一种适配直流配电网的中压直流自取电拓扑及其控制方法与流程

本发明涉及中压直流配电网下直流自取电，具体涉及一种适配直流配电网的中压直流自取电拓扑及其控制方法。

背景技术：

1、随着大规模光伏等直流型分布式新能源的快速发展，以及电动汽车充电桩、数据中心等直流负荷日益增多，使得配电网中电源、负荷的直流特性日趋明显。相比于交流配电网，直流配电网能够有效减少变流环节，提高光伏、风能等分布式新能源接入能力和能源利用效率，受到了广泛关注和研究。

2、在传统交流电网中，高压电力设备的二次回路供电大部分都来自于220v低压交流或者ups(uninterruptible power system，不间断电源系统)回路，该供电方案在交流系统中具有非常天然的优势，一种常见的供电方案是采用电压互感器(pt)二次侧进行取能，然后进行相关处理后给电力二次设备的控制回路电路板卡供电。然而，在中高压直流电网中通过交流220v进行二次回路供电的方案已不是最直接和最佳的方案，并增加了直流配电网的建设对交流电能的依赖性。同时在传统的电容电压平衡控制算法下，所有的子模块都需要随时进行排序计算，增加了计算机的运算量；且子模块的投切状态变化比较频繁，开关器件的开关频率较高，因而将造成较大的开关损耗。

3、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明中提供了一种适配直流配电网的中压直流自取电拓扑及其控制方法，从而有效解决背景技术中所指出的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种适配直流配电网的中压直流自取电拓扑，包括：

4、一级电路，采用模块化多平结构，上、下桥臂共串联n个半桥子模块，上、下桥臂分别连接桥臂电感；

5、二级电路，采用flyback电路结构，输入端并联至第n个半桥子模块电容两端，输出端与负载相连接，用于为负载供电。

6、进一步地，所述一级电路和二级电路为复合电路，将所述模块化多平结构和flyback电路结构进行结构复合，第n个半桥子模块电容两端输出中间级电压，作为所述二级电路的输入。

7、进一步地，所述半桥子模块包括：

8、第一igbt器件，包括集电极和发射极；

9、第二igbt器件，包括集电极和发射极，所述第二igbt器件的发射极与所述第一igbt器件的集电极电连接，在稳态运行下，所述第一igbt器件与所述第二igbt器件互补导通；

10、第一电容器，有两个端子，所述端子分别与所述第一igbt器件的集电极和所述第二igbt器件的发射极电连接。

11、进一步地，所述flyback电路结构包括：

12、变压器，原边绕组的同名端作为输入侧的正极端子；

13、全控型器件，用于控制输入侧电流流通的开关器件，串联在所述原边绕组非同名端，作为输入侧的负极端子；

14、二极管，用于控制能量的流向，与副边绕组的非同名端连接，正极与副边绕组非同名端电连接，负极作为输出侧的正极端子；

15、电容，用于平滑输出电压和存储能量，正极连接到所述二极管，作为输出侧的正极端子，

16、负极连接到副边绕组的同名端，作为输出侧的负极端子。

17、进一步地，所述二级电路还包括：通过调整占空比及隔离变压器的匝数进行二级降压，公式为：

18、

19、其中，vl为输出电压，vm为输入电压，n1为一级电路中的隔离变压器一侧的线圈匝数，n2为二级电路中的隔离变压器一侧的线圈匝数，ton为开关元件导通的时间，toff为开关元件断开的时间。

20、进一步地，所述模块化多平结构和flyback电路结构进行结构复合，此时输出电压和输入电压的关系为：

21、

22、其中，n为模块化多平结构中串联的半桥子模块的数量。

23、一种适配直流配电网的中压直流自取电拓扑的控制方法，应用于所述适配直流配电网的中压直流自取电拓扑上，所述方法包括基于双重保持因子的子模块电容电压平衡控制算法和载波移相正弦脉宽调制策略。

