一种功率变换电路、功率变换电路的控制方法以及变压器

文档序号:703114 发布日期:2021-04-13 浏览:34次 >En<

阅读说明:本技术 一种功率变换电路、功率变换电路的控制方法以及变压器 (Power conversion circuit, control method of power conversion circuit and transformer ) 是由 黄朱勇 张晓飞 帅鹏 刘培国 于 2020-12-08 设计创作,主要内容包括:本申请实施例提供一种功率变换电路、功率变换电路的控制方法以及变压器,用以降低功率变换电路中器件的体积,提高系统的可靠性。该功率变换电路包括:串接在第一相线的至少一个第一功率变换单元、串接在第二相线的至少一个第二功率变换单元、串接在第三相线的至少一个第三功率变换单元、串接在第一相线的多个第一启动电路、串接在第二相线的多个第二启动电路;每个第一启动电路包括并联的第一继电器和第一电阻,每个第一启动电路中的第一继电器在功率变换电路上电后依次闭合,用于启动功率变换电路;每个第二启动电路包括并联的第二继电器和第二电阻,每个第二启动电路中的第二继电器在功率变换电路上电后依次闭合,用于启动功率变换电路。(The embodiment of the application provides a power conversion circuit, a control method of the power conversion circuit and a transformer, which are used for reducing the size of devices in the power conversion circuit and improving the reliability of a system. The power conversion circuit includes: the power conversion circuit comprises at least one first power conversion unit connected in series with a first phase line, at least one second power conversion unit connected in series with a second phase line, at least one third power conversion unit connected in series with a third phase line, a plurality of first starting circuits connected in series with the first phase line and a plurality of second starting circuits connected in series with the second phase line; each first starting circuit comprises a first relay and a first resistor which are connected in parallel, and the first relay in each first starting circuit is sequentially closed after the power conversion circuit is electrified and is used for starting the power conversion circuit; each second starting circuit comprises a second relay and a second resistor which are connected in parallel, and the second relay in each second starting circuit is sequentially closed after the power conversion circuit is electrified and is used for starting the power conversion circuit.)

一种功率变换电路、功率变换电路的控制方法以及变压器

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域,尤其涉及一种功率变换电路、功率变换电路的控制方法以及变压器。

背景技术

固态变压器(solid-state transformers,SST)是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的高频电能变换技术相结合,实现将一种电力特征的电能转变为另一种电力特征的电能的静止电气设备。与常规变压器相比,SST可以实现原方电流、副方电压以及功率的灵活控制。

如图1所示,为一种SST的结构示意图。在该SST中,A、B、C三相的输入均为10kV交流电压。在每一相中,均设置有并联的电阻和继电器(也可以称为接触器),用于启动SST,如图1所示,A相线上设置有并联的R1和T1,B线上相设置有并联的R2和T2,C相线上设置有并联的R3和T3。在图1所示的SST中,A1、B1、C1…An、Bn、Cn(n≥1)均为功率变换器,用于实现功率变换;在A相中,A1、A2…An串联连接,在B相中,B1、B2…Bn串联连接,在C相中,C1、C2…Cn串联连接。其中,每个功率变换器的拓扑可以见图2。每个功率变换器中均设置有串联的母线电容,即图2中的Ca、Cb、Cc和Cd。

图1所示的SST的启动过程可以描述如下:在SST未上电时,T1、T2、T3均断开;在SST刚上电时,功率变换器中的母线电容的电容量为0,市电通过与T1、T2、T3并联的电阻R1、R2、R3给母线电容充电。当T1、T2、T3未闭合时,由于电阻R1、R2、R3的存在,母线电容被充电到电压Vb1;当T1、T2、T3闭合后,由于R1、R2、R3分别被T1、T2、T3短路,此时母线电容的电压Vb2会高于Vb1。以A相为例,如图3所示,T1断开时的总母线电压小于T1闭合时的总母线电压,在T1闭合瞬间,总母线电压会发生跳变,T1闭合瞬间系统中会产生较大的冲击电流。同样地,对于B相和C相也存在同样的问题。

从以上介绍不难看出,启动SST时,在T1、T2、T3闭合的瞬间,会有较大电流流过T1、T2、T3,因而T1、T2、T3的闭合功率较大,这将导致T1、T2、T3器件体积大、成本高,同时也存在可靠性风险。

