基于开关谐振支路的电压自平衡型ISOP直流变压器

刘海洋; 崔淑梅; 刘闯; 姚航; 潘育宗

doi:10.7500/AEPS20211215007

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于开关谐振支路的电压自平衡型ISOP直流变压器

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于开关谐振支路的电压自平衡型ISOP直流变压器
- Voltage Self-balancing Input-series Output-parallel DC Transformer Based on Switched Resonant Branch
- 电力系统自动化 2022年46卷第20期页码：139-146
- 作者机构：
  
  1.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,黑龙江省哈尔滨市 150001
  2.东北电力大学电气工程学院,吉林省吉林市 132012
  3.国网吉林省电力有限公司吉林供电公司,吉林省吉林市 132000
- 作者简介：
  
  刘海洋(1988—)，男，通信作者，博士研究生，主要研究方向：大功率直流变换装置。E-mail：lhy1122@126.com
  崔淑梅(1964—)，女，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：特种电机与电机驱动系统。E-mail：cuism@hit.edu.cn
  刘闯(1985—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：交直流混合电网关键技术。E-mail：victorliuchuang@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52177036)
- DOI：10.7500/AEPS20211215007
  中图分类号：
- 收稿日期：2021-12-15，
  
  修回日期：2022-03-25，
  
  网络出版日期：2022-07-22，
  
  纸质出版日期：2022-10-25
- 稿件说明：
移动端阅览
刘海洋,崔淑梅,刘闯等.基于开关谐振支路的电压自平衡型ISOP直流变压器[J].电力系统自动化,2022,46(20):139-146.

LIU Haiyang,CUI Shumei,LIU Chuang,et al.Voltage Self-balancing Input-series Output-parallel DC Transformer Based on Switched Resonant Branch[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(20):139-146.
刘海洋,崔淑梅,刘闯等.基于开关谐振支路的电压自平衡型ISOP直流变压器[J].电力系统自动化,2022,46(20):139-146. DOI： 10.7500/AEPS20211215007.

LIU Haiyang,CUI Shumei,LIU Chuang,et al.Voltage Self-balancing Input-series Output-parallel DC Transformer Based on Switched Resonant Branch[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(20):139-146. DOI： 10.7500/AEPS20211215007.

摘要

对于采用输入串联输出并联(ISOP)的直流变压器，输入侧电压平衡控制是必要且复杂的设计。基于双有源桥式模块，提出了一种改进的输入电压自平衡型直流变压器拓扑。通过在模块间增加开关谐振支路，该拓扑在不增加开关器件数量的前提下实现了输入侧电压自平衡。通过对开关谐振支路的电流应力分析，发现该支路不会产生额外的开关损耗，也不会影响各模块工作原理。与传统均压控制解耦算法的对比表明，所提拓扑的电压自平衡特性避免了由于建模精度不足所带来的系统稳定性风险。文中给出了该直流变压器电压控制设计，并在不改变谐振支路工作状态的前提下，给出了故障模块切除和恢复的控制方案。仿真和实验验证了该拓扑的功能和特点。

Abstract

For the input-series output-parallel (ISOP) DC transformer

the input voltage balance control is an essential but complex design. An improved input-side voltage self-balancing topology of the DC transformer is proposed based on dual active bridge modules. By integrating the switched resonant branches between the neighboring modules

the topology achieves the input-side voltage self-balance without extra switching devices. By analyzing the current stress of the switched resonant branches

it is found that the branches will not generate additional switching losses

nor will they affect the working principle of each module. Compared with the conventional decoupling algorithm of voltage-sharing control

the voltage self-balancing characteristic of the proposed topology avoids the system stability risk caused by insufficient modeling accuracy. In this paper

the voltage control design of the DC transformer is given

and the control scheme for the removal and recovery of the faulty module is given without changing the working state of the resonant branch. The functions and characteristics of the topology are verified by simulation and experiments.

关键词

Keywords

references

AN F ， SONG W S ， YANG K X ， et al . A simple power estimation with triple phase-shift control for the output parallel DAB DC-DC converters in power electronic traction transformer for railway locomotive application ［J］. IEEE Transactions on Transportation Electrification ， 2019 ， 5 （ 1 ）： 299 - 310 .

林霖，裴忠晨，蔡国伟，等 . 基于电力电子变压器的中压直流互联配电网协调控制方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 8 ）： 51 - 59 .

LIN Lin ， PEI Zhongchen ， CAI Guowei ， et al . Coordinated control method for medium-voltage DC interconnected distribution network based on power electronic transformer ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 8 ）： 51 - 59 .

孙玉巍，付超，李永刚，等 . 用于电池储能系统的级联式电力电子变压器均衡及协调控制［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 18 ）： 123 - 130 .

SUN Yuwei ， FU Chao ， LI Yonggang ， et al . Balancing and coordinated control of cascaded power electronic transformers for battery energy storage system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 18 ）： 123 - 130 .

