一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统

1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统。


背景技术：

2.随着电力电子技术的发展，电网形态正在发生深刻变化。直流电力传输具有功率损耗低、无需无功补偿等优点，在新能源消纳、远距离电能传输等场合具有明显的技术优势，。直流将会广泛存在于未来电网中的发、输、配、用等各个环节。不同直流电压等级和供电环节之间，需要利用直流变压器进行有效连接和功率传输
3.目前，国内外学术界与工业界对直流变压器的研究已经日益深入，提出了多种拓扑结构，从技术路线上主要分为隔离型和非隔离型两大类型，隔离型直流变压器，通常利用工频变压器实现一次侧与二次侧的电气隔离和能量传递。该方案需要经过“直-交-直”的多级能量变换，传输效率较低，且体积庞大。
4.非隔离型直流变压器，主要采用模块化多电平的结构，省去了交流连接变压器，效率更高，但是非隔离型直流变压器的子模块结构复杂，工作模式繁多，调制方法和控制策略设计难度大，工作可靠性较低，亟需新型可靠的直流变压器。


技术实现要素：

5.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
6.鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
7.因此，本发明提供了一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统，能够解决背景技术中提到的问题。
8.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，一种组合型高压大容量直流变压器控制方法，包括：
9.根据直流变压器高压环境需求，设置半控型器件组以及具体参数值；
10.根据所述半控型器件组以及具体参数值，设置至少一个高压型开关电容模块；
11.根据至少一个高压型开关电容模块的一次侧、能量缓冲侧以及二次侧，结合谐振原理，对直流变压器进行控制。
12.作为本发明所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法的一种优选方案，其中：所述具体参数值包括，
13.所述至少一个高压型开关电容模块中每个模块独立作业，记整体传输功率为p，输入电压为u
in
，变压器变比为n，所有模块的开关周期为ts、谐振周期为tr；
14.所述开关周期与所述谐振周期满足如下约束条件：
15.t
s-tr＞2tq16.其中，tq为晶闸管桥臂的关断时间；
17.当且仅当所述开关周期与所述谐振周期满足上述约束条件时，所述晶闸管桥臂实现可靠关断。
18.作为本发明所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法的一种优选方案，其中：所述具体参数值还包括，
19.谐振周期的表达式为：
[0020][0021][0022]
其中，ω为谐振角频率，lr为谐振电感，cr谐振电容，谐振电感和谐振电容r的值由谐振角频率计算。
[0023]
作为本发明所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法的一种优选方案，其中：所述具体参数值还包括，
[0024]
当稳态时，流入每个模块输入侧的电流的被均分，直流分量相等，其大小为：
[0025][0026]
其中，i
dc
为直流分量大小；
[0027]
在前半周期内，每个模块的输入侧向谐振电容释放能量，电容电压下降，其最大电压变化范围表达式为：
[0028][0029]
其中，ki为开关周期为ts与谐振周期为tr的比值，kn为开关周期为ts与谐振周期为tr的比值的n倍，n为直流变压器中所含高压型开关电容模块个数，ci为一次侧电容，δu
ci
为最大电容电压波动值。
[0030]
作为本发明所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法的一种优选方案，其中：所述具体参数值还包括，
[0031]
在后半周期内，每个模块的输出侧向谐振电容吸收能量，电容电压上升，当电压波动值小于百分之εi，则输出电容满足，
[0032][0033]
其中，cn为输出侧电容值，i
out
为输出直流电容的电流。
[0034]
一种组合型高压大容量直流变压器控制系统，其特征在于：包括至少一个高压型开关电容模块，
[0035]
所述高压型开关电容模块包括一次侧、能量缓冲侧以及二次侧，所述一次侧由第一开关组与至少一个直流电容组成，所述第一开关组包括至少一个晶闸管以及至少一个二极管；
[0036]
所述能量缓冲侧包括至少一个谐振电感与至少一个谐振电容；
[0037]
所述二次侧由第二开关组与至少一个直流电容组成，所述第二开关组包括至少一个晶闸管以及至少一个二极管，能量传输方向为一次侧经过能量缓冲侧传输至二次侧。
[0038]
作为本发明所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统的一种优选方案，其中：所述开关组包括，二极管与晶闸管均包含有至少一个电容与至少一个电阻组成的辅助支路，所述辅助支路用于控制晶闸管的可靠关断。
[0039]
作为本发明所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统的一种优选方案，其中：所述二极管包括用二极管串联阀等效，所述晶闸管包括用晶闸管串联阀等效，所述二极管串联阀和晶闸管串联阀均包含辅助均压支路，所述辅助均压回路用来实现器件均压以及现晶闸管的可靠关断。
[0040]
作为本发明所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统的一种优选方案，其中：所述高压型开关电容模块包括，
[0041]
