技术领域
[0001] 本
发明属于电力电子自动控制技术领域，具体涉及一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法。
背景技术
[0002] 电力电子变压器实现了功率传输、
电压等级变换、电气隔离等功能，并可提供直流负荷电源储能以直流端口。以典型的两端口交流/直流变压器为例，电力电子变压器包括前级的AC/DC变换器以及后级的双有源桥式变换
电路(Dual Active Bridge，DAB)，即高频隔离模
块。而受限于
半导体器件耐压等级的影响，前级AC/DC变换器一般多采用模块化结构；同时，目前大功率的高频变压器的最大容量一般为100kVA左右。综合上述两项器件特性的影响，工程上投运的电力电子变压器多采用图1所示的串入并出型的模块化结构。电力电子变压器前级的AC/DC变换器采用级联H桥结构，AC/DC变换器
开关频率低，
开关损耗低，整体效率较高且可保持在99％左右。电力电子变压器的后级采用图2所示的高频变换器，变换器
能量转换级数多，并且低负载工况下高频隔离模块难以实现
软开关；因此，该部分变换器轻载工况下运行效率较低。
发明内容
[0003] 为突破电力电子变压器轻载工况下整体效率低的劣势，实现全功率范围内的高效运行，本
专利提出了一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法，轻载工况下仅保持部分高频隔离模块并列供电，有效提升设备整体效率。
[0004] 为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
[0005] 第一方面，本发明提供了一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法，包括：
[0006] 获取电力电子变压器初始状态下的输出有功功率，所述电力电子变压器中包括若干个子功率模块，所述子功率模块均包括前级的AC/DC变换器和后级的高频隔离模块；
[0007] 基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，得到新状态的电力电子变压器，并调控新状态的电力电子变压器中各子功率模块交流
输出电压的d轴、q轴分量，实现电力电子变压器模块功率优化分配，完成电力电子变压器模块的自适应投切。
[0008] 可选地，所述新状态的电力电子变压器包括相连的第一功率模组和第二功率模组，所述第一功率模组中的所有AC/DC模块和高频隔离模块均处于运行状态；所述第二功率模组中的所有AC/DC模块均处于运行状态，所有高频隔离模块均处于待机状态。
[0009] 可选地，所述基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，具体包括以下步骤：
[0010] 将获取到的电力电子变压器的输出有功功率，带入下式，求得电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数：
[0011] 当 时：
[0012]
[0013] 式中，其中N1m＝1，2…N，N为电力电子变压器中的子功率模块总数，α、β分别表示电力电子变压器输出有
无功功率、无功功率的标幺值；NE为电力电子变压器中的冗余子功率模块的数目，电力电子变压器高频隔离部分的损耗PR表达式为：
[0014]
[0015] 其中，P为电力电子变压器输出有功功率，PR0为固有损耗，a、b均为损耗系数，N为电力电子变压器子功率模块总数N，N1为第一功率模组中的子功率模块数。
[0016] 可选地，所述第一功率模组输出电压的d、q分量为：
[0017]
[0018] 所述第二功率模组输出电压的d、q分量为：
[0019]
[0020] 其中，UN为电力电子变压器交流侧输出电压幅值。
[0021] 第二方面，本发明提供了一种适用于电力电子变压器的自适应投切装置，包括：
[0022] 获取模块，用于获取电力电子变压器初始状态下的输出有功功率，所述电力电子变压器中包括若干个子功率模块，所述子功率模块均包括前级的AC/DC变换器和后级的高频隔离模块；
[0023] 调控模块，用于基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，得到新状态的电力电子变压器，并调控新状态的电力电子变压器中各子功率模块交流输出电压的d轴、q轴分量，实现电力电子变压器模块功率优化分配，完成电力电子变压器模块的自适应投切。
[0024] 可选地，所述新状态的电力电子变压器包括相连的第一功率模组和第二功率模组，所述第一功率模组中的所有AC/DC模块和高频隔离模块均处于运行状态；所述第二功率模组中的所有AC/DC模块均处于运行状态，所有高频隔离模块均处于待机状态。
[0025] 可选地，所述基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，具体包括以下步骤：
[0026] 将获取到的电力电子变压器的输出有功功率，带入下式，求得电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数：
[0027] 当 时：
[0028]
[0029] 式中，其中N1m＝1，2…N，N为电力电子变压器中的子功率模块总数，α、β分别表示电力电子变压器输出的有无功功率、无功功率的标幺值；NE为电力电子变压器中的冗余子功率模块的数目，电力电子变压器高频隔离部分的损耗PR表达式为：
[0030]
[0031] 其中，P为电力电子变压器输出有功功率，PR0为固有损耗，a、b均为损耗系数，N为电力电子变压器子功率模块总数N，N1为第一功率模组中的子功率模块数。
