一种针对配电网的电力电子变压器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了电力电子技术领域中的一种针对配电网的电力电子变压器及其控制方法。本发明专利技术包括输入级、隔离级和输出级，通过电力电子变压器PET原方三电平整流电路、隔离级高频变压器的电压变换和能量传递，以及稳定的直流侧低压逆变，实现了原方电流正弦，副方负载电压恒定。本发明专利技术具有体积小、重量轻、无污染；可保证原方电流可控，功率因数可调等优点，不仅可以从电网传送有功给负载，还可以向电网注入无功，给予电网无功支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子
，尤其涉及。
技术介绍
传统的电力变压器一直作为变压和隔离的主要工具而在电网中广泛应用，它制作工艺简单，可靠性高。但是其缺点十分明显，体积、重量、空载损耗大，变压器油对环境存在威胁；铁芯饱和时会产生谐波，在投入电网时还会造成较大的励磁涌流。带非线性负荷时， 畸变电流通过变压器耦合进入电网，造成对电网的谐波污染；电源侧电压受到干扰时，又会传递到负载侧，产生电压闪变，甚至导致对敏感负荷的影响。随着大功率电力电子技术的发展，电力电子变压器PET(Power Electronic Transformer)作为一种新型的电压变换、能量传递电器，正得到了越来越多的关注，具有广阔的应用前景。它通过电力电子器件和电力电子变流技术，对电力系统中的能量进行转换和控制，以替代配电系统中的传统电力变压器。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中提到的传统的电力变压器体积大、重量大、变压器油对环境存在威胁等不足，本专利技术提出了。本专利技术的技术方案是，一种针对配电网的电力电子变压器，其特征是该电力电子变压器包括输入级、隔离级和输出级；所述输入级和隔离级连接；隔离级和输出级连接；所述输入级为三电平电路变换器；所述隔离级为三电平半桥直直变换器；所述输出级为二电平电压型逆变器。一种针对配电网的电力电子变压器的控制方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤1 采集输入级网侧的电压和电感电流；步骤2 将步骤1的采集量送至输入级，经调节得到直流高压；步骤3 采集隔离级的滤波电感电流和输出电容电压；步骤4 将步骤2的直流高压和步骤3的采集量输入到隔离级，经调节得到稳定低压；步骤5 采集输出级的负载三相电压；步骤6 将步骤4的稳定低压和步骤5的采集量输入到输出级，经调节得到负载侧的恒压、恒频的交流电压。所述输入级采用电压电流双闭环控制。所述隔离级采用电压电流闭环控制。所述输出级采用电压电流闭环控制。本专利技术采用高频变压器，体积小、重量轻、无污染；可保证原方电流可控，功率因数可调；负载侧电压恒定，不随负载变化；大功率电力电子器件可瞬时(us级)关断故障大电流。其最突出的就是其原边电流、副边电压及功率因数可控附图说明图1为本专利技术实施例中电力电子变压器系统结构图；图2为本专利技术实施例中输入级三电平整流器控制原理图；图3为本专利技术实施例中隔离级变换器控制原理图；图4为本专利技术实施例中负载侧逆变器控制原理图；图5为本专利技术实施例中电力电子变压器控制仿真结果图；图a为输入级网侧的三相相电压；图b为输入级网侧的三相输入电流；图c为高压侧直流电压；图d为电力电子变压器PET从电网吸收的无功功率；图e为原方高频方波；图 f为原方高频方波经高频变压器转换后的波形；图g为低压直流侧获得稳定直流电压；图h 为负载侧稳定电压；图i为负载三相电流。具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。下面结合附图来说明本专利技术的原理和具体的实施方式。针对配电网应用的电力电子变压器PET (Power Electronic Transformer)如图1 所示。其中，输入级为三电平电路变换器；隔离级为三电平半桥直直变换器；输出级为二电平电压型逆变器。图2为电力电子变压器PET的输入级的控制原理图。输入级采用电压电流双闭环控制。 