记二极管或/和二极管串联阀统为二极管桥臂，记晶闸管或/和晶闸管串联阀统为晶闸管桥臂；
[0042]
当直流变压器进行作业时，直流变压器中高压型开关电容模块能量由一次侧向二次侧传输，在一个开关周期的起始时刻，谐振电容的电压小于一次侧电容电压，此时上晶闸管桥臂触发导通；
[0043]
当上晶闸管桥臂触发导通，则谐振电容经由一次侧的晶闸管桥臂和二极管桥臂形成充电回路，且谐振电容吸收能量电压从充电回路形成后开始上升。
[0044]
作为本发明所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统的一种优选方案，其中：所述高压型开关电容模块还包括，
[0045]
当谐振电容吸收能量电压上升，则谐振电容电压大于一次侧电容电压，此时谐振电容经由一次侧的二极管桥臂和晶闸管桥臂的均压支路形成反向放电回路；
[0046]
当参数满足过阻尼条件时，反向电流单调衰减，此时段的持续时间大于晶闸管的关断时间，此时段谐振电容电压不变。
[0047]
作为本发明所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统的一种优选方案，其中：所述高压型开关电容模块还包括，
[0048]
当谐振电容的电压大于二次侧电容电压，此时二次侧晶闸管桥臂触发导通，谐振电容经由二次侧的晶闸管桥臂和二极管桥臂形成放电回路，向二次侧释放能量，谐振电容电压下降。
[0049]
作为本发明所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统的一种优选方案，其中：所述高压型开关电容模块还包括，
[0050]
当谐振电容释放能量电压下降，使得谐振电容电压小于二次侧电容电压，此时谐振电容经由二次侧的二极管桥臂和晶闸管桥臂的均压支路形成反向放电回路；
[0051]
当参数满足过阻尼条件时，反向电流单调衰减，此时段的持续时间大于晶闸管的关断时间，此时段谐振电容电压不变。
[0052]
作为本发明所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统的一种优选方案，其中：所述高压型开关电容模块还包括，当稳态运行时，一次侧与二次侧的电容电压相等。
[0053]
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在
于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。
[0054]
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。
[0055]
本发明的有益效果：本发明提出一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统，该直流变压器拓扑可以实现高变比和高电压下的大功率传输能力，区别于现有基于开关电容直流变压器，采用半控型器件代替了全控型器件，成本低、损耗小；而半控型器件易于串联均压，可以灵活调整器件的数量来适应不同的电压等级；每个模块间相对独立运行，不受参数一致性的影响，灵活可靠。本发明可以灵活通过改变模块数量和器件串联个数适用于不同的应用场景。
附图说明
[0056]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0057]
图1为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的方法流程图；
[0058]
图2为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的系统结构示意图；
[0059]
图3为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的高压开关电容模块结构示意图；
[0060]
图4为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的晶闸管串联臂结构示意图；
[0061]
图5为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的二极管串联臂结构示意图；
[0062]
图6为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的工作原理图一；
[0063]
图7为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的工作原理图二；
[0064]
图8为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的工作原理图三；
[0065]
图9为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的工作原理图四；
[0066]
图10为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的模块的工作波形图；
[0067]
图11为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的所提拓扑的衍生双向型开关电容模块示意图；
[0068]
图12为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的所提拓扑的衍生双向型直流变压器；
[0069]
图13为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的一种具有自平衡能力的谐振型自耦式直流变压器中高压侧电压v
dc2
的曲线图；
[0070]
图14为本发明一个实施例提供的一种具有自平衡能力的谐振型自耦式直流变压器直流电容的电压曲线；
[0071]