发明内容

本申请实施例提供一种功率变换电路、功率变换电路的控制方法以及变压器,用以降低功率变换电路中器件的体积,提高系统的可靠性。

第一方面,本申请实施例提供一种功率变换电路。该功率变换电路包括:串接在第一相线的至少一个第一功率变换单元、串接在第二相线的至少一个第二功率变换单元以及串接在第三相线的至少一个第三功率变换单元;多个第一启动电路,多个第一启动电路串接在第一相线,多个第一启动电路中的每个第一启动电路包括第一继电器和第一电阻,第一继电器和第一电阻并联,每个第一启动电路中的第一继电器在功率变换电路上电后依次闭合,用于启动功率变换电路;多个第二启动电路,多个第二启动电路串接在第二相线,多个第二启动电路中的每个第二启动电路包括第二继电器和第二电阻,第二继电器和第二电阻并联,每个第二启动电路中的第二继电器在功率变换电路上电后依次闭合,用于启动功率变换电路。

以第一相线为例,在第一方面提供的功率变换电路中,启动功率变换电路时,多个第一启动电路中的第一继电器依次闭合。假设第一启动电路的数量为n,那么第一继电器的数量为也为n。将第一个闭合的第一继电器称为继电器1,第二个闭合的第一继电器称为继电器2,……,第n个闭合的第一继电器称为继电器n。那么,继电器1闭合时,与继电器1并联的第一电阻被短路,第一相线上的电流由I1上升至I2,第一功率变换单元中的母线电容电压将由Vb1上升到Vb2,由于第一相线上还有继电器2中的第一电阻、继电器3中的第一电阻、……、继电器n中的第一电阻起到限流作用,I2与I1相比增量较小,因而继电器1的闭合功率较小;同样地,继电器2闭合时,与继电器2并联的第一电阻被短路,第一相线上的电流由I2上升至I3,第一功率变换单元中的母线电容电压将由Vb2上升到Vb3,由于第一相线上还有继电器3中的第一电阻、……、继电器n中的第一电阻起到限流作用,I3与I2相比增量较小,因而继电器2的闭合功率较小;……;对于继电器n,与继电器n并联的第一电阻可以选取阻值较小的电阻,因而继电器n两端的压差较小,即使闭合继电器n时会有较大的电流冲击,继电器n的闭合功率也会小于采用现有技术方案时继电器的闭合功率。

同样地,在启动第一方面提供的功率变换电路时,第二相线上的多个第二继电器的闭合功率也较小。因此,采用第一方面提供的功率变换电路,继电器的闭合功率较小,继电器的体积较小。此外,在启动功率变换电路时,由于第一相线和第二相线上的继电器是依次闭合的,因而系统中的电流是有梯度地升高的,从而避免系统中产生较大的电流冲击,提升了系统的可靠性。

在一种可能的设计中,在功率变换电路上电后,多个第一启动电路的第一继电器中,在T1时刻闭合的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值大于或等于在T2时刻闭合的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值,T1时刻早于T2时刻;多个第二启动电路的第二继电器中,在T3时刻闭合的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值大于或等于在T4时刻闭合的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值,T3时刻早于T4时刻。

也就是说,启动功率变换电路时,第一相线中,可以优先闭合与阻值较大的第一电阻并联的第一继电器,第二相线中,可以优先闭合与阻值较大的第二电阻并联的第二继电器。

仍以第一相线为例,阻值最大的第一电阻分压最大,与其并联的第一继电器最先闭合,该第一继电器的分压最大,但在该第一继电器闭合的时候,第一相线上的其他第一电阻可以起到限流作用,进而降低该第一继电器的闭合功率。闭合该第一继电器之后,再闭合剩余第一电阻中阻值最大的第一电阻对应并联的第一继电器,同样可以起到降低闭合功率的作用,此处不再赘述。最后闭合与阻值最小的第一电阻并联的第一继电器,由于该第一继电器的阻值最小,因而该第一继电器的分压最小,在闭合该第一继电器时,该第一继电器两端的压差小,即使闭合时产生大电流,该第一继电器的闭合功率也不会过大。本申请实施例中,最后闭合的第一继电器并联的第一电阻的阻值可以远小于其他第一电阻的阻值,从而进一步降低该第一继电器的闭合功率。