24、进一步地，所述基于双重保持因子的子模块电容电压平衡控制算法，包括：

25、使用采样电路对各半桥子模块电容电压进行周期性测量；

26、引入子模块电容电压的初始状态，并通过电容电压排序确定操作顺序；

27、根据桥臂电流的极性和当前需要开通的子模块个数，选通相应的子模块；

28、引入两个保持因子，减少元件的开关次数，并保持电容电压平衡效果。

29、进一步地，所述双重保持因子的确定方法包括：

30、定义目标函数，综合考虑igbt开关频率和电容电压的最大波动幅度；

31、设定两个所述保持因子的初始值均为1；

32、对所述目标函数求偏导，计算相对于两个所述保持因子的梯度；

33、使用梯度下降法进行迭代，直到所述目标函数收敛，迭代公式为：

34、

35、其中，t为迭代次数，hft+1为梯度下降后的保持因子，hft为初始的保持因子，η为学习率，j为目标函数，表示目标函数j相对于保持因子的偏导数；

36、获取迭代完成后的两个所述保持因子，作为所述双重保持因子。

37、进一步地,所述载波移相正弦脉宽调制策略，包括：

38、配置三角载波，采用个三角载波并且相邻的三角载波的相位角相差

39、使用同一正弦调制波与列三角载波进行比较，并产生组触发信号，每组所述触发信号对应一个半桥子模块；

40、根据每组所述触发信号的控制，驱动上、下桥臂中的个所述半桥子模块投入工作。

41、通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

42、有效解决了原先供电方案在中高压直流电网中适配性差，且计算量大、开关损耗高的问题，构建了适配直流配电网的电路结构方案，同时通过出色的控制方法避免了任意时刻将所有的子模块都进行排序，从而大大减少了计算机的运算量，也减小了换流器的开关频率，降低了开关损耗。

技术特征：

1.一种适配直流配电网的中压直流自取电拓扑，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的适配直流配电网的中压直流自取电拓扑，其特征在于，所述一级电路和二级电路为复合电路，将所述模块化多平结构和flyback电路结构进行结构复合，第n个半桥子模块电容两端输出中间级电压，作为所述二级电路的输入。

3.根据权利要求1所述的适配直流配电网的中压直流自取电拓扑，其特征在于，所述半桥子模块包括：

4.根据权利要求1所述的适配直流配电网的中压直流自取电拓扑，其特征在于，所述flyback电路结构包括：

5.根据权利要求2所述的适配直流配电网的中压直流自取电拓扑，其特征在于，所述二级电路还包括：通过调整占空比及隔离变压器的匝数进行二级降压，公式为：

6.根据权利要求1所述的适配直流配电网的中压直流自取电拓扑，其特征在于，所述模块化多平结构和flyback电路结构进行结构复合，此时输出电压和输入电压的关系为：

7.一种适配直流配电网的中压直流自取电拓扑的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6所述的适配直流配电网的中压直流自取电拓扑上，所述方法包括基于双重保持因子的子模块电容电压平衡控制算法和载波移相正弦脉宽调制策略。

8.根据权利要求7所述的适配直流配电网的中压直流自取电拓扑的控制方法，其特征在于，所述基于双重保持因子的子模块电容电压平衡控制算法，包括：

9.根据权利要求7所述的适配直流配电网的中压直流自取电拓扑的控制方法，其特征在于，所述双重保持因子的确定方法包括：

10.根据权利要求7所述的适配直流配电网的中压直流自取电拓扑的控制方法，其特征在于,所述载波移相正弦脉宽调制策略，包括：

技术总结本发明涉及中压直流配电网下直流自取电技术领域，具体涉及一种适配直流配电网的中压直流自取电拓扑及其控制方法，电拓扑包括：一级电路，采用模块化多平结构，上、下桥臂共串联N个半桥子模块，上、下桥臂分别连接桥臂电感；二级电路，采用Flyback电路结构，输入端并联至第N个半桥子模块电容两端，输出端与负载相连接，用于为负载供电。通过本发明，有效解决了原先供电方案在中高压直流电网中适配性差，且计算量大、开关损耗高的问题，构建了适配直流配电网的电路结构方案，同时通过出色的控制方法避免了任意时刻将所有的子模块都进行排序，从而大大减少了计算机的运算量，也减小了换流器的开关频率，降低了开关损耗。技术研发人员：张宸宇,周琦,袁宇波,史明明,葛雪峰,刘瑞煌,喻建瑜,谢文强,王晨清,张敬昊,张正涛受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/29