图15为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的一种具有自平衡能力的谐振型自耦式直流变压器中一个谐振模块的谐振电流、输入侧晶闸管桥臂s1和输出侧晶闸管桥臂s2的曲线图；
[0072]
图16为本发明一个实施例提供的一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统的计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
[0073]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
[0074]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0075]
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0076]
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0077]
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0078]
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0079]
实施例1
[0080]
参照图1-16，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统，包括：
[0081]
根据直流变压器高压环境需求，设置半控型器件组以及具体参数值；
[0082]
更进一步的，根据半控型器件组以及具体参数值，设置至少一个高压型开关电容模块；
[0083]
更进一步的，根据至少一个高压型开关电容模块的一次侧、能量缓冲侧以及二次侧，结合谐振原理，对直流变压器进行控制。
[0084]
其中具体参数值包括，至少一个高压型开关电容模块中每个模块独立作业，记整体传输功率为p，输入电压为u
in
，变压器变比为n，所有模块的开关周期为ts、谐振周期为tr；
[0085]
更进一步的，开关周期与谐振周期满足如下约束条件：
[0086]
t
s-tr＞2tq[0087]
其中，tq为晶闸管桥臂的关断时间；
[0088]
应说明的是，当且仅当开关周期与谐振周期满足上述约束条件时，晶闸管桥臂实现可靠关断。
[0089]
更进一步的，谐振周期的表达式为：
[0090][0091][0092]
其中，ω为谐振角频率，lr为谐振电感，cr谐振电容，谐振电感和谐振电容r的值由谐振角频率计算。
[0093]
更进一步的，当稳态时，流入每个模块输入侧的电流的被均分，直流分量相等，其大小为：
[0094][0095]
其中，i
dc
为直流分量大小；
[0096]
应说明的是，在前半周期内，每个模块的输入侧向谐振电容释放能量，电容电压下降，其最大电压变化范围表达式为：
[0097][0098]
其中，ki为开关周期为ts与谐振周期为tr的比值，kn为开关周期为ts与谐振周期为tr的比值的n倍，n为直流变压器中所含高压型开关电容模块个数，ci为一次侧电容，δu
ci
为最大电容电压波动值。
[0099]
应说明的是，在后半周期内，每个模块的输出侧向谐振电容吸收能量，电容电压上升，当电压波动值小于百分之εi，则输出电容满足，
[0100][0101]
其中，cn为输出侧电容值，i
out
为输出直流电容的电流。
[0102]
在一个实施例中，一种组合型高压大容量直流变压器控制系统，包括至少一个高压型开关电容模块，
[0103]
高压型开关电容模块包括一次侧、能量缓冲侧以及二次侧，一次侧由第一开关组与至少一个直流电容组成，第一开关组包括至少一个晶闸管以及至少一个二极管；
[0104]
更进一步的，能量缓冲侧包括至少一个谐振电感与至少一个谐振电容；
[0105]
应说明的是，二次侧由第二开关组与至少一个直流电容组成，第二开关组包括至少一个晶闸管以及至少一个二极管，能量传输方向为一次侧经过能量缓冲侧传输至二次侧。
[0106]
其中，由图2可知，第一开关组可为s1,s2，第二开关组可为s3,s4，ci为输入直流电容，cr为谐振电容，lr为谐振电感，co为输出直流电容，u
cr
谐振电容。
[0107]
具体的，开关组包括，二极管与晶闸管均包含有至少一个电容与至少一个电阻组成的辅助支路，辅助支路用于控制晶闸管的可靠关断。
[0108]
应说明的是，二极管包括用二极管串联阀等效，晶闸管包括用晶闸管串联阀等效，二极管串联阀和晶闸管串联阀均包含辅助均压支路，辅助均压回路用来实现器件均压以及现晶闸管的可靠关断。
[0109]
更进一步的，高压型开关电容模块包括，记二极管或/和二极管串联阀统为二极管桥臂，记晶闸管或/和晶闸管串联阀统为晶闸管桥臂；
[0110]
更进一步的，当直流变压器进行作业时，直流变压器中高压型开关电容模块能量由一次侧向二次侧传输，在一个开关周期的起始时刻，谐振电容的电压小于一次侧电容电压，此时上晶闸管桥臂触发导通；
[0111]
更进一步的，当上晶闸管桥臂触发导通，则谐振电容经由一次侧的晶闸管桥臂和二极管桥臂形成充电回路，且谐振电容吸收能量电压从充电回路形成后开始上升。
[0112]
更进一步的，当谐振电容吸收能量电压上升，则谐振电容电压大于一次侧电容电压，此时谐振电容经由一次侧的二极管桥臂和晶闸管桥臂的均压支路形成反向放电回路；
[0113]
应说明的是，当参数满足过阻尼条件时，反向电流单调衰减，此时段的持续时间大于晶闸管的关断时间，此时段谐振电容电压不变。
[0114]
更进一步的，当谐振电容的电压大于二次侧电容电压，此时二次侧晶闸管桥臂触发导通，谐振电容经由二次侧的晶闸管桥臂和二极管桥臂形成放电回路，向二次侧释放能量，谐振电容电压下降。
[0115]
更进一步的，当谐振电容释放能量电压下降，使得谐振电容电压小于二次侧电容电压，此时谐振电容经由二次侧的二极管桥臂和晶闸管桥臂的均压支路形成反向放电回路；
[0116]