具体地,在T1时刻闭合的第一继电器的耐压大于或等于在T2时刻闭合的第一继电器的耐压;在T3时刻闭合的第二继电器的耐压大于或等于在T4时刻闭合的第二继电器的耐压。

上述对继电器的耐压性的选择时因为:较早闭合的第一继电器对应并联的第一电阻的阻值较大,该第一继电器的分压较大,因而需要选取耐压较大的继电器。

此外,在第一方面提供的功率变换电路中,每个第一启动电路中的第一继电器依次断开,还可以用于断开功率变换电路;每个第二启动电路中的第二继电器依次断开,用于断开功率变换电路。

具体地,在功率变换电路下电之前,多个第一启动电路的第一继电器中,在T5时刻断开的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值小于或等于在T6时刻断开的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值,T5时刻早于T6时刻;多个第二启动电路的第二继电器中,在T7时刻断开的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值小于或等于在T8时刻断开的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值,T7时刻早于T8时刻。

以第一相线为例,上述方案可以理解为:对应并联阻值较小的第一电阻的第一继电器先断开。同样地,将启动功率变换电路时第一个闭合的第一继电器称为继电器1,第二个闭合的第一继电器称为继电器2,……,第n个闭合的第一继电器称为继电器n。此外,将与继电器1并联的第一电阻称为电阻1,与继电器2并联的第一电阻称为电阻2,……,与继电器n并联的第一电阻称为电阻n。那么,在断开功率变换电路时,第一继电器的断开顺序为继电器n→继电器n-1→……→继电器2→继电器1。这是因为:电阻n的阻值最小,因而继电器n两端的压差最小,断开继电器n时,电阻n接入第一相线,会有较大的电流I3流过继电器n,由于继电器n两端的压差最小,因而继电器n的断开功率较小;在断开继电器n之后,再断开继电器n-1,虽然继电器n-1两端的压差大于继电器n两端的压差,但此时电阻n已接入第一相线,因而流过继电器n-1的电流I4小于电流I3,使得继电器n-1的断开功率较小;……;断开继电器1时,虽然由于电阻1的阻值最大导致继电器1两端的压差最大,但此时电阻2、电阻3、……、电阻n均已接入第一相线,因而流过继电器1的电流较小,使得继电器1的断开功率较小。

因此,采用上述方案,可以减小继电器的断开功率。

在一种可能的设计中,第一方面提供的功率变换电路还可以包括多个第三启动电路,多个第三启动电路串接在第三相线,多个第三启动电路中的每个第三启动电路包括第三继电器和第三电阻,第三继电器和第三电阻并联,每个第三启动电路中的第三继电器在功率变换电路上电后依次闭合,用于启动功率变换电路。

采用上述方案,在三相均设置启动电路,可以使功率变换电路的三相设置相对平衡,三相中的启动电路也可以选取阻值相当的电阻。

此外,在功率变换电路上电后,每个第三启动电路中的第三继电器还可以依次断开,用于断开功率变换电路。

在一种可能的设计中,至少一个第一功率变换单元、至少一个第二功率变换单元和至少一个第三功率变换单元中的至少一个功率变换单元中的母线电容在功率变换电路上电前的电容量不为零。

采用上述方案,可以对功率变换单元中的母线电容进行预充电,那么,在启动功率变换电路之前,母线电容两端的电压不为零。那么,在启动功率变换电路时,可以减小进行预充电的母线电容所对应相线上流过的电流,从而进一步减小该相线上的继电器的闭合功率。

第二方面,本申请实施例提供一种功率变换电路的控制方法,该功率变换电路包括串接在第一相线的至少一个第一功率变换单元和多个第一启动电路、串接在第二相线的至少一个第二功率变换单元和多个第二启动电路、串接在第三相线的至少一个第三功率变换单元;其中,多个第一启动电路中的每个第一启动电路包括第一继电器和第一电阻,第一继电器和第一电阻并联,多个第二启动电路中的每个第二启动电路包括第二继电器和第二电阻,第二继电器和第二电阻并联;该方法包括:控制每个第一启动电路中的第一继电器在功率变换电路上电后依次闭合;并且,控制每个第二启动电路中的第二继电器在功率变换电路上电后依次闭合。

在一种可能的设计中,在T1时刻闭合的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值大于或等于在T2时刻闭合的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值,T1时刻早于T2时刻;在T3时刻闭合的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值大于或等于在T4时刻闭合的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值,T3时刻早于T4时刻。

在一种可能的设计中,在T1时刻闭合的第一继电器的耐压大于或等于在T2时刻闭合的第一继电器的耐压;在T3时刻闭合的第二继电器的耐压大于或等于在T4时刻闭合的第二继电器的耐压。

