一种适应不平衡和非线性负载的电力电子变压器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种适应不平衡和非线性负载的电力电子变压器，一种适应不平衡和非线性负载的电力电子变压器，所述的电力电子变压器拓扑结构包括输入级、中间隔离级和输出级，输出级为三相四桥臂结构的逆变器，前三相桥臂采用基于PIR控制器的输出电压外环和基于PI控制器的电感电流内环的双闭环控制策略，第四桥臂采用基于PR的中线电流独立控制器。本实用新型专利技术控制外环采用比例积分谐振电压控制器，能有效解决dq旋转坐标系下PI控制器针对交流量增益有限的问题，减小稳态误差；控制内环采用比例积分控制器，有效地提高了系统的动态性能；第四桥臂独立采用改进比例谐振控制器，能对基频不平衡电流进行有效控制。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电力设备
，尤其涉及电力电子变压器。
技术介绍
电力电子变压器（PowerElectronicTransformer,PET)又被称为固态变压器，是 实现电压变换、电气隔离、无功补偿和可再生能源并网接入等多种功能的智能化电力电子 设备，同时兼有交直流混合接口和继电保护的功能，应用前景十分广阔。低压配电网系统一 般为三相四线制结构，其负载多为不平衡非线性混合负载，这些负载除了会产生基波正序 电流外，还会向系统中注入负序、零序和谐波电流。而电力电子变压器可以通过合适控制对 配网电压形成支撑作用，抑制负序、零序和谐波电流对配电网的影响，同时还可以省去传统 配网中的谐波无功补偿装置。针对不平衡非线性负载的控制，现有的主流方法是在dq正序 旋转坐标系下转化为直流量进行控制。经过正序坐标变换后，正序谐波分量体现为降次的 交流量，负序基波分量体现为升次的交流量。而传统的比例积分控制器对交流量增益有限， 并不能很好的实现无稳态误差控制，甚至会降低配电网电力电子变压器的输出电压性能。 因此，采用合适的控制策略对于配电网电力电子变压器来说是非常重要的，同时对于所采 用控制器的参数进行合理的设计也成为急需解决的问题。 现有的技术方案一：针对不平衡非线性混合负载产生的负序和谐波分量，通过在 基波电压电流环的基础上，叠加不平衡负载的负序控制环和非线性负载的谐波补偿控制 环。负载输出三相电压在不同角频率的dq旋转坐标系下经过低通滤波器后，可以将基波正 序、负序和谐波分量全部转换成直流量，可以实现PI控制器的无静差控制。另外该控制器 参数采用先计算内环PI参数后外环PI参数的方法。但该方案具有以下缺点：（1)使用较 多的旋转坐标变换和低通滤波器会增加控制的复杂程度和产生延时，影响控制精度。（2)控 制器内环和外环相互关联，单独设计内环或者外环参数不能保证系统的性能。现有的技术 方案二：针对不平衡负载产生的正序、负序和零序分量，将其转化到a(60坐标系下仍为交 流量。可以利用比例谐振控制器对交流分量增益大的特点，分别在a轴、0轴和〇轴上采 用比例谐振控制器，实现交流量的无差控制，但该技术方案具有以下缺点：（1)谐波分量在 a00坐标系下仍为同频次交流量，未考虑非线性负载的影响。（2)a(60轴只采用比例谐 振电压环控制器，缺少电流闭环影响系统的动态响应。
技术实现思路
本技术的目的在于克服了上述现有存在问题，提供一种电力电子变压器输出 级高电能质量控制策略及其参数设计方法，实现了对配电网不平衡和非线性负载的良好控 制性能。 本技术提供的技术方案如下： -种适应不平衡和非线性负载的电力电子变压器，所述的电力电子变压器拓扑结 构包括输入级、中间隔离级和输出级，输出级为三相四桥臂结构的逆变器，所述逆变器包括 四桥臂逆变电路和LC滤波电路，所述的四桥臂逆变电路由直流电解电容和八个带反并联 二极管的IGBT构成，所述的LC滤波电路由三相LC滤波器和第四桥臂中线电感构成，负载 中性点通过中线电感与第四桥臂中点相连；其特征在于：前三相桥臂的控制电路设有电压 外环PIR控制器和电流内环的PI控制器，第四桥臂的控制电路设有中线电流的PR控制器。 所述输出级的控制电路包括： 第一采样电路，用于获取低压直流侧母线电压ud。;并将低压直流侧母线电压udc发 送给DSP核心处理器；第二采样电路，用于获取逆变器三相输出电压m，并将三相输出电压Ucia、 Ucib,u。。发送给DSP核心处理器； 第三采样电路，用于获取逆变器三相电感电流iu、i&L、三相负载电流iM、U、i。。 和中线电流in，并将三相电感电流三相负载电流丨。