一種混合式電力電子變壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)的電能傳輸及電能質(zhì)量治理領(lǐng)域，設(shè)及一種 負(fù)序分量補(bǔ)償和有功分量平衡的設(shè)備，適用于低壓側(cè)負(fù)載不平衡W及負(fù)載水平相差較大的 變電所，W雙繞組變壓器兩側(cè)實(shí)測電氣量為狀態(tài)反饋量，采用閉環(huán)控制，是一種混合式電力 電子變壓器（H陽T，HybridPowerElectronicTransformer)。
【背景技術(shù)】
[000引 現(xiàn)有的電力電子變壓器（PowerElechonicTransformer,陽T)是一種含有電力 電子變換器且通過高頻變壓器實(shí)現(xiàn)磁禪合的變電裝置，它通過電力電子變換技術(shù)和高頻變 壓器實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的電壓變換和能量傳遞，改善供電電能質(zhì)量。
[0003] 由于現(xiàn)有的電力電子變壓器采用五級變換結(jié)構(gòu)，且直接將電力電子設(shè)備接入電 網(wǎng)，故其容量低、效率低、成本大。在電力系統(tǒng)中，負(fù)荷總存在某種程度的不對稱，當(dāng)該種不 對稱負(fù)荷接入電網(wǎng)時(shí)，現(xiàn)有的電力電子變壓器的低壓側(cè)會出現(xiàn)負(fù)序電流W及正序電流無功 分量，對于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有不利影響，因而改善電能質(zhì)量的效果并不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的；為了降低電網(wǎng)中的負(fù)序電流、正序電流無功分量化及節(jié)約成本，本發(fā)明 提出一種混合式電力電子變壓器。W傳統(tǒng)工頻變壓器作為功率傳輸?shù)闹黧w，W電力電子設(shè) 備具有容量大、成本低、效率高、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。
[000引技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] 一種混合式電力電子變壓器，包括雙繞組變壓器T，電力電子開關(guān)ki、k2、k3、k4、ks、 ke，S相電壓源換流器VSCi，單相電壓源換流器VSC2,單相電壓源換流器VSC3,單相電壓源 換流器VSC4,高壓側(cè)互感器HT，低壓側(cè)互感器LT，直流電壓互感器DCPT、直流電容器Cd。和 控制系統(tǒng)；雙繞組變壓器T的高壓側(cè)=相線圈分別連接電力電子開關(guān)1^1、1^2、1^3，雙繞組變壓 器T的低壓側(cè)=相線圈分別連接電力電子開關(guān)k4、kg、ke，雙繞組變壓器T的兩側(cè)都接有電 力電子開關(guān)，便于投切雙繞組變壓器；
[0007] 高壓側(cè)互感器HT設(shè)置在雙繞組變壓器T的高壓側(cè)，低壓側(cè)互感器LT設(shè)置在雙繞 組變壓器的低壓側(cè)，直流電壓互感器DCPT連接在直流電容器Cd。的兩端；直流電容器Cd。并 聯(lián)在S相電壓源換流器VSCi與單相電壓源換流器VSC2、VSC3、VSC4之間；單相電壓源換流器 VSC2、VSC3、VSC4分別與雙繞組變壓器T低壓側(cè)的A相、B相和C相相連，S相電壓源換流器 VSCi連接在雙繞組變壓器T高壓側(cè)；
[000引高壓側(cè)互感器HT、低壓側(cè)互感器LT、直流電壓互感器DCPT均連接控制系統(tǒng)的輸入 端，控制系統(tǒng)的輸出端連接S相電壓源換流器VSCiW及S個(gè)單相電壓源換流器VSC2、VSC3、 VSC4。高壓側(cè)互感器HT、低壓側(cè)互感器LT實(shí)時(shí)采集雙繞組變壓器T兩側(cè)的電流、電壓，然后 再將其傳輸至控制系統(tǒng)的輸入端。
[0009] 控制系統(tǒng)包括輸入單元、閉環(huán)控制單元和輸出單元；輸入單元、閉環(huán)控制單元和輸 出單元依次連接。