此外,该方法还包括:控制每个第一启动电路中的第一继电器依次断开,用于断开功率变换电路;并且,控制每个第二启动电路中的第二继电器依次断开。

在一种可能的设计中,在T5时刻断开的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值小于或等于在T6时刻断开的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值,T5时刻早于T6时刻;在T7时刻断开的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值小于或等于在T8时刻断开的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值,T7时刻早于T8时刻。

此外,功率变换电路还可以包括多个第三启动电路,多个第三启动电路串接在第三相线,多个第三启动电路中的每个第三启动电路包括第三继电器和第三电阻,第三继电器和第三电阻并联。相对应地,该方法还包括:控制每个第三启动电路中的第三继电器在功率变换电路上电后依次闭合。

进一步地,该方法还包括:控制每个第三启动电路中的第三继电器依次断开。

在一种可能的设计中,至少一个第一功率变换单元、至少一个第二功率变换单元和至少一个第三功率变换单元中的至少一个功率变换单元中的母线电容在功率变换电路上电前的电容量不为零。

第三方面,本申请实施例还提供一种变压器,包括控制器以及上述第一方面及任一可能的设计中提供的功率变换电路,该控制器用于控制功率变换电路中的继电器断开或闭合。

另外,第二方面~第三方面中任一种可能设计方式所带来的技术效果可参见第一方面中不同设计方式所带来的技术效果,此处不再赘述。

附图说明

图1为现有技术提供的一种SST的结构示意图;

图2为现有技术提供的一种功率变换器的结构示意图;

图3为现有技术提供的一种启动SST时控制时序示意图;

图4为本申请实施例提供的第一种功率变换电路的结构示意图;

图5为本申请实施例提供的第二种功率变换电路的结构示意图;

图6为本申请实施例提供的第三种功率变换电路的结构示意图;

图7为本申请实施例提供的第四种功率变换电路的结构示意图;

图8为本申请实施例提供的一种启动SST时控制时序示意图;

图9为本申请实施例提供的一种功率变换电路的控制方法的流程示意图;

图10为本申请实施例提供的一种变压器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

本申请实施例提供一种功率变换电路,如图4所示,该功率变换电路400包括串接在第一相线的至少一个第一功率变换单元401、串接在第二相线的至少一个第二功率变换单元402以及串接在第三相线的至少一个第三功率变换单元403;此外,该功率变换电路400还包括多个第一启动电路404和多个第二启动电路405,多个第一启动电路404串接在第一相线,每个第一启动电路404包括第一继电器和第一电阻,第一继电器和第一电阻并联,每个第一启动电路404中的第一继电器在功率变换电路400上电后依次闭合,用于启动功率变换电路400;多个第二启动电路405串接在第二相线,每个第二启动电路405包括第二继电器和第二电阻,第二继电器和第二电阻并联,每个第二启动电路405中的第二继电器在功率变换电路400上电后依次闭合,用于启动功率变换电路400。

其中,功率变换电路400可以视为SST。功率变换电路400的输入电压可以是交流中压,输出电压可以是直流低压,功率变换电路400用于实现中压交流电到低压直流电的转换。第一功率变换单元401、第二功率变换单元402和第三功率变换单元403均用于实现功率变换,具体结构可以参见图2。当然,功率变换单元的结构并不限于图2所示,现有技术中可以实现功率变换功能的电路结构同样适用于本申请实施例。

在图4所示的功率变换电路400中,第一相线、第二相线和第三相线为三相交流电的三个相线。第一相线上设置有多个第一启动电路404,第二相线上设置有多个第二启动电路405。其中,第一启动电路404包括并联的第一继电器和第一电阻,第二启动电路405包括并联的第二继电器和第二电阻。

