本發(fā)明屬于高速動(dòng)車組牽引傳動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種新型電力電子牽引變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法。

背景技術(shù)：

牽引傳動(dòng)系統(tǒng)作為高速動(dòng)車組的牽引動(dòng)力和輔助供電系統(tǒng)的能量來源，是高速動(dòng)車組中最為關(guān)鍵的系統(tǒng)之一。目前，高速動(dòng)車組普遍采用工頻牽引變壓器來獲取電能，經(jīng)其降壓變換后得到單相工頻交流電壓，再經(jīng)過四象限PWM整流器整流得到中間直流電壓，最后經(jīng)牽引逆變器得到可控的三相交流電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引電機(jī)的控制。然而，工頻牽引變壓器體積、重量大，效率低，功率密度小，導(dǎo)致列車的軸重和牽引能耗增加，從而限制了進(jìn)一步提高牽引變壓器容量的空間。

對(duì)于動(dòng)力分散式高速動(dòng)車組而言，其牽引變壓器均位于車體底部，其空間十分有限，若要在其有限的安裝空間內(nèi)進(jìn)一步提高牽引變壓器容量，需要改善牽引變壓器的功率密度。在此基礎(chǔ)上，電力電子牽引變壓器應(yīng)運(yùn)而生。電力電子牽引變壓器的基本思想是通過電力電子技術(shù)，將工頻交流電變換為中/高頻交流電，同時(shí)使用中/高頻變壓器替代傳統(tǒng)工頻變壓器，從而提高牽引變壓器的功率密度。

現(xiàn)有的電力電子牽引變壓器結(jié)構(gòu)主要分為兩類：第一類通過模塊化多電平AC/AC變換器直接將工頻交流電變換為中、高頻交流電，經(jīng)中/高頻變壓器隔離降壓后，通過AC/DC變換器整流后得到直流電，供給牽引逆變器控制牽引電機(jī)，但是該類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的各模塊功率密度一般較低，整個(gè)系統(tǒng)的體積和重量并沒有得到明顯改善，因此，沒有在牽引傳統(tǒng)系統(tǒng)領(lǐng)域得到應(yīng)用；第二類先通過級(jí)聯(lián)AC/DC變換器將工頻交流電變換為多單元直流電，再經(jīng)過多個(gè)單元中、高頻隔離型DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)電氣隔離和能量傳遞，在其并聯(lián)輸出側(cè)得到直流電，最終供給牽引逆變器控制牽引電機(jī)。該類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有功率密度高，控制簡(jiǎn)單，方便結(jié)構(gòu)模塊化和易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛關(guān)注和研究。然而，對(duì)于第二類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于其級(jí)聯(lián)單元數(shù)量有限，每個(gè)單元的功率和電壓等級(jí)依然很高。因此，對(duì)于隔離型DC/DC變換器，其開關(guān)器件的選型通常需要選擇6.5kV或3.3kV的高壓IGBT，極大限制了開關(guān)頻率的進(jìn)一步提升；與此同時(shí)，中/高頻變壓器受絕緣、功率等級(jí)和散熱等因素的制約，一方面設(shè)計(jì)較為困難，另一方面牽引變壓器的功率密度的提升也并不明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于針對(duì)電力電子牽引變壓器的第二類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)因開關(guān)器件、中/高頻變壓器和濾波電容等因素制約而無法有效實(shí)現(xiàn)牽引變壓器的功率密度的提升，提出了一種新型電力電子牽引變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并基于該結(jié)構(gòu)提出了相應(yīng)的控制方法。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種新型電力電子牽引變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括N個(gè)功率變換單元；所述功率變換單元包括H橋變換器和中/高頻隔離型DC/DC變換單元；所述N個(gè)H橋變換器組成N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器；所述中/高頻隔離型DC/DC變換單元包括K個(gè)DC/DC變換器；