[0032] 可选地，所述第一功率模组输出电压的d、q分量为：
[0033]
[0034] 所述第二功率模组输出电压的d、q分量为：
[0035]
[0036] 其中，UN为电力电子变压器交流侧输出电压幅值。
[0037] 第三方面，本发明提供了一种适用于电力电子变压器的自适应投切系统，包括处理器及存储介质：
[0038] 所述存储介质用于存储指令；
[0039] 所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面中任一项所述方法的步骤。
[0041] 本发明针对串入并出型模块化电力电子变压器，提出了基于有功功率大小自适应调整高频隔离模块的优化调整方法，可有效提升轻载工况下电力电子变压器的效率，实现了全工况范围内的高效运行。
附图说明
[0042] 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体
实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
[0043] 图1为现有技术中的电力电子变压器的结构示意图；
[0044] 图2为现有技术中AC/DC变换器和DAB的结构示意图；
[0045] 图3为本发明一种实施例的电力电子变压器的处于运行状态时的结构示意图。
具体实施方式
[0046] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
[0047] 下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
[0048] 实施例1
[0049] 本发明实施例中提供了一种适用于电力电子变压器的自适应投切方法，具体包括以下步骤：
[0050] (1)获取电力电子变压器初始状态下的输出有功功率，所述电力电子变压器中包括若干个子功率模块，具体参见图1中的SM1…SMN，所述子功率模块均包括前级的AC/DC变换器和后级的高频隔离模块所述的高频隔离模块指的是双有源桥变换电路，具体参见图2，所述电力电子变压器的物理结构本身是现有技术；
[0051] (2)基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，得到新状态的电力电子变压器，并调控新状态的电力电子变压器中各子功率模块交流输出电压的d轴、q轴分量，实现电力电子变压器模块功率优化分配，完成电力电子变压器模块的自适应投切。
[0052] 所述新状态的电力电子变压器包括相连的第一功率模组和第二功率模组，所述第一功率模组中的所有AC/DC模块和高频隔离模块均处于运行状态，具体参见图3中的标号为0～N1的子功率模块；所述第二功率模组中的所有AC/DC模块均处于运行状态，所有高频隔离模块均处于待机状态，具体参见图3中的标号为N1+1～N的子功率模块；即新状态的电力电子变压器控制由第一功率模组和第二功率模组两部分组成，其中第一功率模组的输出有功功率不为零，高频隔离模块处于工作状态，并基于电力电子变压器输出有功功率大小在线调整第一功率模组的运行模块数；第二功率模组输出有功功率为零，其高频隔离模块处于待机状态，仅由AC/DC部分电路工作，第二功率模组用于向交流
电网提供无功功率
支撑。
[0053] 第一功率模组的输出电压为u1，其d、q轴分量分别为ud1、uq1；第二功率模组输出电压为u2，其d、q轴分量分别为ud2、uq2，电力电子变压器仅第一功率模组输出有功功率，即：
[0054] ud1id+uq1iq＝P＝βSN (1)
[0055] 式中，id、iq分别为电力电子变压器交流输出
电流的d、q分量，SN为电力电子变压器的额定容量，β为系数，第二功率模组输出有功功率为0：
[0056] ud2id+uq2iq＝0 (2)
[0057] 电力电子变压器交流测输出电压满足：
[0058]
[0059] 其中，UN为电力电子变压器交流侧输出电压幅值，ud为电力电子变压器交流输出电压的d轴分量，电力电子变压器向交流系统输出的无功功率为：
[0060] udiq＝Q＝αSN (4)
[0061] 其中，α为系数，α取值大小，即电力电子变压器输出无功功率大小，取决于交流系统的无功需求，即维持交流
输出侧电压稳定来确定交流侧无功功率补偿量。联合公(1)-(4)可推导出：
[0062]
[0063] 如图3所示，电力电子变压器各AC/DC模块交流输出电压为U0，其中第一功率模组部分，各子功率模快输出电压的d、q轴分量分别为ud_P、uq_P，输出电压U0的d、q轴分量分别为ud_Q、uq_Q，并且有:
[0064]
[0065] 第一功率模组每相含N1子模块，第二功率模组每相含有N2子模块，则有：
[0066]
[0067] 联立(5)-(7)式可得：
[0068]
[0069] 进一步地，联立公式(3)、(8)可得：
[0070]
[0071] 上式可简化为：
[0072]
[0073] 电力电子变压器每相设有一定的冗余模块以提升其运行可靠性，电力电子变压器的冗余模块为NE，则为保证AC/DC各模块不过调制，需满足：
[0074]
[0075] 因此，自适应投入的第一功率模组
中子功率模块数N1应满足：
[0076]
[0077] DAB部分的损耗包括全桥变换器损耗以及高频隔离变压器损耗，可近似表达为：
[0078]
[0079] 其中，P为电力电子变压器输出有功功率，PR0为固有损耗，a、b为损耗系数，则有：
[0080]
[0081] 由此可见，第一功率模组中的运行子功率模块数满足：
[0082] 当 时：
[0083]
[0084] 式中，其中N1m＝1，2…N，N为电力电子变压器中的子功率模块总数，α、β分别表示电力电子变压器输出有无功功率、无功功率的标幺值；NE为电力电子变压器中的冗余子功率模块的数目；
