一种固态变压器、控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种固态变压器、控制方法及装置。其中，所述固态变压器包括：两个三相‑单相矩阵变换器和一个高频变压器，两个三相‑单相矩阵变换器通过高频变压器耦合连接，且关于高频变压器对称布置；每个三相‑单相矩阵变换器包括三相六桥臂，每相的上下两桥臂并联，每个桥臂由两个电流方向相反的绝缘栅双极型晶体管器件串联构成；源网侧电网和负载侧电网分别通过滤波电感与一个三相‑单相矩阵变换器的每相连接，与源网侧电网相连的三相‑单相矩阵变换器的每相并联有滤波电容。所述控制方法及装置用于控制固态变压器。本发明专利技术提供的固态变压器、控制方法及装置，实现对电网间的功率交换控制和功率流向控制。

【技术实现步骤摘要】
一种固态变压器、控制方法及装置
本专利技术涉及输变电
，具体涉及一种固态变压器、控制方法及装置。
技术介绍
近年来由于电力电子器件的飞速发展使得电力电子技术在电力系统中的应用成为可能，近年来所提出固态变压器(SolidStateTransformer，以下简称SST)相对于传统无源变压器来说是一种新兴技术。传统无源变压器由于无源电磁原件的存在而缺乏可控性，因此需要一些电力电子器件，如柔性交流输电系统来解决电压骤降骤升、无功补偿、频率波动等电能质量问题。现有技术采用传统无源变压器进行两个电网间的能量交换，其不能直接对变压器进行控制，需通过对变压器一次、二次侧的功率转换器分别进行电压与频率的控制，实现相应的功能，并且功率是单向流动的，即电能是从一次侧传输到二次侧或者由二次侧传输到一次侧。因此，如何提出一种固态变压器及其控制方法，能够实现对两个不同等级电网的功率控制和功率双向流动成为业界亟待解决的重要课题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种固态变压器、控制方法及装置。一方面，本专利技术提出一种固态变压器，包括：两个三相-单相矩阵变换器和一个高频变压器，所述两个三相-单相矩阵变换器通过所述高频变压器耦合连接，且关于所述高频变压器对称设置；每个三相-单相矩阵变换器包括三相六桥臂，每相的上下两桥臂并联，每个桥臂由两个电流方向相反的绝缘栅双极型晶体管器件串联构成；源网侧电网和负载侧电网分别通过滤波电感与一个所述三相-单相矩阵变换器的每相连接，与所述源网侧电网相连的所述三相-单相矩阵变换器的每相并联有滤波电容。另一方面，本专利技术提供一种用于控制上述实施例固态变压器的方法，所述方法包括：获取负载侧电网的电流和电压；根据所述电压通过锁相环获得参考相位角；根据所述电流和所述参考相位角，通过ABC-dq坐标变换获得所述电流在dq坐标下的电流直轴分量和电流交轴分量；根据所述电压和所述参考相位角，通过ABC-dq坐标变换获得所述电压在dq坐标下的电压直轴分量，并根据所述电压直轴分量和预设功率，获得电流直轴参考值，并将电流交轴参考值设为0；其中，若所述预设功率为正值，则功率正向流动，否则功率反向流动；根据所述电流直轴参考值减去所述电流直轴分量的差值，以及所述电流交轴参考值减去所述电流交轴分量的差值，分别通过PI调节器获得电流直轴输出值和电流交轴输出值；将所述电流直轴输出值和电流交轴输出值进行dq-ABC坐标变换，获得三相正弦调制波，并将所述三相正弦调制波进行空间矢量脉冲调制，获得开关管驱动信号以控制绝缘栅双极型晶体管器件动作。再一方面，本专利技术提供一种固态变压器的控制装置，其特征在于，包括：获取单元，用于获取负载侧电网的电流和电压；第一计算单元，用于根据所述电压通过锁相环获得参考相位角；第一坐标变换单元，用于根据所述电流和所述参考相位角，通过ABC-dq坐标变换获得所述电流在dq坐标下的电流直轴分量和电流交轴分量；第二坐标变换单元，用于根据所述电压和所述参考相位角，通过ABC-dq坐标变换获得所述电压在dq坐标下的电压直轴分量，并根据所述电压直轴分量和参考功率，获得电流直轴参考值，并将电流交轴参考值设为0；其中，若所述预设功率为正值，则功率正向流动，否则功率反向流动；第二计算单元，用于根据所述电流直轴参考值减去所述电流直轴分量的差值，以及所述电流交轴参考值减去所述电流交轴分量的差值，分别通过PI调节器获得电流直轴输出值和电流交轴输出值；调制单元，用于将所述电流直轴输出值和电流交轴输出值进行dq-ABC坐标变换，获得三相正弦调制波，并将所述三相正弦调制波进行空间矢量脉冲调制，获得开关管驱动信号以控制绝缘栅双极型晶体管器件动作。本专利技术提供的固态变压器、控制方法及装置，通过固态变压器连接不同的电网，对固态变压器采用输出电流闭环控制，可以实现对电网间的功率交换控制和功率流向控制，能够提高电能的质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例固态变压器的结构示意图；图2为本专利技术实施例固态变压器的控制方法的流程示意图；图3为本专利技术实施例固态变压器的控制装置的结构示意图；图4a-图4e为本专利技术实施例MC-SST在预设功率为10kW时的仿真结果；图5a-图5c为本专利技术实施例MC-SST在预设功率为-15kW时的仿真结果；图6a为高频变压器初次侧电压vp的仿真结果；图6b为高频变压器二次侧电压vs的仿真结果；附图标记说明：1-源网侧电网；2-负载侧电网；3-滤波电感；4-滤波电容；5-桥臂；6-三相-单相矩阵变换器；7-高频变压器。