以第一相线为例,启动功率变换电路400时,多个第一启动电路404中的第一继电器依次闭合。假设第一启动电路404的数量为n,那么第一继电器的数量为也为n。将第一个闭合的第一继电器称为继电器1,第二个闭合的第一继电器称为继电器2,……,第n个闭合的第一继电器称为继电器n。那么,继电器1闭合时,与继电器1并联的第一电阻被短路,第一相线上的电流由I1上升至I2,第一功率变换单元401中的母线电容电压将由Vb1上升到Vb2,由于第一相线上还有继电器2中的第一电阻、继电器3中的第一电阻、……、继电器n中的第一电阻起到限流作用,I2与I1相比增量较小,因而继电器1的闭合功率较小;同样地,继电器2闭合时,与继电器2并联的第一电阻被短路,第一相线上的电流由I2上升至I3,第一功率变换单元401中的母线电容电压将由Vb2上升到Vb3,由于第一相线上还有继电器3中的第一电阻、……、继电器n中的第一电阻起到限流作用,I3与I2相比增量较小,因而继电器2的闭合功率较小;……;对于继电器n,与继电器n并联的第一电阻可以选取阻值较小的电阻,因而继电器n两端的压差较小,即使闭合继电器n时会有较大的电流冲击,继电器n的闭合功率也会小于采用现有技术方案时继电器的闭合功率。

同样地,在启动功率变换电路400时,第二相线上的多个第二继电器的闭合功率也较小。因此,采用本申请实施例提供的功率变换电路400,继电器的闭合功率较小,继电器的体积较小。此外,在启动功率变换电路400时,由于第一相线和第二相线上的继电器是依次闭合的,因而系统中的电流是有梯度地升高的,从而避免系统中产生较大的电流冲击,提升了系统的可靠性。

需要说明的是,本申请实施例中,第一启动电路的数量为多个,例如可以是两个、三个、四个……,第二启动电路的数量也为多个,例如可以是两个、三个、四个……。第一启动电路的数量与第二启动电路的数量可以相同也可以不同。在一个可能的示例中,第一启动电路的数量为两个、第二启动电路的数量为四个;在另一个可能的示例中,第一启动电路的数量为三个、第二启动电路的数量为三个。此外,在每一个相线中,功率变换单元的数量可以为一个,也可以为多个,且每个相线中功率变换单元的数量可以与其他相线中功率变换单元的数量相同,也可以不同。

同样需要说明的是,本申请实施例中,多个第一继电器的闭合顺序是:多个第一继电器依次闭合,以启动功率变换电路400。在另一种可能的情况下,多个第一继电器中的部分第一继电器可以同时闭合。例如,第一相线上有四个第一继电器,分别为继电器1、继电器2、继电器3和继电器4。那么,继电器1、继电器2、继电器3和继电器4可以依次闭合,也可以是继电器1闭合,然后继电器2和继电器3同时闭合,最后继电器4闭合。对于这种部分第一继电器同时闭合的方案,虽然与多个第一继电器依次闭合的方案相比,继电器的闭合功率稍大,但还是会低于采用现有技术方案时继电器的闭合功率。第二继电器的闭合顺序也适用上述描述,此处不再赘述。

进一步地,启动功率变换电路400时,第一相线中,可以优先闭合与阻值较大的第一电阻并联的第一继电器,第二相线中,可以优先闭合与阻值较大的第二电阻并联的第二继电器。也就是说,在功率变换电路400上电后,多个第一启动电路404的第一继电器中,在T1时刻闭合的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值大于或等于在T2时刻闭合的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值,T1时刻早于T2时刻;多个第二启动电路405的第二继电器中,在T3时刻闭合的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值大于或等于在T4时刻闭合的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值,T3时刻早于T4时刻。

采用上述方案,可以进一步降低继电器的闭合功率,提升系统的可靠性。以第一相线为例,阻值最大的第一电阻分压最大,与其并联的第一继电器最先闭合,该第一继电器的分压最大,但在该第一继电器闭合的时候,第一相线上的其他第一电阻可以起到限流作用,进而降低该第一继电器的闭合功率。闭合该第一继电器之后,再闭合剩余第一电阻中阻值最大的第一电阻对应并联的第一继电器,同样可以起到降低闭合功率的作用,此处不再赘述。最后闭合与阻值最小的第一电阻并联的第一继电器,由于该第一继电器的阻值最小,因而该第一继电器的分压最小,在闭合该第一继电器时,该第一继电器两端的压差小,即使闭合时产生大电流,该第一继电器的闭合功率也不会过大。本申请实施例中,最后闭合的第一继电器并联的第一电阻的阻值可以远小于其他第一电阻的阻值,从而进一步降低该第一继电器的闭合功率。

进一步地,在T1时刻闭合的第一继电器的耐压大于或等于在T2时刻闭合的第一继电器的耐压;在T3时刻闭合的第二继电器的耐压大于或等于在T4时刻闭合的第二继电器的耐压。也就是说,在第一相线中,较早闭合的第一继电器的耐压较大。这是因为,较早闭合的第一继电器对应并联的第一电阻的阻值较大,该第一继电器的分压较大,因而需要选取耐压较大的继电器。同样地,对于第二继电器的耐压性的选取也可以遵循同样的原则,即在第二相线中,较早闭合的第二继电器的耐压较大,具体原因此处不再赘述。

