一种基于浪涌抑制与电网兼容的大功率电源协同控制方法与流程

本发明属于大功率电源，特别涉及一种基于浪涌抑制与电网兼容的大功率电源协同控制方法。

背景技术：

1、大功率开关电源通常在交流输入端设置pfc单元（功率因数校正单元），并在其直流侧设置容量较大的直流母线电容，以稳定母线电压并向后级直流变换模块供电。设备上电时，直流母线电容的初始电压可能接近零，也可能因短时掉电后重新上电而保留一定残余电压；若直接闭合主输入接触器，交流电源会经输入线路、整流器件和接触器向母线电容快速充电，从而形成幅值较大的浪涌电流。现有方案一般采用固定限流电阻配合预充接触器，经过固定延时后闭合机械主接触器；也有方案采用晶闸管、双向可控硅或功率半导体器件代替机械触点完成过渡。设备进入运行状态后，功率因数校正模块按照预设电流环和功率爬升曲线从电网取电，后级直流变换模块按照负载请求加载。

2、但是，大功率电源的直流母线等效电容会随器件偏差、老化、温度和并机数量发生变化，供电电网的等效阻抗也会随配电线路长度、变压器容量以及同节点负载变化而变化。采用固定预充电阻和固定时间，难以同时适应不同母线电容：预充不足时，在预充支路切换到主输入通路的瞬间仍会产生二次浪涌；预充时间过长时，又会延长启动时间并增加限流电阻的热负担。另外，若机械主接触器在两端压差较大时直接闭合，容易产生触点冲击和电弧。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种基于浪涌抑制与电网兼容的大功率电源协同控制方法。

2、本发明提供了一种基于浪涌抑制与电网兼容的大功率电源协同控制方法，在交流输入端与直流母线之间设置相互并联的预充支路和主供电路径，所述主供电路径包括依次设置的主输入通路和功率因数校正模块，所述主输入通路包括机械主接触器和与所述机械主接触器并联的固态过渡开关，在所述直流母线的输出侧设置后级直流变换模块；所述方法包括：

3、依次控制所述预充支路以第一已知预充阻抗和第二已知预充阻抗向所述直流母线预充，获取分别对应于两种已知预充阻抗的采样数据，并根据两组所述采样数据确定直流母线等效电容和电网等效阻抗；

4、根据所述直流母线等效电容和所述电网等效阻抗确定后续预充所采用的目标预充阻抗；获取所述固态过渡开关两端的电压差，并根据所述电压差和主输入通路等效阻抗确定二次浪涌预测值；当所述二次浪涌预测值大于预设浪涌限值时，继续预充并更新所述二次浪涌预测值；当所述二次浪涌预测值不大于所述预设浪涌限值时，导通所述固态过渡开关；

5、在所述固态过渡开关导通后，监测所述机械主接触器两端的电压差；当所述机械主接触器两端的电压差满足预设闭合条件时，闭合所述机械主接触器，断开所述预充支路，并在输入电流过零窗口关断所述固态过渡开关，以建立所述主输入通路；

6、根据所述电网等效阻抗限制所述功率因数校正模块的输入电流或输入功率变化率，根据所述直流母线等效电容和当前直流母线电压确定直流母线储能值，并根据所述直流母线储能值和所述功率因数校正模块的允许输入功率限制所述后级直流变换模块的加载功率。

7、进一步的方案为，在执行预充操作前，采集交流输入电压和直流母线初始电压，根据所述交流输入电压确定输入电压有效值、输入频率和输入过零时刻，并根据所述直流母线初始电压相对于预充目标电压的比例选择完整预充过程或缩短预充过程。

8、进一步的方案为，所述预充支路包括预充接触器、预充整流桥、串联设置的第一限流电阻和第二限流电阻，以及与所述第二限流电阻并联的阻抗切换开关；

9、所述第一已知预充阻抗由所述预充接触器闭合且所述阻抗切换开关断开时串联接入的所述第一限流电阻和所述第二限流电阻形成，所述第二已知预充阻抗由所述阻抗切换开关闭合以旁路所述第二限流电阻后保留的所述第一限流电阻形成；

10、控制所述预充支路以所述第一已知预充阻抗进行预充；当直流母线电压达到预设切换电压或者预充电流下降至预设切换电流时，闭合所述阻抗切换开关，以切换至所述第二已知预充阻抗；在所述直流母线电压和所述预充电流均不满足对应切换条件时，维持所述第一已知预充阻抗继续预充。

11、进一步的方案为，两组所述采样数据分别在第一采样窗口和第二采样窗口内获取，且均包括预充电流、整流等效电压和直流母线电压；所述第一采样窗口位于采用所述第一已知预充阻抗进行预充的稳定阶段，所述第二采样窗口位于切换至所述第二已知预充阻抗后的稳定阶段。