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术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，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例固态变压器的结构示意图，如图1所示，本专利技术实施例提供的固态变压器(SolidStateTransformer，以下简称SST)包括两个三相-单相矩阵变换器6(MatrixConverter，以下简称MC)和一个高频变压器7，两个三相-单相矩阵变换器6通过高频变压器7耦合连接，并且关于高频变压器7对称设置；每个三相-单相矩阵变换器6包括三相六桥臂，每相的上下两桥臂5并联，每个桥臂5由两个电流方向相反的绝缘栅双极型晶体管(Insulated-gate-bipolartransistor，以下简称IGBT)器件串联构成，IGBT用于控制桥臂5的连通和断开；源网侧电网1的每相与一个滤波电感3相连，每个滤波电感3与一个三相-单相矩阵变换器6的每相连接，负载侧电网2的每相与一个滤波电感3相连，每个滤波电感3与一个三相-单相矩阵变换器6的每相连接，与源网侧电网1相连的三相-单相矩阵变换器6的每相并联有滤波电容4，滤波电感3用于减小电路中的谐波波纹，滤波电容4用于防止换流时产生的毛刺对电网的冲击。本专利技术提供的固态变压器以下简称MC-SST。下面对所述MC-SST的工作过程进行说明。在供电工作模式下，与源网侧电网1相连的三相-单相矩阵变换器6从源网获取电能，以电流源型整流器运行，然后通过虚拟直流母线转换为高频交流电压输送到高频变压器7的初次侧，高频变压器7将初次侧的所述高频交流电压经n：1降压耦合至二次侧，n为变压器的变比，与负载侧电网2相连的三相-单相矩阵变换器6将降压耦合后的高频交流电压恢复为虚拟直流母线，然后以电压源逆变器运行，将电能传输给负载侧电网2。在反向工作模式下，与负载侧电网2相连的三相-单相矩阵变换器6从负载侧电网2获取电能，以电流源型整流器运行，然后通过虚拟直流母线转换为高频交流电压输送到高频变压器7的二次侧，高频变压器7将二次侧的所述高频交流电压经1：n升压耦合至初次侧，与源网侧电网1相连的三相-单相矩阵变换器6将升压耦合后的高频交流电压恢复为虚拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态变压器，其特征在于，包括：两个三相‑单相矩阵变换器和一个高频变压器，所述两个三相‑单相矩阵变换器通过所述高频变压器耦合连接，且关于所述高频变压器对称设置；每个三相‑单相矩阵变换器包括三相六桥臂，每相的上下两桥臂并联，每个桥臂由两个电流方向相反的绝缘栅双极型晶体管器件串联构成；源网侧电网和负载侧电网分别通过滤波电感与一个所述三相‑单相矩阵变换器的每相连接，与所述源网侧电网相连的所述三相‑单相矩阵变换器的每相并联有滤波电容。

【技术特征摘要】
1.一种固态变压器，其特征在于，包括：两个三相-单相矩阵变换器和一个高频变压器，所述两个三相-单相矩阵变换器通过所述高频变压器耦合连接，且关于所述高频变压器对称设置；每个三相-单相矩阵变换器包括三相六桥臂，每相的上下两桥臂并联，每个桥臂由两个电流方向相反的绝缘栅双极型晶体管器件串联构成；源网侧电网和负载侧电网分别通过滤波电感与一个所述三相-单相矩阵变换器的每相连接，与所述源网侧电网相连的所述三相-单相矩阵变换器的每相并联有滤波电容。2.一种用于控制如权利要求1所述的固态变压器的方法，其特征在于，所述方法包括：获取负载侧电网的电流和电压；根据所述电压通过锁相环获得参考相位角；根据所述电流和所述参考相位角，通过ABC-dq坐标变换获得所述电流在dq坐标下的电流直轴分量和电流交轴分量；根据所述电压和所述参考相位角，通过ABC-dq坐标变换获得所述电压在dq坐标下的电压直轴分量，并根据所述电压直轴分量和预设功率，获得电流直轴参考值，并将电流交轴参考值设为0；其中，若所述预设功率为正值，则功率正向流动，否则功率反向流动；根据所述电流直轴参考值减去所述电流直轴分量的差值，以及所述电流交轴参考值减去所述电流交轴分量的差值，分别通过PI调节器获得电流直轴输出值和电流交轴输出值；将所述电流直轴输出值和电流交轴输出值进行dq-ABC坐标变换，获得三相正弦调制波，并将所述三相正弦调制波进行空间矢量脉冲调制，获得开关管驱动信号以控制绝缘栅双极型晶体管器件动作。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述电流和所述参考相位角，通过ABC-dq坐标变换获得所述电流在dq坐标下的电流直轴分量和电流交轴分量包括：根据Idf＝2/3[ioAsinθ+ioBsin(θ-2π/3)+ioCsin(θ+2π/3)]，计算所述电流直轴分量Idf；根据Iqf＝2/3[ioAcosθ+ioBcos(θ-2π/3)+ioCcos(θ+2π/3)]，计算所述电流直轴分量Iqf；其中，ioA、ioB和ioC分别表示所述负载侧电网的三相电流，θ为所述参考相位角。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述电压和所述参考相位角，通过ABC-dq坐标变换获得所述电压在dq坐标下的电压直轴分量，并根据所述电压直轴分量和预设功率，获得电流直轴参考值包括：根据Vd...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文成，刘钰鹏，张颖，陈阳，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11