[0010] 輸入單元包括信號處理單元；
[0011] 閉環(huán)控制單元包括VSCi控制模塊、VSC2控制模塊、VSC3控制模塊和VSC4控制模 塊，通過解禪在補(bǔ)償?shù)牡蛪簜?cè)負(fù)序有功電流、負(fù)序無功電流、正序無功電流W及高壓側(cè)實(shí)測 無功功率和維持直流電容電壓恒定的條件下，計(jì)算出作用于VSCi控制模塊、VSC2控制模塊、 VSC3控制模塊和VSC4控制模塊的控制信號；
[0012] 輸出單元包括PWM生成電路和驅(qū)動放大電路，PWM生成電路將控制信號調(diào)制成PWM 控制脈沖，驅(qū)動放大電路將PWM控制脈沖放大后驅(qū)動電力電子器件。
[0013] 較優(yōu)地，控制系統(tǒng)還包括人機(jī)界面，與閉環(huán)控制單元相連接，用于顯示和設(shè)定相關(guān) 參數(shù)。
[0014] 高壓側(cè)互感器HT和低壓側(cè)互感器LT實(shí)時(shí)采集變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的電流、電 壓W及直流電容電壓，將采集的數(shù)據(jù)傳至輸信號處理單元，信號處理單元將雙繞組變壓器T 低壓側(cè)A、B、CS相電流實(shí)時(shí)解禪，得到電網(wǎng)低壓側(cè)注入點(diǎn)的正序有功電流、正序無功電流、 負(fù)序有功電流、負(fù)序無功電流四組電流分量；
[0015] 由解禪所得正序無功電流、負(fù)序無功電流、負(fù)序有功電流的解析式可知，若要將正 序無功電流、負(fù)序無功電流、負(fù)序有功電流補(bǔ)償至零，即將A相、B相、C相的無功功率Qg、Qb、 Q。分別補(bǔ)償至零，且將A相、B相、B相的有功功率？。、？6、？。分別調(diào)節(jié)至？'a、P'b、P'。， 其中C;=片= /:'=去(/^,+/;，+/:.) ?
[0016]當(dāng)?shù)蛪簜?cè)負(fù)載不平衡時(shí)，閉環(huán)控制單元W變壓器兩側(cè)的實(shí)測電氣量作為狀態(tài)反饋 量，來補(bǔ)償?shù)蛪簜?cè)正序無功電流、負(fù)序有功電流、負(fù)序無功電流W及高壓側(cè)無功功率，同時(shí) 維持直流電容電壓恒定。
[0017]VSC2控制模塊、VSC3控制模塊和VSC4控制模塊通過調(diào)節(jié)單相電壓源換流器VSC2、 VSC3、VSC4的脈寬調(diào)制比m2、m3、m4和相位角52、63、5 4，將雙繞組變壓器1'低壓側(cè)的正序 無功電流、負(fù)序無功電流、負(fù)序有功電流補(bǔ)償至零，其中，負(fù)序有功電流優(yōu)先補(bǔ)償，負(fù)序無功 電流次之，正序無功電流最后補(bǔ)償。
[0018]VSCi控制模塊通過調(diào)節(jié)S相電壓源換流器VSCi的脈寬調(diào)制比mi和相位角51，將 高壓側(cè)無功功率補(bǔ)償至零，使注入高壓側(cè)電網(wǎng)的無功為零；同時(shí)保持直流電容電壓恒定，使 S相電壓源換流器VSCi，單相電壓源換流器VSC2、VSCs、VSC4保持正常工作。
[0019]當(dāng)?shù)蛪簜?cè)帶不同水平的負(fù)載時(shí)，混合式電力電子變壓器采取不同運(yùn)行方式。當(dāng)?shù)?壓側(cè)負(fù)載超過口限值時(shí)，雙繞組變壓器兩側(cè)電力電子開關(guān)閉合，雙繞組變壓器投入運(yùn)行，利 用S相電壓源換流器VSCi，單相電壓源換流器VSC2、VSC3、VSC4來補(bǔ)償不平衡負(fù)載；當(dāng)?shù)蛪?側(cè)負(fù)載低于口限值時(shí)，雙繞組變壓器兩側(cè)電力電子開關(guān)斷開，雙繞組變壓器退出運(yùn)行，直接 采取四個(gè)VSC來變換電壓，節(jié)約運(yùn)行成本。