所述N個(gè)功率變換單元的輸入端串聯(lián)連接，輸出端并聯(lián)連接；所述N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸入端串聯(lián)連接，輸出端互不相連；所述N個(gè)DC/DC變換單元的輸入端與N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸出端連接，輸出端并聯(lián)連接；所述K個(gè)DC/DC變換器的輸入端串聯(lián)連接，輸出端串聯(lián)連接。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸入端口P₁₁通過分離接觸器4、電感、網(wǎng)側(cè)斷路器2和受電弓1與接觸網(wǎng)6連接；輸入端口Q_1N與鋼軌7連接。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述分離接觸器4與充電接觸器3和預(yù)充電電阻的串聯(lián)支路并聯(lián)。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸入端口按P₁₁-Q₁₁-P₁₂-Q₁₂-…-P_1N-Q_1N的順序級(jí)聯(lián)；所述N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸入端口P_1j與Q_1j之間設(shè)有旁路接觸器5，其中j＝1,2,…,N。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸出端口P_o21、Q_o21，P_o22、Q_o22，…，P_o2N、Q_o2N分別與中/高頻隔離型DC/DC變換單元的輸入端口P_i21、Q_i21，P_i22、Q_i22，…，P_i2N、Q_i2N連接；中/高頻隔離型DC/DC變換單元的輸出端口P₃₁，P₃₂，…，P_3N與牽引逆變器的輸入側(cè)正極連接，輸出端口Q₃₁，Q₃₂，…，Q_3N與牽引逆變器的輸入側(cè)負(fù)極連接。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述每個(gè)中高/頻隔離型DC/DC變換單元輸入端連接有輸入支撐電容C_i，輸出端連接有輸出支撐電容C_o；所述輸入支撐電容C_i為H橋變換器的輸出濾波電容；所述K個(gè)DC/DC變換器的輸入端分別連接有輸入支撐電容C_i1～C_iK；所述K個(gè)DC/DC變換器的輸出端分別連接有輸出濾波電容C_o1～C_oK。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為全橋LLC諧振型DC/DC變換器或雙有源橋式DC/DC變換器。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述全橋LLC諧振型DC/DC變換器包括兩組全橋電路，原邊全橋電路與諧振電感L_r、諧振電容C_r和變壓器勵(lì)磁電感L_m串聯(lián)連接，并通過中/高頻變壓器與副邊全橋電路連接。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述雙有源橋式DC/DC變換器包括兩組全橋電路，原邊全橋電路與電感L_k串聯(lián)連接，并通過中/高頻變壓器與副邊全橋電路連接。

一種新型電力電子牽引變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功率平衡控制方法，包括：N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的功率平衡控制步驟以及N個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的功率平衡控制步驟，所述N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的功率平衡通過控制N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的直流輸出電壓平衡來實(shí)現(xiàn)；所述N個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的功率平衡通過控制N個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的輸出電流平衡以及每個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元中的K個(gè)DC/DC變換器的輸入電壓平衡來實(shí)現(xiàn)。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的直流輸出電壓平衡控制包括以下步驟：

步驟1：計(jì)算N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸出直流電壓v_dc1，v_dc2…v_dcN的總輸出電壓為將總輸出電壓與總參考電壓Nv_{dc_ref}進(jìn)行比較，將比較結(jié)果經(jīng)H橋變換器電壓控制器調(diào)節(jié)后得到參考電流幅值，同時(shí)將輸入電壓v_g通過鎖相環(huán)進(jìn)行處理，得到輸入電壓v_g的相位信息，將輸入電壓v_g的相位信息與參考電流幅值相乘，得到與輸入電壓v_g同相位的參考電流i_g,ref；

步驟2：將輸入電流i_g與參考電流i_g,ref進(jìn)行比較，將比較結(jié)果經(jīng)H橋變換器電流控制器調(diào)節(jié)后，與輸入電壓v_g進(jìn)行比較，比較后得到N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的總PWM電壓參考值V_{conv_ref}，總PWM電壓參考值V_{conv_ref}除以N得到平均PWM電壓參考值V_{conv_ref}/N；