采集电力电子变压器PET输入级网侧电压和三相输入电流，通过电压电流双闭环控制方法来控制输入级，以实现高压侧直流电压。电压外环中，反馈的直流电压与给定电压参考值比较后形成偏差，经控制器调节后作为d轴参考电流(T输出；q轴电流的电流参考值q*置0，三电平电路变换器作单位功率因数运行；电流内环中，采集的三相输入电流经坐标变换形成d轴和q轴分量，分别与(f、q* 比较，经过控制器调节后，形成调制波信号，调制波信号经调制形成三电平电路变换器脉冲信号。图3为电力电子变压器PET的隔离级的控制原理图。隔离级采用电压电流闭环控制。采集输出级电容电压Vtl，滤波电感电流瞬时值Ilf，采用电压电流闭环控制方法得至IJ稳定低压，即低压侧直流电压。电压外环中，输出级电容电压Vtl与参考电压信号Vc;相比较，所得的偏差信号经过控制器调节后作为电流内环的电流参考给定值I:。高频变压器副边电感电流瞬时值Ilf与电流给定参考值I1/比较，经控制器调节后得到隔离级三电平半桥开关器件的控制信号。图4为电力电子变压器PET的输出级的控制原理图。输出级采用电压电流闭环控制。采集负载三相电压，采用恒压、恒频控制，稳定负载电压和频率。采集的三相电压经过d_q旋转坐标系转换后得到d轴分量Ud和q轴分量Uq,它们分别与各自的参考值Ud*、 Uq*比较，经过调节器后形成调制波信号，调制波信号经调制形成恒压、恒频的交流电压，即二电平电压型逆变器脉冲信号。图5为建立的10千伏/380伏电力电子变压器PET系统模型稳态运行工况图，其中输入级直流电压参考值设定15千伏，隔离级输出电流电压参考值设定为600伏，高频变压器变比10 1，负载三相电压参考值设定为380伏。系统向电网注入无功设定为100千乏，带有功负荷40千瓦，频率50赫兹。电力电子变压器PET的输入级中，网侧输入电压输入电流经三电平电路变换器， 在直流侧电容上获得高压，可灵活调节功率因数。图5a为输入级网侧的三相相电压；图5b 为输入级网侧的三相输入电流，实现输入电流正弦化；图5c中高压侧直流电压为15千伏， 达到预期控制目标；图5d为PET从电网吸收的无功功率-100千乏，即向电网注入100千乏无功，灵活传输有功无功。电力电子变压器PET的隔离级中，隔离级三电平半桥变换器将输入级直流高压调制成原方高频方波，如图5e所示。原方高频方波经高频变压器转换，如图5f所示。隔离级直直变换器通过控制，在低压直流侧获得稳定直流电压600伏输出，如图5g所示。电力电子变压器PET的输出级中，直流低压经二电平电压型逆变器，采用电压恒定控制，在负载侧获得稳定电压。图5h中负载三相电压380伏，达到预期控制。图5i为负载三相电流。图5表明该电力电子变压器PET系统实现了输入电流正弦，负载侧恒定电压、恒定频率，并且向电网发出了需要的无功，功率可控，比传统变压器具有优越性。本专利技术的控制方法具体步骤如下步骤1 采集输入级网侧的电压和电感电流；步骤2 将步骤1的采集量送至输入级，经调节得到直流高压；步骤3 采集隔离级的滤波电感电流和输出电容电压；步骤4 将步骤2的直流高压和步骤3的采集量输入到隔离级，经调节得到稳定低压；步骤5 采集输出级的负载三相电压；步骤6 将步骤4的稳定低压和步骤5的采集量输入到输出级，经调节得到负载侧的恒压、恒频的交流电压。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。权利要求1.一种针对配电网的电力电子变压器，其特征是该电力电子变压器包括输入级、隔离级和输出级；所述输入级和隔离级连接；隔离级和输出级连接； 所述输入级为三电平电路变换器； 所述隔离级为三电平半桥直直变换器； 所本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种针对配电网的电力电子变压器，其特征是该电力电子变压器包括输入级、隔离级和输出级；所述输入级和隔离级连接；隔离级和输出级连接；所述输入级为三电平电路变换器；所述隔离级为三电平半桥直直变换器；所述输出级为二电平电压型逆变器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毕大强，凌晨，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11