12、进一步的方案为，根据所述第一采样窗口内预充电流的累积量与直流母线电压变化量之间的关系确定第一直流母线等效电容估计值，根据所述第二采样窗口内预充电流的累积量与直流母线电压变化量之间的关系确定第二直流母线等效电容估计值，并对所述第一直流母线等效电容估计值和所述第二直流母线等效电容估计值进行融合，得到所述直流母线等效电容；

13、根据各采样窗口内整流等效电压、直流母线电压和预充电流之间的关系，分别确定对应的预充回路总等效阻抗；从各预充回路总等效阻抗中扣除对应的已知预充阻抗，得到第一电网等效阻抗估计值和第二电网等效阻抗估计值，并对所述第一电网等效阻抗估计值和所述第二电网等效阻抗估计值进行融合，得到所述电网等效阻抗。

14、进一步的方案为，根据整流等效电压与当前直流母线电压之间的差值、所述电网等效阻抗和预设预充电流确定所需预充阻抗；当所述所需预充阻抗不大于所述第二已知预充阻抗时，将所述第二已知预充阻抗确定为所述目标预充阻抗；当所述所需预充阻抗大于所述第二已知预充阻抗时，将所述第一已知预充阻抗确定为所述目标预充阻抗。

15、进一步的方案为，所述二次浪涌预测值为所述固态过渡开关两端的电压差与所述主输入通路等效阻抗之比，所述主输入通路等效阻抗包括所述电网等效阻抗、所述固态过渡开关的导通阻抗和主输入路径阻抗；

16、所述固态过渡开关的导通条件还包括：当前直流母线电压达到整流峰值的预设比例，并且当前预充电流低于预设过渡电流。

17、进一步的方案为，所述固态过渡开关包括分别与所述机械主接触器的各相触点并联的双向功率开关；根据各相输入过零时刻导通对应的双向功率开关，并控制所述功率因数校正模块以预设过渡电流运行；当各相双向功率开关两端的电压均低于预设压差且各相输入电流均低于预设闭合电流时，闭合所述机械主接触器；再根据所述机械主接触器的辅助触点确认所述机械主接触器闭合后，断开所述预充支路中的预充接触器，并在各相输入电流过零窗口关断对应的双向功率开关。

18、进一步的方案为，根据所述电网等效阻抗确定所述功率因数校正模块的输入电流上限或输入功率变化率，所述输入电流上限或所述输入功率变化率随所述电网等效阻抗的增大而降低。

19、进一步的方案为，根据所述直流母线等效电容、当前直流母线电压和所述后级直流变换模块的欠压阈值确定所述直流母线储能值，并根据所述直流母线储能值和预设释放时长确定母线支持功率；

20、根据所述功率因数校正模块的允许输入功率和所述母线支持功率确定后级允许加载功率；当负载请求功率不大于所述后级允许加载功率时，按照所述负载请求功率控制所述后级直流变换模块；当所述负载请求功率大于所述后级允许加载功率时，将所述后级直流变换模块的加载功率限制为所述后级允许加载功率。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

22、本发明通过使预充支路依次呈现两种已知预充阻抗，并分别取得预充电流、整流等效电压和直流母线电压的采样数据，能够利用已知阻抗变化对直流母线等效电容和电网等效阻抗进行在线辨识；由辨识结果选择后续预充阻抗，使预充过程能够适应母线电容偏差、残余电压以及电网强弱变化，减少固定延时造成的预充不足或无效等待。

23、本发明在主输入通路中将固态过渡开关与机械主接触器并联，先依据开关两端压差和主输入通路等效阻抗预测二次浪涌，在预测值满足限制后导通固态过渡开关，再在机械主接触器两端压差满足闭合条件时闭合机械触点，并于输入电流过零窗口关断固态器件，可降低机械触点闭合时的电压冲击和电弧，同时由机械触点承担稳态大电流，避免固态器件长期导通造成的持续损耗。

24、本发明根据在线确定的电网等效阻抗限制功率因数校正模块的输入电流上限或输入功率变化率，并使该限制随电网等效阻抗适应性调整，使设备在弱电网下以较缓的速度增加取电功率，从而降低启动及负载跃变期间的线路压降和电网电压扰动，提高大功率电源对不同配电条件的兼容性。

25、本发明根据直流母线等效电容、直流母线电压和后级直流变换模块的欠压阈值确定直流母线储能值，再结合功率因数校正模块的允许输入功率确定后级允许加载功率；当负载请求超过允许值时主动限制后级加载，使输入侧可取得的功率、母线可短时释放的储能和后级用电需求保持协调，从而减少母线欠压、控制振荡和循环重启。