步驟3：計(jì)算總輸出電壓的平均值，得到平均電壓并作為各個(gè)H橋變換器的參考指令，將各個(gè)H橋變換器的輸出直流電壓分別與平均電壓進(jìn)行比較，比較后的結(jié)果經(jīng)H橋變換器均壓控制器調(diào)節(jié)后與平均PWM電壓參考值V_{conv_ref}/N相乘，相乘得到的結(jié)果再與平均PWM電壓參考值V_{conv_ref}/N相加，最后分別除以各級(jí)H橋變換器的輸出直流電壓v_dc1，v_dc2…v_dcN，得到各個(gè)H橋變換器用于實(shí)現(xiàn)電壓平衡控制的調(diào)制波v_ctrx，其中x＝1,2,…,N。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述N個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的功率平衡控制包括以下步驟：

步驟1：將輸出電壓v_o和輸出參考電壓v_{o_ref}進(jìn)行比較，比較后的結(jié)果經(jīng)DC/DC變換單元電壓控制器調(diào)節(jié)后輸出基礎(chǔ)移相值

步驟2：計(jì)算N個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的輸出電流i_o1,i_o2,…,i_oN的總輸出電流為對(duì)總輸出電流求解平均值得到電流平均值將電流平均值作為平均參考電流，將平均參考電流分別與各個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的輸出電流i_o1,i_o2,…,i_oN進(jìn)行比較，比較后的結(jié)果經(jīng)DC/DC變換單元均流控制器調(diào)節(jié)后輸出各個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的均流補(bǔ)償移相值Δd_i1，Δd_i2，…，Δd_iN；

步驟3：將各個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的均流補(bǔ)償移相值Δd_i1，Δd_i2，…，Δd_iN分別和基礎(chǔ)移相值相加，得到各個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的均流移相值

步驟4：計(jì)算每個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元中的K個(gè)DC/DC變換器的輸入電壓v_in1(y)，v_in2(y)，…，v_inK(y)的總輸入電壓為并求解總輸入電壓的平均值，其平均值作為參考電壓，將參考電壓分別與各個(gè)DC/DC變換器的輸入電壓v_inx(y)進(jìn)行比較，將比較得到的結(jié)果經(jīng)DC/DC變換單元均壓控制器調(diào)節(jié)后輸出各個(gè)DC/DC變換器的輸入電壓補(bǔ)償移相值Δd_vx(y)；分別將各個(gè)DC/DC變換器的輸入電壓補(bǔ)償移相值Δd_vx(y)和步驟3中得到的均流移相值進(jìn)行疊加，得到各個(gè)DC/DC變換器的最終移相值使用該最終移相值可以保證N個(gè)中高/頻隔離型DC/DC變換單元的功率平衡；其中：y＝1,2,…,N，代表其屬于第y個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元；x＝1,2,…,K，代表每個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元中第x個(gè)DC/DC變換器。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟4中所述的DC/DC變換器為雙有源橋式DC/DC變換器。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟4中所述DC/DC變換器為全橋LLC諧振型DC/DC變換器，需將DC/DC變換器中的各個(gè)移相值替換為相應(yīng)的開關(guān)頻率值。

本發(fā)明的有益效果：

1、在本發(fā)明中，每個(gè)中高/頻隔離型DC/DC變換單元由若干個(gè)輸入端串聯(lián)、輸出端串聯(lián)的DC/DC變換器組成，大大減小了每個(gè)DC/DC變換器的輸入輸出電壓、電流應(yīng)力和傳輸功率，因而可以采用低電壓應(yīng)力的開關(guān)器件替代原高壓大功率的開關(guān)器件，從而可進(jìn)一步提升DC/DC變換器的開關(guān)頻率，進(jìn)而降低中/高頻變壓器的體積和重量、提高中高/頻隔離型DC/DC變換單元的功率密度；