应说明的是，当参数满足过阻尼条件时，反向电流单调衰减，此时段的持续时间大于晶闸管的关断时间，此时段谐振电容电压不变。
[0117]
应说明的是，高压型开关电容模块还包括，当稳态运行时，一次侧与二次侧的电容电压相等。
[0118]
上述各单元模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0119]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图16所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机
程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过wifi、运营商网络、nfc(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种组合型高压大容量直流变压器控制方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0120]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0121]
根据直流变压器高压环境需求，设置半控型器件组以及具体参数值；
[0122]
根据半控型器件组以及具体参数值，设置至少一个高压型开关电容模块；
[0123]
根据至少一个高压型开关电容模块的一次侧、能量缓冲侧以及二次侧，结合谐振原理，对直流变压器进行控制。
[0124]
实施例2
[0125]
参照图1-16，为本发明的一个实施例，提供了一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统，为了验证本发明的有益效果，通过对比实验进行科学论证。
[0126]
基于图1所示的直流变压器结构，采用matlab/simulink软件搭建如图2所示的直流变压器结构，针对该拓扑进行仿真验证，仿真参数如下表1所示；
[0127]
表1：直流变压器仿真参数
[0128]
参数值参数值输入电压50kv输出电压300v开关频率200hz谐振频率300hz二极管串联个数10晶闸管串联个数10传输功率400mw
ꢀꢀ
[0129]
在上表所示的工况下，给定输入电压为50kv，输出电压为300kv，由6个高压开关电容模块构成了变比为6的直流变压器；额定传输功率400mw，为保证晶闸管可靠关断，设置开关频率200hz，谐振频率300hz，其仿真结果如图13～15所示。
[0130]
图13为本发明实施方案二中高压侧电压的曲线，可见在固定变比下，高压侧电压v
dc2
的电压幅值在300kv上下波动。
[0131]
图14为本发明实施方案二中直流电容的电压曲线，可见所有直流电容的电压均在50kv上下波动，实现了自平衡能力。
[0132]
图15为本发明实施方案二中其中一个谐振模块的谐振电流ir、输入侧晶闸管桥臂s1和输出侧晶闸管桥臂s2的电压的曲线。其中：晶闸管桥臂s1导通，谐振电流从零开始谐振，谐振电容电压从最小值开始谐振上升，此时闸管桥臂s1导通电压为零；当谐振电流再次谐振为零时，晶闸管关断，此时晶闸管桥臂s1承受反向压降，可以实现晶闸管桥臂的可靠关断。
[0133]
通过上述实例证明，本实例实施的直流变压器，其中采用的高压开关电容模块的晶闸管可以实现可靠关断，通过利用电路结构，施加稳定的反向电压在晶闸管桥臂上来确保可靠关断；不需要任何均压控制策略，实现了所有直流电容电压的自均衡。
[0134]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳
实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
[0135]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术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，本技术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。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
[0136]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、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。
[0137]
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。
[0138]
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。
[0139]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0140]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种组合型高压大容量直流变压器控制方法，其特征在于：包括，根据直流变压器高压环境需求，设置半控型器件组以及具体参数值；根据所述半控型器件组以及具体参数值，设置至少一个高压型开关电容模块；根据至少一个高压型开关电容模块的一次侧、能量缓冲侧以及二次侧，结合谐振原理，对直流变压器进行控制。2.如权利要求1所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法，其特征在于：所述具体参数值包括，所述至少一个高压型开关电容模块中每个模块独立作业，记整体传输功率为p，输入电压为u
in
，变压器变比为n，所有模块的开关周期为t
s
、谐振周期为t
r
；所述开关周期与所述谐振周期满足如下约束条件：t
s-t
r
＞2t
q
其中，t
q