[0085] 所述第一功率模组输出电压的d、q分量为：
[0086]
[0087] 所述第二功率模组输出电压的d、q分量为：
[0088]
[0089] 其中，UN为电力电子变压器交流侧输出电压幅值。
[0090] 实施例2
[0091] 基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种适用于电力电子变压器的自适应投切装置，包括：
[0092] 获取模块，用于获取电力电子变压器初始状态下的输出有功功率，所述电力电子变压器中包括若干个子功率模块，所述子功率模块均包括前级的AC/DC变换器和后级的高频隔离模块；
[0093] 调控模块，用于基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，得到新状态的电力电子变压器，并调控新状态的电力电子变压器中各子功率模块交流输出电压的d轴、q轴分量，实现电力电子变压器模块功率优化分配，完成电力电子变压器模块的自适应投切。
[0094] 可选地，所述新状态的电力电子变压器包括相连的第一功率模组和第二功率模组，所述第一功率模组中的所有AC/DC模块和高频隔离模块均处于运行状态；所述第二功率模组中的所有AC/DC模块均处于运行状态，所有高频隔离模块均处于待机状态。
[0095] 可选地，所述基于获取到的电力电子变压器的输出有功功率，按照设定的策略自适应调控电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数，具体包括以下步骤：
[0096] 将获取到的电力电子变压器的输出有功功率，带入下式，求得电力电子变压器中的高频隔离模块的投入运行模块数：
[0097] 当 时：
[0098]
[0099] 式中，其中N1m＝1，2…N，N为电力电子变压器中的子功率模块总数，α、β分别表示电力电子变压器输出的有无功功率、无功功率的标幺值；NE为电力电子变压器中的冗余子功率模块的数目，电力电子变压器高频隔离部分的损耗PR表达式为：
[0100]
[0101] 其中，P为电力电子变压器输出有功功率，PR0为固有损耗，a、b均为损耗系数，N为电力电子变压器子功率模块总数N，N1为第一功率模组中的子功率模块数。
[0102] 可选地，所述第一功率模组输出电压的d、q分量为：
[0103]
[0104] 所述第二功率模组输出电压的d、q分量为：
[0105]
[0106] 其中，UN为电力电子变压器交流侧输出电压幅值。
[0107] 实施例3
[0108] 基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种适用于电力电子变压器的自适应投切系统，包括：包括处理器及存储介质；
[0109] 所述存储介质用于存储指令；
[0110] 所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例1中任一项所述的步骤。
[0111] 下面结合具体的测试数据，说明本发明的有效性。
[0112] 下表所示的为在苏州同里实际投运的1MVA电力电子变压器效率结果图，其中电力电子变压器共包含84个子模块组成，其中冗余模块NE为6，10％轻载工况下，电力电子变压器的效率仅为89.5％，电力电子变压器效率最大点为50％-70％负载点，即每个功率模块输出有功功率为6kW-8.4kW时，效率最优；若采用本发明提出的模块自适应调整策略，10％轻载工况下仅投运15个高频隔离模块，即第一功率模组子模块数为15，第二功率模组子模块数为69，则电力电子变压器的效率可提升至98％。仅采用本发明提出的自适应投切策略，可将系统效率由89.5％提升至98％,效果较为显著。
[0113] 负载点 10％ 270％ 30％ 40％ 50％ 60％ 70％ 80％ 90％ 100％效率 89.50％ 95.58％ 97.44％ 97.84％ 98.01％ 98.11％ 98.05％ 98.00％ 97.87％ 97.82％[0114] 本领域内的技术人员应明白，本
申请的实施例可提供为方法、系统、或
计算机程序产品。因此，本申请可采用完全
硬件实施例、完全
软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘
存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0115] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的
流程图和/或方
框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程
数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中
指定的功能的装置。
[0116] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0117] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0118] 以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和
权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
[0119] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和
说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