2、本發(fā)明對(duì)中/高頻變壓器的電氣絕緣要求大大降低，變壓器可以不采用油絕緣的方式，從而省去油箱、油管路等；

3、本發(fā)明具有模塊化結(jié)構(gòu)，靈活性較高，可以分別根據(jù)不同指標(biāo)(器件發(fā)展情況、經(jīng)濟(jì)性和可靠性等)選擇各變換環(huán)節(jié)的單元數(shù)，易于進(jìn)行故障冗余設(shè)計(jì)，并且與未來寬禁帶器件的發(fā)展趨勢(shì)相適應(yīng)。

附圖說明

本發(fā)明有如下附圖：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種典型電力電子牽引變壓器第二類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的新型電力電子牽引變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的全橋LLC諧振型DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的雙有源橋式DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的新型電力電子牽引變壓器N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的直流電壓平衡控制框圖；

圖6是本發(fā)明的新型電力電子牽引變壓器N個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換器單元的功率平衡控制框圖。

圖中，1-受電弓，2-網(wǎng)側(cè)斷路器，3-充電接觸器，4-分離接觸器，5-旁路接觸器，6-接觸網(wǎng)，7-鋼軌，8-牽引電機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合1-6附圖，對(duì)一種新型電力電子牽引變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法做詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

一種新型電力電子牽引變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括N個(gè)功率變換單元；所述功率變換單元包括H橋變換器和中/高頻隔離型DC/DC變換單元；所述N個(gè)H橋變換器組成N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器；所述中/高頻隔離型DC/DC變換單元包括K個(gè)DC/DC變換器；

所述N個(gè)功率變換單元的輸入端串聯(lián)連接，輸出端并聯(lián)連接；所述N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸入端串聯(lián)連接，輸出端互不相連；所述N個(gè)DC/DC變換單元的輸入端與N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸出端連接，輸出端并聯(lián)連接；所述K個(gè)DC/DC變換器的輸入端串聯(lián)連接，輸出端串聯(lián)連接。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸入端口P₁₁通過分離接觸器4、電感、網(wǎng)側(cè)斷路器2和受電弓1與接觸網(wǎng)6連接；輸入端口Q_1N與鋼軌7連接。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述分離接觸器4與充電接觸器3和預(yù)充電電阻的串聯(lián)支路并聯(lián)。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸入端口按P₁₁-Q₁₁-P₁₂-Q₁₂-…-P_1N-Q_1N的順序級(jí)聯(lián)；所述N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸入端口P_1j與Q_1j之間設(shè)有旁路接觸器5，其中j＝1,2,…,N。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸出端口P_o21、Q_o21，P_o22、Q_o22，…，P_o2N、Q_o2N分別與中/高頻隔離型DC/DC變換單元的輸入端口P_i21、Q_i21，P_i22、Q_i22，…，P_i2N、Q_i2N連接；中/高頻隔離型DC/DC變換單元的輸出端口P₃₁，P₃₂，…，P_3N與牽引逆變器的輸入側(cè)正極連接，輸出端口Q₃₁，Q₃₂，…，Q_3N與牽引逆變器的輸入側(cè)負(fù)極連接。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述每個(gè)中高/頻隔離型DC/DC變換單元輸入端連接有輸入支撐電容C_i，輸出端連接有輸出支撐電容C_o；所述輸入支撐電容C_i為H橋變換器的輸出濾波電容；所述K個(gè)DC/DC變換器的輸入端分別連接有輸入支撐電容C_i1～C_iK；所述K個(gè)DC/DC變換器的輸出端分別連接有輸出濾波電容C_o1～C_oK。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為全橋LLC諧振型DC/DC變換器或雙有源橋式DC/DC變換器。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述全橋LLC諧振型DC/DC變換器包括兩組全橋電路，原邊全橋電路與諧振電感L_r、諧振電容C_r和變壓器勵(lì)磁電感L_m串聯(lián)連接，并通過中/高頻變壓器與副邊全橋電路連接。