[0020]即本發(fā)明的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)由VSCi控制模塊、VSC2控制模塊、VSC3控制模塊、VSC4控 制模塊組成，由解禪所得正序無功電流、負(fù)序無功電流、負(fù)序有功電流的解析式W及高壓側(cè) 實(shí)測無功功率和直流電容電壓，在需要補(bǔ)償?shù)牡蛪簜?cè)負(fù)序有功電流、負(fù)序無功電流、正序無 功電流、高壓側(cè)無功功率、高壓側(cè)無功功率W及維持直流電容電壓恒定的條件下，計(jì)算出 作用于四個(gè)控制模塊的控制信號，即VSCi、VSC2、VSC3、VSC4的脈寬調(diào)制比m1、m2、m3、ni4和相 位角5i、52、63、5 4。輸出端接受閉環(huán)控制環(huán)節(jié)的信號，將其調(diào)制成PWMi、PWM2、PWM3、PWM4 控制脈沖，再經(jīng)驅(qū)動放大電路將控制脈沖放大后驅(qū)動乂5。、￥5〔2、￥5〔3、￥5〔4的電力電子開關(guān) 器件。
[0021] 所述雙繞組變壓器的兩側(cè)接有電力電子開關(guān)ki、k2、ks、k4、ks、ke，便于根據(jù)雙繞組 變壓器低壓側(cè)負(fù)載程度的不同，雙繞組變壓器采取不同的運(yùn)行方式，即雙繞組變壓器投入 或切除。當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)測到低壓側(cè)負(fù)載水平較低時(shí)，調(diào)節(jié)電力電子開關(guān)ki、k2、ks、k4、ks、ke，使 其全部斷開，雙繞組變壓器退出運(yùn)行，直接通過VSCi、VSC2、VSCs、VSC4來變壓，降低了變壓損 耗，節(jié)約了成本。
[0022] 本發(fā)明可W帶來的有益效果如下：
[0023] (1)與現(xiàn)有的電力電子變壓器相比，無須采用五級變壓，且電力電子器件沒有直接 接入高壓電網(wǎng)，故結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高。
[0024] (2)通過解禪，在補(bǔ)償?shù)蛪簜?cè)負(fù)序有功電流、負(fù)序無功電流、正序無功電流、高壓側(cè) 無功功率、高壓側(cè)無功功率W及維持直流電容電壓恒定的條件下，計(jì)算出作用于四個(gè)控制 模塊的控制信號，有效地將負(fù)序電流補(bǔ)償至零，且功率因素提高至1，改善電能質(zhì)量效果更 佳。
[0025] (3)能夠根據(jù)雙繞組變壓器負(fù)載水平的不同，合理地切換變壓器的運(yùn)行方式，有效 地節(jié)約運(yùn)行成本，提高運(yùn)行效率。
[0026] 綜上所述，本發(fā)明擁有功率因素高，負(fù)序補(bǔ)償效果直接、精確W及節(jié)約運(yùn)行成本的 特點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，將擁有廣闊的應(yīng)用價(jià)值和前景。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明的混合式電力電子變壓器結(jié)構(gòu)示意圖；
[002引圖2是本發(fā)明的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖3是本發(fā)明的VSC,控制模塊的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，W使本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可W更好的理解本發(fā)明并能予W實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限 定。
[0031] 如圖1所示，一種混合式電力電子變壓器，包括雙繞組變壓器T，電力電子開關(guān)V k2、ks、k4、kg、ke，S相電壓源換流器VSCi，單相電壓源換流器VSC2,單相電壓源換流器VSC3， 單相電壓源換流器VSC4,高壓側(cè)互感器HT，低壓側(cè)互感器LT，直流電壓互感器DCPT、直流電 容器Cd。和控制系統(tǒng)；雙繞組變壓器T的高壓側(cè)立相線圈分別連接電力電子開關(guān)k1、k2、ks， 雙繞組變壓器T的低