本申请实施例提供的第一启动电路404和第二启动电路405除了可以用于启动功率变换电路400之外,还可以用于断开功率变换电路400。具体地,每个第一启动电路404中的第一继电器依次断开,用于断开功率变换电路400;每个第二启动电路405中的第二继电器依次断开,用于断开功率变换电路400。

需要说明的是,在断开第一启动电路404中的第一继电器和第二启动电路405中的第二继电器之后,由于第一继电器并联有第一电阻,第二继电器并联有第二电阻,输入电压还是会通过第一电阻和第二电阻进入功率变换电路400,当然,在这种情况下,功率变换电路400的功率很小。在断开第一继电器和第二继电器之后,还可以通过其他装置切断功率变换电路400的输入电压,由于此切断输入电压的方案与本申请实施例的方案关联不大,因此不再展开讨论。本申请实施例中仅讨论断开功率变换电路400时多个第一继电器和多个第二继电器的断开顺序。

在断开功率变换电路400时,多个第一继电器的断开顺序与闭合顺序相反,多个第二继电器的断开顺序也与闭合顺序相反。即,多个第一启动电路404的第一继电器中,在T5时刻断开的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值小于或等于在T6时刻断开的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值,T5时刻早于T6时刻;多个第二启动电路405的第二继电器中,在T7时刻断开的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值小于或等于在T8时刻断开的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值,T7时刻早于T8时刻。

下面对上述继电器的断开顺序的设置加以说明:以第一相线为例,对应并联阻值较小的第一电阻的第一继电器先断开。沿用前面的描述,将启动功率变换电路400时第一个闭合的第一继电器称为继电器1,第二个闭合的第一继电器称为继电器2,……,第n个闭合的第一继电器称为继电器n。此外,将与继电器1并联的第一电阻称为电阻1,与继电器2并联的第一电阻称为电阻2,……,与继电器n并联的第一电阻称为电阻n。

那么,在断开功率变换电路400时,第一继电器的断开顺序为继电器n→继电器n-1→……→继电器2→继电器1。这是因为:电阻n的阻值最小,因而继电器n两端的压差最小,断开继电器n时,电阻n接入第一相线,会有较大的电流I3流过继电器n,由于继电器n两端的压差最小,因而继电器n的断开功率较小;在断开继电器n之后,再断开继电器n-1,虽然继电器n-1两端的压差大于继电器n两端的压差,但此时电阻n已接入第一相线,因而流过继电器n-1的电流I4小于电流I3,使得继电器n-1的断开功率较小;……;断开继电器1时,虽然由于电阻1的阻值最大导致继电器1两端的压差最大,但此时电阻2、电阻3、……、电阻n均已接入第一相线,因而流过继电器1的电流较小,使得继电器1的断开功率较小。

同样地,在断开功率变换电路400时,第二继电器的断开顺序与第一继电器的断开顺序类似,即对应并联阻值较小的第二电阻的第二继电器先断开,具体原因此处不再赘述。

同样需要说明的是,本申请实施例中,多个第一继电器的断开顺序是:多个第一继电器依次断开,以断开功率变换电路400。在另一种可能的情况下,多个第一继电器中的部分第一继电器可以同时断开。例如,第一相线上有四个第一继电器,分别为继电器1、继电器2、继电器3和继电器4。那么,继电器4、继电器3、继电器2和继电器1可以依次断开,也可以是继电器4断开,然后继电器3和继电器2同时断开,最后继电器1断开。对于这种部分第一继电器同时断开的方案,虽然与多个第一继电器依次断开的方案相比,继电器的断开功率稍大,但还是会低于采用现有技术方案时继电器的断开功率。第二继电器的断开顺序也适用上述描述,此处不再赘述。

示例性地,图5示出了一种功率变换电路400的可能的结构。如图5所示,A相和B相的输入端串联三个继电器(或接触器),A相上串联T1a、T2a、T3a,每个继电器上面分别串联三个电阻R1a、R2a、R3a,B相采用相同方案。R1、R2、R3的阻值设置如下:R1≥R2>R3,且T1耐压≥T2耐压>T3耐压。启动功率变换电路400时,A相中继电器的闭合顺序为闭合T1a→闭合T2a→闭合T3a,断开功率变换电路400时,A相中继电器的断开顺序为断开T3a→断开T2a→断开T1a,B相的断开顺序类似。