在上述方案的基礎(chǔ)上，所述雙有源橋式DC/DC變換器包括兩組全橋電路，原邊全橋電路與電感L_k串聯(lián)連接，并通過中/高頻變壓器與副邊全橋電路連接。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種典型電力電子牽引變壓器第二類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，該電力電子牽引變壓器由N個(gè)輸入端串聯(lián)、輸出端并聯(lián)的功率變換單元組成，每個(gè)功率變換單元由一個(gè)H橋變換器和一個(gè)DC/DC變換單元組成。在目前廣泛采用的電路方案中，一個(gè)DC/DC變換單元只包括一個(gè)DC/DC變換器。由于H橋變換器的輸出直流電壓和DC/DC變換單元的輸出直流電壓均較高，因此，對(duì)于該DC/DC變換單元，開關(guān)器件通常采用3.3kV或6.5kV的IGBT，其開關(guān)特性較差，大大制約了開關(guān)頻率的進(jìn)一步提升，并且較高的直流電壓需要濾波電容具有較高的電壓應(yīng)力，從而使其體積和重量大大提升；此外，較高的直流電壓對(duì)中/高頻變壓器的絕緣要求很高，制約了變壓器功率密度的進(jìn)一步提升。

圖2是本發(fā)明的新型電力電子牽引變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖2中，新型電力電子牽引變壓器由N個(gè)功率變換單元輸入端串聯(lián)連接、輸出端并聯(lián)連接組成，其輸入側(cè)為N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器，它的輸入端口P₁₁經(jīng)分離接觸器4、電感、網(wǎng)側(cè)斷路器2和受電弓1與接觸網(wǎng)6相連，輸入端口Q_1N則與鋼軌7相連，分離接觸器4與充電接觸器3和預(yù)充電電阻的串聯(lián)支路并聯(lián)。N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器輸入端口按P₁₁-Q₁₁-P₁₂-Q₁₂-…-P_1N-Q_1N的順序級(jí)聯(lián)，輸出端口P_o21、Q_o21，P_o22、Q_o22，…，P_o2N、Q_o2N則分別與中高/頻隔離型DC/DC變換單元的輸入端口P_i21、Q_i21，P_i22、Q_i22，…，P_i2N、Q_i2N相連；中高/頻隔離型DC/DC變換單元的輸出端口P₃₁，P₃₂…P_3N與牽引逆變器的輸入側(cè)正極相連，輸出端口Q₃₁，Q₃₂…Q_3N則與牽引逆變器的輸入側(cè)負(fù)極相連。由于每個(gè)功率變換單元的結(jié)構(gòu)完全一致，因此，只選取其中一個(gè)功率變換單元進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的介紹。對(duì)于每個(gè)功率變換單元，主要由兩級(jí)變換器連接而成，前級(jí)為H橋變換器，其主要作用為將網(wǎng)側(cè)交流電變換為直流電；后級(jí)為由K個(gè)DC/DC變換器輸入端串聯(lián)連接、輸出端串聯(lián)連接組成的中/高頻隔離型DC/DC變換單元，其主要作用為直流電壓變換和電氣隔離，最終在并聯(lián)輸出側(cè)得到直流電，供給牽引逆變器控制牽引電機(jī)8。圖2中，C_i1～C_iK分別為K個(gè)DC/DC變換器的輸入支撐電容，C_i為H橋變換器的輸出濾波電容。C_o1～C_oK分別為K個(gè)DC/DC變換器的輸出濾波電容，C_o為每個(gè)中高/頻隔離型DC/DC變換單元的輸出濾波電容。

與目前采用的電路方案相比，采用新型電力電子牽引變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后，每個(gè)DC/DC變換器的輸入電壓下降為原來的1/K，輸出電壓也下降至原來的1/K。因此，每個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元中各個(gè)DC/DC變換器參數(shù)的選取可以進(jìn)行如下改變和優(yōu)化：