3、4、丨。。和中线电流1发送给 DSP核心处理器；DSP核心处理器，用于对所采集的输入信号进行控制算法计算，通过事件管理器中 比较单元输出PWM驱动脉冲给IGBT驱动单元，同时对电气采样值进行程序保护；IGBT驱动电路，用于接收DSP核心处理器发出的PffM脉冲并进行信号放大来驱动 IGBT； 硬件保护电路，用于对相关电压电流值进行硬件电路保护，同时结合软件保护和 IGBT保护进行故障信号汇总，通过触发光耦从而控制主电路二次保护。 所述输入级每相采用级联H桥拓扑，每相级联H桥由n个单相PffM整流模块组成， 中性点采用星形连接方式。 所述中间隔离级为双主动桥结构。 相对于现有技术，本技术技术方案带来的有益效果： (1)控制外环采用比例积分谐振电压控制器，能有效解决dq旋转坐标系下PI控制 器针对交流量增益有限的问题，减小稳态误差；控制内环采用比例积分控制器，有效地提高 了系统的动态性能； (2)第四桥臂独立采用改进比例谐振控制器，能对基频不平衡电流进行有效控 制；【附图说明】 图1是本技术的优选实施例的逆变器的结构图； 图2是本技术的优选实施例的逆变器的控制流程图； 图3是本技术的优选实施例的逆变器的控制策略； 图4是本技术的优选实施例的逆变器控制系统的d轴控制框图；图5是本专利技术的优选实施例的对数频率特性曲线； 图6是本专利技术的优选实施例的时域阶跃响应曲线；图7是本专利技术的优选实施例的KRh增大时的极点分布趋势； 图8是本专利技术的优选实施例的系统Bode图。【具体实施方式】 下面结合实施例对本技术做进一步说明： 本技术所采取的技术方案如下：本技术采用的配电网三相电力电子变压 器主电路结构包括输入级、中间隔离级和输出级三个部分，所述输入级为每相采用级联H 桥多电平结构，连接方式为星形连接；所述中间隔离级采用双主动桥结构，实现能量的双向 流动；所述输出级采用三相四桥臂逆变器拓扑结构，可以灵活控制不平衡电流。前三相桥臂 采用基于输出电压外环和电感电流内环的双闭环控制方法，第四桥臂采用基于中线电感电 流的独立控制方法。 本技术以不平衡负载和常用的开关电源、变频器等三相整流型非线性负载为 例，主要考虑其中主要的5次负序、7次正序谐波分量，对于含有其它次谐波的非线性负载 也可以作类似处理。将输出电压中的基波正序、负序和5、7次谐波分量通过基波正序dq变 换得到的分别是直流分量、2倍基频和6倍基频分量。本技术前三相桥臂采用基于比例 积分谐振的输出电压外环和基于比例积分的电感电流内环控制，第四桥臂采用基于比例谐 振的中线电流独立控制方法。同时利用频域理论中频率特性曲线和根轨迹等相关方法对控 制器参数进行分频段整定，满足稳定性的同时兼顾系统的稳态误差和鲁棒性要求。 输出级的控制电路包括第一采样电路，用于获取低压直流侧母线电压ud。；第二 采样电路，用于获取逆变器三相输出电压IWIU、I，即电容电压；第三采样电路，用于获取 逆变器三相电感电流L、三相负载电流iM、i。。和中线电流in;DSP核心处理器，用 于对所采集的输入信号进行控制算法计算，输出相应的PWM驱动脉冲，并对电气采样值进 行程序保护；IGBT驱动电路，用于对控制电路的信号进行放大来驱动IGBT;硬件保护电路， 用于对相关电压电流值进行硬件电路保护，同时结合软件保护故障信号和IGBT故障信号 进行主电路保护。 其具体实施过程为： (1)在每个采样周期的起始点，DSP(数字信号处理器）控制器通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适应不平衡和非线性负载的电力电子变压器，所述的电力电子变压器拓扑结构包括输入级、中间隔离级和输出级，输出级为三相四桥臂结构的逆变器，所述逆变器包括四桥臂逆变电路和LC滤波电路，所述的四桥臂逆变电路由直流电解电容和八个带反并联二极管的IGBT构成，所述的LC滤波电路由三相LC滤波器和第四桥臂中线电感构成，负载中性点通过中线电感与第四桥臂中点相连；其特征在于：前三相桥臂的控制电路设有电压外环PIR控制器和电流内环的PI控制器，第四桥臂的控制电路设有中线电流的PR控制器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周柯，帅智康，王凯，葛俊，杨理才，兰征，楚红波，郭敏，王晓明，陈铭，周卫，孙志媛，刘光时，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，湖南大学，
类型：新型
国别省市：广西;45