为晶闸管桥臂的关断时间；当且仅当所述开关周期与所述谐振周期满足上述约束条件时，所述晶闸管桥臂实现可靠关断。3.如权利要求1或2所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法，其特征在于：所述具体参数值还包括，谐振周期的表达式为：谐振周期的表达式为：其中，ω为谐振角频率，l
r
为谐振电感，c
r
谐振电容，谐振电感和谐振电容r的值由谐振角频率计算。4.如权利要求3所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法，其特征在于：所述具体参数值还包括，当稳态时，流入每个模块输入侧的电流的被均分，直流分量相等，其大小为：其中，i
dc
为直流分量大小；在前半周期内，每个模块的输入侧向谐振电容释放能量，电容电压下降，其最大电压变化范围表达式为：其中，k
i
为开关周期为t
s
与谐振周期为t
r
的比值，k
n
为开关周期为t
s
与谐振周期为t
r
的比值的n倍，n为直流变压器中所含高压型开关电容模块个数，c
i
为一次侧电容，δu
ci
为最大电容电压波动值。5.如权利要求4所述的组合型高压大容量直流变压器控制方法，其特征在于：所述具体参数值还包括，
在后半周期内，每个模块的输出侧向谐振电容吸收能量，电容电压上升，当电压波动值小于百分之ε
i
，则输出电容满足，其中，c
n
为输出侧电容值，i
out
为输出直流电容的电流。6.一种组合型高压大容量直流变压器控制系统，其特征在于：包括至少一个高压型开关电容模块，所述高压型开关电容模块包括一次侧、能量缓冲侧以及二次侧，所述一次侧由第一开关组与至少一个直流电容组成，所述第一开关组包括至少一个晶闸管以及至少一个二极管；所述能量缓冲侧包括至少一个谐振电感与至少一个谐振电容；所述二次侧由第二开关组与至少一个直流电容组成，所述第二开关组包括至少一个晶闸管以及至少一个二极管，能量传输方向为一次侧经过能量缓冲侧传输至二次侧。7.如权利要求6所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统，其特征在于：所述开关组包括，二极管与晶闸管均包含有至少一个电容与至少一个电阻组成的辅助支路，所述辅助支路用于控制晶闸管的可靠关断。8.如权利要求6或7所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统，其特征在于：所述二极管包括用二极管串联阀等效，所述晶闸管包括用晶闸管串联阀等效，所述二极管串联阀和晶闸管串联阀均包含辅助均压支路，所述辅助均压回路用来实现器件均压以及现晶闸管的可靠关断。9.如权利要求8所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统，其特征在于：所述高压型开关电容模块包括，记二极管或/和二极管串联阀统为二极管桥臂，记晶闸管或/和晶闸管串联阀统为晶闸管桥臂；当直流变压器进行作业时，直流变压器中高压型开关电容模块能量由一次侧向二次侧传输，在一个开关周期的起始时刻，谐振电容的电压小于一次侧电容电压，此时上晶闸管桥臂触发导通；当上晶闸管桥臂触发导通，则谐振电容经由一次侧的晶闸管桥臂和二极管桥臂形成充电回路，且谐振电容吸收能量电压从充电回路形成后开始上升。10.如权利要求9所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统，其特征在于：所述高压型开关电容模块还包括，当谐振电容吸收能量电压上升，则谐振电容电压大于一次侧电容电压，此时谐振电容经由一次侧的二极管桥臂和晶闸管桥臂的均压支路形成反向放电回路；当参数满足过阻尼条件时，反向电流单调衰减，此时段的持续时间大于晶闸管的关断时间，此时段谐振电容电压不变。11.如权利要求10所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统，其特征在于：所述高压型开关电容模块还包括，当谐振电容的电压大于二次侧电容电压，此时二次侧晶闸管桥臂触发导通，谐振电容
经由二次侧的晶闸管桥臂和二极管桥臂形成放电回路，向二次侧释放能量，谐振电容电压下降。12.如权利要求11所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统，其特征在于：所述高压型开关电容模块还包括，当谐振电容释放能量电压下降，使得谐振电容电压小于二次侧电容电压，此时谐振电容经由二次侧的二极管桥臂和晶闸管桥臂的均压支路形成反向放电回路；当参数满足过阻尼条件时，反向电流单调衰减，此时段的持续时间大于晶闸管的关断时间，此时段谐振电容电压不变。13.如权利要求12所述的组合型高压大容量直流变压器控制系统，其特征在于：所述高压型开关电容模块还包括，当稳态运行时，一次侧与二次侧的电容电压相等。14.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5中任一项所述的方法的步骤。15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种组合型高压大容量直流变压器控制方法及系统包括，根据直流变压器高压环境需求，设置半控型器件组以及具体参数值；根据半控型器件组以及具体参数值，设置至少一个高压型开关电容模块；根据至少一个高压型开关电容模块的一次侧、能量缓冲侧以及二次侧，结合谐振原理，对直流变压器进行控制。该直流变压器拓扑可以实现高变比和高电压下的大功率传输能力，区别于现有基于开关电容直流变压器，采用半控型器件代替了全控型器件，成本低、损耗小；而半控型器件易于串联均压，可以灵活调整器件的数量来适应不同的电压等级；每个模块间相对独立运行，不受参数一致性的影响，灵活可靠。灵活可靠。灵活可靠。


技术研发人员：张建文 周剑桥 施刚 姚林朋 杨仁忻 王晗 蔡小龙
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/4