1、各個(gè)DC/DC變換器中的開關(guān)器件的電壓應(yīng)力下降至原來的1/K，可以選取低電壓應(yīng)力的開關(guān)器件來替代原來的高壓開關(guān)器件，以改善開關(guān)特性、提高開關(guān)頻率；

2、各個(gè)DC/DC變換器的傳輸功率下降為原來的1/K，變壓器的功率等級(jí)和絕緣等級(jí)得到大幅減小，變壓器可以不采用油絕緣的方式，從而省去油箱、油管路等部件。

3、各個(gè)DC/DC變換器的輸入電容和輸出電容的電壓應(yīng)力下降為原來的1/K，因此，可以選取低壓電容代替高壓電容。

根據(jù)圖2中給出的新型電力電子牽引變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，中/高頻變壓器位于中/高頻隔離型DC/DC變換單元中，為了減小中/高頻變壓器的體積和重量，需要盡可能提高DC/DC變換器的開關(guān)頻率，因此，具有軟開關(guān)能力的DC/DC變換器是最佳的選擇。此外，考慮到牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的再生制動(dòng)工況，該DC/DC變換器應(yīng)具有能量雙向流動(dòng)的能力?；诖?，本發(fā)明給出了兩種推薦的DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別如圖3和圖4所示。圖3是全橋LLC諧振型DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)示意圖，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由兩組全橋電路構(gòu)成，原邊全橋電路與諧振電感L_r(該諧振電感L_r可以獨(dú)立進(jìn)行繞制，也可使用變壓器漏感進(jìn)行代替)、諧振電容C_r和變壓器勵(lì)磁電感L_m串聯(lián)連接，并通過中/高頻變壓器與副邊全橋電路連接。根據(jù)變換器的實(shí)際工作情況，可以采用半橋結(jié)構(gòu)替代全橋結(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所使用的控制方式為變頻控制。圖4是雙有源橋式DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)示意圖，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同樣由兩組全橋電路構(gòu)成，原邊全橋電路與電感L_k串聯(lián)連接，并通過中/高頻變壓器與副邊全橋電路連接，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所使用的控制方式為移相控制。

本發(fā)明所提出的新型電力電子牽引變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于涉及多個(gè)功率變換單元的級(jí)聯(lián)，因此，需要相應(yīng)的功率平衡控制方法來保證變換器的輸出特性滿足設(shè)計(jì)要求，并且確保各個(gè)功率變換單元間的輸入、輸出功率一致。

對(duì)于N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器，其功率平衡可以通過控制N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的直流輸出電壓平衡來實(shí)現(xiàn)。圖5為N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的直流電壓平衡控制框圖。其中，v_dc1，v_dc2，…，v_dcN為各級(jí)H橋變換器的輸出直流電壓，Nv_{dc_ref}為總的直流參考電壓。其控制步驟包括以下步驟：

步驟1：計(jì)算N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的輸出直流電壓v_dc1，v_dc2…v_dcN的總輸出電壓為將總輸出電壓與總參考電壓Nv_{dc_ref}進(jìn)行比較，將比較結(jié)果經(jīng)H橋變換器電壓控制器調(diào)節(jié)后得到參考電流幅值，同時(shí)將輸入電壓v_g通過鎖相環(huán)進(jìn)行處理，得到輸入電壓v_g的相位信息，將輸入電壓v_g的相位信息與參考電流幅值相乘，得到與輸入電壓v_g同相位的參考電流i_g,ref；

步驟2：將輸入電流i_g與參考電流i_g,ref進(jìn)行比較，將比較結(jié)果經(jīng)H橋變換器電流控制器調(diào)節(jié)后，與輸入電壓v_g進(jìn)行比較，比較后得到N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器的總PWM電壓參考值V_{conv_ref}，總PWM電壓參考值V_{conv_ref}除以N得到平均PWM電壓參考值V_{conv_ref}/N；