涂春鸣，黄红，兰征，等 . 微电网中电力电子变压器与储能的协调控制策略［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 12 ）： 2627 - 2636 .

TU Chunming ， HUANG Hong ， LAN Zheng ， et al . Coordinated control strategy of power electronic transformer and energy storage in microgrid ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 12 ）： 2627 - 2636 .

SHA D S ， XU G ， XU Y X . Utility direct interfaced charger/discharger employing unified voltage balance control for cascaded H-bridge units and decentralized control for CF-DAB modules ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2017 ， 64 （ 10 ）： 7831 - 7841 .

GORLA N B Y ， KOLLURI S ， CHAI M ， et al . A comprehensive harmonic analysis and control strategy for improved input power quality in a cascaded modular solid state transformer ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 7 ）： 6219 - 6232 .

YANG J X ， LIU J Q ， ZHANG J P ， et al . Research on different balance control strategies for a power electronic traction transformer ［C］// 2018 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition ， March 4-8 ， 2018 ， San Antonio， USA ： 1821 - 1828 .

徐硕，马智远，许中，等 . ISOP-DAB的均压均流控制方法综述［J］. 北京交通大学学报， 2021 ， 45 （ 6 ）： 1 - 9 .

XU Shuo ， MA Zhiyuan ， XU Zhong ， et al . Review of voltage and current sharing control methods for ISOP-DAB ［J］. Journal of Beijing Jiaotong University ， 2021 ， 45 （ 6 ）： 1 - 9 .

魏星，朱信舜，袁宇波，等 . 级联型电力电子变压器分级解耦控制［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 8 ）： 194 - 199 .

WEI Xing ， ZHU Xinshun ， YUAN Yubo ， et al . Hierarchical decoupling control of cascaded power electronic transformer ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 8 ）： 194 - 199 .

李硕，王建华，李旭枫，等 . 输入串联输出并联中压直流变压器阻抗特性及稳定性分析［J］. 高电压技术， 2022 ， 48 （ 1 ）： 210 - 220 .

LI Shuo ， WANG Jianhua ， LI Xufeng ， et al . Impedance characteristics and stability analysis of input-series output-parallel medium-voltage DC transformer ［J］. High Voltage Engineering ， 2022 ， 48 （ 1 ）： 210 - 220 .

张航，李子欣，高范强，等 . 一种混合模块型直流变压器冗余设计及控制策略［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 2 ）： 409 - 423 .

ZHANG Hang ， LI Zixin ， GAO Fanqiang ， et al . A redundant design and control strategy of hybrid modular DC transformer ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 2 ）： 409 - 423 .

刘闯，张艳，朱帝，等 . 中低压直流配电系统：关键装备阻抗建模与稳定性分析［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 11 ）： 3968 - 3983 .

LIU Chuang ， ZHANG Yan ， ZHU Di ， et al . Medium and low-voltage DC distribution system： impedance modeling and stability analysis of the key equipment ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 11 ）： 3968 - 3983 .

孟祥齐，贾燕冰，任春光，等 . 直流固态变压器环流抑制策略［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 1 ）： 356 - 363 .

MENG Xiangqi ， JIA Yanbing ， REN Chunguang ， et al . DC solid state transformer circulation current suppression strategy ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 1 ）： 356 - 363 .

赵彪，安峰，宋强，等 . 双有源桥式直流变压器发展与应用［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 1 ）： 288 - 298 .

ZHAO Biao ， AN Feng ， SONG Qiang ， et al . Development and application of DC transformer based on dual-active-bridge ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 1 ）： 288 - 298 .

MA D J ， CHEN W ， RUAN X B . A review of voltage/current sharing techniques for series-parallel-connected modular power conversion systems ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 11 ）： 12383 - 12400 .

LIU J Q ， ZHONG S G ， ZHANG J P ， et al . Auxiliary power supply for medium-/high-voltage and high-power solid-state transformers ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 5 ）： 4791 - 4803 .

CUI D D ， GE Q X . A novel hybrid voltage balance method for five-level diode-clamped converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2018 ， 65 （ 8 ）： 6020 - 6031 .

刘妍，杨晓峰，闫成章，等 . 考虑寄生电感的谐振开关电容变换器电压尖峰抑制［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 12 ）： 2627 - 2639 .

LIU Yan ， YANG Xiaofeng ， YAN Chengzhang ， et al . Suppression of voltage spike in resonant switched capacitor converter considering parasitic inductance ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 12 ）： 2627 - 2639 .

ZHANG J P ， LIU J Q ， YANG J X ， et al . A modified DC power electronic transformer based on series connection of full-bridge converters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 2119 - 2133 .

ZUMEL P ， ORTEGA L ， LÁZARO A ， et al . Modular dual-active bridge converter architecture ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2016 ， 52 （ 3 ）： 2444 - 2455 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

考虑直流变压器控制与容量约束的直流配电网连续潮流计算

双极面对面模块化多电平换流器型直流变压器快速保护方案

非隔离型直流变压器的快速电磁暂态等效建模方法