以A相为例,闭合时:当T1a、T2a、T3a均断开时,T1a、T2a、T3a的电压分别为I1*R1a、I1*R2a、I1*R3a。闭合T1时,电流由I1上升到I2,母线电容电压将由Vb1上升到Vb2,由于有R2a和R3a限流,因而闭合电流很小,对于T1a而言,闭合时压差大、电流小,因此闭合功率较小。同理,闭合T2a时,由于R3a的限流作用,闭合功率也较小。闭合T3a时,由于R3a远小于R1a和R2a,因此T3a两端的压差很小,对于T3a而言,闭合电流大、压差小,因此闭合功率也较小。同理,断开时按照T3a、T2a、Ta1的顺序,也满足断开功率小的特点。B相方案与A相类似。

进一步地,图4所示的功率变换电路400中还可以包括多个第三启动电路,多个第三启动电路串接在第三相线,多个第三启动电路中的每个第三启动电路包括第三继电器和第三电阻,第三继电器和第三电阻并联,每个第三启动电路中的第三继电器在功率变换电路400上电后依次闭合,用于启动功率变换电路400。此时,配置第三启动电路后,功率变换电路400的具体结构可以如图6所示。

也就是说,第三相线上也可以设置启动电路,第三启动电路的具体结构和功能与前述第一启动电路、第二启动电路类似。比如,在启动功率变换电路400时,可以优先闭合与阻值较大的第三电阻并联的第三继电器,以降低第三继电器的闭合功率。此处不再对第三启动电路的具体工作原理做详细阐述。

此外,在功率变换电路400上电后,每个第三启动电路中的第三继电器还可以依次断开,用于断开功率变换电路400。

同样地,在断开功率变换电路400时,多个第三继电器的断开顺序与启动功率变换电路400时的闭合顺序相反。即,先断开与阻值较小的第三电阻并联的第三继电器。

图4所示的功率变换电路400与图6所示的功率变换电路400相比,第三相线上未设置启动电路,会保持长通。在启动功率变换电路400时,图4所示的功率变换电路400中,第三功率变换单元中的母线电容不进行预充,那么,第一相线上的第一电阻和第二相线上的第二电阻(与图6所示的功率变换电路400相比)可以选取阻值较大的电阻,以保证图4所示的功率变换电路400的预充电功率与图6所示的功率变换电路400的预充电功率相当。

示例性地,图7示出了一种功率变换电路400的可能的结构。如图7所示,每个输入端串联三个继电器(或接触器),A相上串联T1a、T2a、T3a,每个继电器上面分别串联三个电阻R1a、R2a、R3a,B相和C相采用相同方案。R1、R2、R3的阻值设置如下:R1≥R2>R3,且T1耐压≥T2耐压>T3耐压。启动功率变换电路400时,A相中继电器的闭合顺序为闭合T1a→闭合T2a→闭合T3a,断开功率变换电路400时,A相中继电器的断开顺序为断开T3a→断开T2a→断开T1a,B相和C相的断开顺序类似。

以A相为例,闭合时:当T1a、T2a、T3a均断开时,T1a、T2a、T3a的电压分别为I1*R1a、I1*R2a、I1*R3a。闭合T1时,电流由I1上升到I2,母线电容电压将由Vb1上升到Vb2,由于有R2a、R3a限流,因而闭合电流很小,对于T1a而言,闭合时压差大、电流小,因此闭合功率较小。同理,闭合T2a时,由于R3a的限流作用,闭合功率也较小。闭合T3a时,由于R3a远小于R1a、R2a,因此T3a两端的压差很小,对于T3a而言,闭合电流大、压差小,因此闭合功率也较小。同理,断开时按照T3a、T2a、Ta1的顺序,也满足断开功率小的特点。B相和C相方案与A相类似。

如图8所示,为采用图7所示的功率变换电路400时的控制时序示意图。从图8可以看出,采用图7所示的功率变换电路400,依次闭合T1、T2和T3时,输入电流的变化较小,使得T1、T2和T3在闭合时不会受到较大的电流冲击,闭合功率较小。

