电容c
dc_l
的充电，具体实现过程如下：步骤2.1，高压侧滤波电容c
dc_h
充电完成后，双有源桥的原边和副边以pwm占空比递增的方式实现开环缓启动；所述pwm占空比递增的计算式为：d＝n
d
t+d0(t
*
＜t
d
)d＝d
*
(t
*
≥t
d
)其中，d为pwm占空比，n
d
为pwm占空比缓启动的斜率，t
d
为pwm占空比递增时间，d0为pwm占空比初始值，d
*
为给定的pwm占空比电压设定值，t
*
为占空比递增的运行时间；步骤2.2，对低压侧滤波电容c
dc_l
的电压进行检测，并将检测结果记作低压侧滤波电压u
dc_l
；当占空比d到达pwm占空比电压设定值d
*
时，三相级联h桥型电力电子变压器的双有源桥部分运行步骤2.3所述的电压闭环控制策略；步骤2.3，所述电压闭环控制策略的实现过程如下；给定低压侧滤波电压设定值并通过电压闭环控制方程，得到移相角所述电压闭环控制方程为：其中，k
p
是电压环比例系数，k
i
是电压环积分系数；双有源桥通过移相角实现移相控制，且在该移相控制状态下，检测低压侧滤波电容
c
dc_l
的电压是否稳定在若未稳定在低压侧滤波电压设定值则保持原状态并继续进行检测，待低压侧滤波电容c
dc_l
两端的电压稳定在电压设定值时，低压侧滤波电容c
dc_l
充电完成；至此三相级联h桥型电力电子变压器的启动结束。2.根据权利要求1所述的一种中压电力电子变压器的串级启动方法，其特征在于，所述闭环缓启电压参考值计算式为：u
*
＝k
u
t+u0(t＜t1)其中，k
u
为闭环缓启动的斜率，u0为闭环缓启电压参考值初始值，t1为闭环缓启动时间，t为闭环缓启动运行时间；所述电压外环控制方程为：其中，k
p_u
为电压外环的比例系数，k
i_u
为电压外环的积分系数；所述电流内环控制方程为：所述电流内环控制方程为：其中，k
p_i
为电流内环的比例系数，k
i_i
为电流内环的积分系数，m为前馈系数。

技术总结
本发明公开了一种中压电力电子变压器的串级启动方法，属于电力电子技术控制领域。该启动方法包括首先闭合三相并网断路器，CHB工作在不控整流；当高压侧电容电压升压至稳定时，CHB开环运行；当缓启电阻两端电压符合并网要求时，三相缓启电阻接触器闭合，切除缓启电阻，CHB运行闭环缓启动控制策略；当高压侧电容电压稳定在设定值时，DAB采用PWM占空比缓启动对低压侧电容充电；当占空比到达设定值后，DAB运行闭环控制策略，低压侧电容电压平稳升至期望值，电力电子变压器变压器启动完成。本发明中的串级启动方法，在并网瞬间消除了冲击电流，可以实现电力电子变压器平稳，有效的启动。有效的启动。有效的启动。


技术研发人员：刘芳 朱永平 刘健钊 刘博
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/16