步驟3：計(jì)算總輸出電壓的平均值，得到平均電壓并作為各個(gè)H橋變換器的參考指令，將各個(gè)H橋變換器的輸出直流電壓分別與平均電壓進(jìn)行比較，比較后的結(jié)果經(jīng)H橋變換器均壓控制器調(diào)節(jié)后與平均PWM電壓參考值V_{conv_ref}/N相乘，相乘得到的結(jié)果再與平均PWM電壓參考值V_{conv_ref}/N相加，最后分別除以各級(jí)H橋變換器的輸出直流電壓v_dc1，v_dc2…v_dcN，得到各個(gè)H橋變換器用于實(shí)現(xiàn)電壓平衡控制的調(diào)制波v_ctrx，其中x＝1,2,…,N。

對(duì)于與N級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變換器相連的N個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元，可以通過控制輸出電流平衡來實(shí)現(xiàn)N個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的功率平衡，然后通過控制每個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元中K個(gè)DC/DC變換器的輸入電壓平衡來實(shí)現(xiàn)每個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元內(nèi)部的功率平衡，進(jìn)而保證整個(gè)系統(tǒng)的功率平衡。每個(gè)DC/DC變換器采用了兩組電壓閉環(huán)：輸出電壓閉環(huán)和輸入電壓閉環(huán)。輸出電壓閉環(huán)旨在使輸出電壓維持在額定工作點(diǎn)，輸入電壓閉環(huán)旨在保證各個(gè)DC/DC變換器的輸入電壓平衡，兩組電壓環(huán)共同滿足輸出電壓調(diào)節(jié)和功率平衡的要求。圖6為以雙有源橋式DC/DC變換器為例的N個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的功率平衡控制框圖。其控制步驟包括以下步驟：

步驟1：將輸出電壓v_o和輸出參考電壓v_{o_ref}進(jìn)行比較，比較后的結(jié)果經(jīng)DC/DC變換單元電壓控制器調(diào)節(jié)后輸出基礎(chǔ)移相值

步驟2：計(jì)算N個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的輸出電流i_o1,i_o2,…,i_oN的總輸出電流為對(duì)總輸出電流求解平均值得到電流平均值將電流平均值作為平均參考電流，將平均參考電流分別與各個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的輸出電流i_o1,i_o2,…,i_oN進(jìn)行比較，比較后的結(jié)果經(jīng)DC/DC變換單元均流控制器調(diào)節(jié)后輸出各個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的均流補(bǔ)償移相值Δd_i1，Δd_i2，…，Δd_iN；

步驟3：將各個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的均流補(bǔ)償移相值Δd_i1，Δd_i2，…，Δd_iN分別和基礎(chǔ)移相值相加，得到各個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元的均流移相值

步驟4：計(jì)算每個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元中的K個(gè)DC/DC變換器的輸入電壓v_in1(y)，v_in2(y)，…，v_inK(y)的總輸入電壓為并求解總輸入電壓的平均值，其平均值作為參考電壓，將參考電壓分別與各個(gè)DC/DC變換器的輸入電壓v_inx(y)進(jìn)行比較，將比較得到的結(jié)果經(jīng)DC/DC變換單元均壓控制器調(diào)節(jié)后輸出各個(gè)DC/DC變換器的輸入電壓補(bǔ)償移相值Δd_vx(y)；分別將各個(gè)DC/DC變換器的輸入電壓補(bǔ)償移相值Δd_vx(y)和步驟3中得到的均流移相值進(jìn)行疊加，得到各個(gè)DC/DC變換器的最終移相值使用該最終移相值可以保證N個(gè)中高/頻隔離型DC/DC變換單元的功率平衡；其中：y＝1,2,…,N，代表其屬于第y個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元；x＝1,2,…,K，代表每個(gè)中/高頻隔離型DC/DC變換單元中第x個(gè)DC/DC變換器。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。

本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。