此外,在本申请实施例提供的功率变换电路400中,至少一个第一功率变换单元401、至少一个第二功率变换单元402和至少一个第三功率变换单元403中的至少一个功率变换单元中的母线电容在功率变换电路400上电前的电容量不为零。

也就是说,可以对功率变换单元中的母线电容进行预充电,那么,在启动功率变换电路400之前,母线电容两端的电压不为零。以第一相线为例,若对第一功率变换单元中的母线电容进行预充电,在启动功率变换电路400时,可以减小第一相线上流过的电流,从而进一步减小第一继电器的闭合功率。

需要说明的是,本申请实施中,可以对功率变换电路400中的所有母线电容均进行预充电,也可以对部分母线电容进行预充电。

综上,采用本申请实施例提供的功率变换电路400,第一启动电路404中的第一继电器依次闭合、第二启动电路405中的第二继电器依次闭合,可以减小继电器的闭合功率:对于先闭合的继电器来说,由于该继电器所在相线上还有其他电阻起到限流作用,因而流过该继电器的电流较小,该继电器的闭合功率较小;对于最后一个闭合的继电器来说,与该继电器并联的电阻可以选取阻值较小的电阻,因而该继电器两端的压差较小,该继电器的闭合功率较小。此外,在启动功率变换电路400时,由于每个相线上的继电器是依次闭合的,因而系统中的电流是有梯度地升高的,从而避免系统中产生较大的电流冲击,提升了系统的可靠性。

基于同一发明构思,本申请实施例还提供一种功率变换电路的控制方法。其中,该功率变换电路包括串接在第一相线的至少一个第一功率变换单元和多个第一启动电路、串接在第二相线的至少一个第二功率变换单元和多个第二启动电路、串接在第三相线的至少一个第三功率变换单元;其中,多个第一启动电路中的每个第一启动电路包括第一继电器和第一电阻,第一继电器和第一电阻并联,多个第二启动电路中的每个第二启动电路包括第二继电器和第二电阻,第二继电器和第二电阻并联。

如图9所示,该方法包括如下步骤。

S901:控制每个第一启动电路中的第一继电器在功率变换电路上电后依次闭合;

S902:控制每个第二启动电路中的第二继电器在功率变换电路上电后依次闭合。

需要说明的是,本申请实施例对S901和S902的执行顺序不做限定,可以先执行S901再执行S902,可以先执行S902再执行S901,也可以同时执行S901和S902。

可选地,在T1时刻闭合的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值大于或等于在T2时刻闭合的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值,T1时刻早于T2时刻;在T3时刻闭合的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值大于或等于在T4时刻闭合的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值,T3时刻早于T4时刻。

此外,该方法还包括:控制每个第一启动电路中的第一继电器依次断开,用于断开功率变换电路;并且,控制每个第二启动电路中的第二继电器依次断开。

可选地,在T5时刻断开的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值小于或等于在T6时刻断开的第一继电器所对应并联的第一电阻的阻值,T5时刻早于T6时刻;在T7时刻断开的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值小于或等于在T8时刻断开的第二继电器所对应并联的第二电阻的阻值,T7时刻早于T8时刻。

此外,该功率变换电路还可以包括多个第三启动电路,多个第三启动电路串接在第三相线,多个第三启动电路中的每个第三启动电路包括第三继电器和第三电阻,第三继电器和第三电阻并联。相对应地,该方法还包括:控制每个第三启动电路中的第三继电器在功率变换电路上电后依次闭合。

进一步地,该方法还包括:控制每个第三启动电路中的第三继电器依次断开。

需要说明的是,图9所示的功率变换电路的控制方法可视为控制前述功率变换电路400中的继电器闭合或断开的方法,以控制该功率变换电路400的启动或断开。图9所示的方法中未详尽描述的实现方式及其技术效果可以参见前述功率变换电路400中的相关描述,此处不再赘述。

此外,本申请实施例还提供一种变压器。如图10所示,该变压器1000包括控制器1001以及前述功率变换电路400,控制器1001用于控制功率变换电路400中的继电器断开或闭合。

其中,控制器1001可以是中央处理器(central processing unit,CPU)、微控制单元(microcontroller unit,MCU)、片上系统(system on chip,SoC)等,本申请实施例对控制器1001的具体形态不做限定。控制器1001用于控制功率变换电路400中的继电器闭合或断开,以启动或断开功率变换电路400。变压器1000中未详尽描述的实现方式及其技术效果可以参见前述功率变换电路400中的相关描述,此处不再赘述。

显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

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