CN102334270A

CN102334270A - 具有集成电压源换流器的混合配电变压器

Info

Publication number: CN102334270A
Application number: CN2010800096292A
Authority: CN
Inventors: M·Y·哈杰-玛哈希; S·巴拉; L·唐
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: Hitachi Energy Co ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: WO2010099459A2; BRPI1009750A2; WO2010099459A3; CA2752816A1; EP2401805A2; KR20110120967A; US20100220499A1; CN102334270B; US9537388B2; EP2401805B1

Abstract

提供一种包括电磁变压器和电压源换流器的混合配电变压器，该电压源换流器可操作用于在输入电压增加或者减少的情况下减少混合配电变压器的输出电压中的波动。

Description

具有集成电压源换流器的混合配电变压器

技术领域

本发明涉及变压器并且更特别地涉及一种利用功率电子装置的混合配电变压器。

背景技术

现代社会向数字时代迈进需要开发更可靠的高质量电力供应。在向最终用户供电时不可或缺的部件是配电变压器。常规配电变压器将处于一个电压的电力转换成处于值更高或者更低的另一电压的电力。变压器使用初级绕组和次级绕组来实现这一电压转换，每个绕组缠绕于铁磁芯上并且包括电导体的多匝。在如今的配电系统中运用的常规配电变压器不能保护数字负载免于不良的功率质量、比如暂降/暂升/失真。估计电压扰动每年耗费全球产业数以百万计美元。

系统有时连接到配电线以提高功率质量。这样的系统的示例包括动态电压恢复器(DVR)和静态VAR补偿器(SVC)。DVR在电压供应中的暂降或者尖峰期间维系或者恢复工作电气负载，而SVC提供对电力网络的快速作用的无功功率补偿。DVR和SVC经常是连接到常规配电变压器并且与它们一起使用的“附加”系统。

更近以来，已经提出组合功率电子装置与常规配电变压器以提高功率质量。本发明涉及这样的变压器。

发明内容

根据本发明，提供一种混合配电变压器，该变压器具有用于从电源接收输入电压和电流的初级侧以及用于向负载提供输出电压和电流的次级侧。混合变压器包括铁磁芯和绕组结构，该绕组结构包括围绕芯缠绕的第一和第二绕组。第一和第二绕组之一是用于连接到电源的初级绕组，并且第一和第二绕组之一是用于连接到负载的次级绕组。电压源换流器连接到第一绕组并且可操作用于在DC与AC电压之间转换。电压源换流器连接到第一绕组并且包括具有两个或者更多切换装置的至少一个切换桥(switching bridge)。DC母线与至少一个切换桥并联连接。控制器可操作用于控制至少一个切换桥以控制混合变压器的初级侧上的功率因子并且在输入电压改变的情况下减少输出电压的变化。

附图说明

本发明的特征、方面和优点参照以下描述、所附权利要求书和以下附图将变得更好理解，其中：

图1示出了根据本发明的第一实施例构造的第一混合变压器的示意电路；

图2示出了根据本发明的第二实施例构造的第二混合变压器的示意电路；

图3示出了根据本发明的第三实施例构造的第三混合变压器的示意电路；

图4示出了根据本发明的第四实施例构造的第四混合变压器的示意电路；

图5示出了根据本发明的第五实施例构造的第五混合变压器的示意电路；

图6示出了根据本发明的第六实施例构造的第六混合变压器的示意电路；

图7示出了根据本发明的第七实施例构造的第七混合变压器的示意电路；

图8示出了根据本发明的第八实施例构造的第八混合变压器的示意电路；

图9示出了根据本发明的第九实施例构造的第九混合变压器的示意电路；

图10示出了根据本发明第十实施例构造的第十混合变压器的示意电路；

图11示出了可以在本发明的单相混合变压器中使用的第一功率电子模块(PEM)的示意电路；

图12示出了可以在本发明的单相混合变压器中使用的第二PEM的示意电路；

图13示出了可以在本发明的单相混合变压器中使用的第三PEM的示意电路；

图14示出了可以在本发明的单相混合变压器中使用的第四PEM的示意电路；

图15示出了可以在第一和第二PEM中使用的第一滤波器的示意电路；

图16示出了可以在第三和第四PEM中使用的第二滤波器的示意电路；

图17示出了可以在第一和第二PEM中使用的第一保护装置的电路图；

图18示出了可以在第三和第四PEM中使用的第二保护装置的示意电路；

图19示出了通过脉宽调制形成的正弦波形的示意图；

图20示出了具有IED和通信链路的混合变压器的示意电路；

图21示出了第二混合变压器的版本的更具体示意电路；

图22示出了用于电压源逆变器的控制方案的框图；

图23示出了控制方案的命令轨迹生成算法的功能框图；

图24示出了控制方案的反馈控制算法的功能框图；

图25示出了控制方案的前馈控制和扰动输入去耦合算法；

图26示出了控制方案的状态-空间模型；

图27示出了状态-空间模型的简化形式；

图28示出了仿真的第二混合变压器的输入电压的绘图；

图29示出了仿真的第二混合变压器的输出(次级)电压的绘图；

图30示出了仿真的第二混合变压器的电压源换流器的输出电压的调节性能；

图31示出了由三个单相混合变压器形成的三相混合变压器的示意图；

图32示出了第一三相混合变压器的示意电路；

图33示出了图32中所示第一三相混合变压器的电压源换流器的示意电路；

图34示出了第二三相混合变压器的示意电路；

图35示出了第三三相混合变压器的示意电路；

图36示出了图35中所示第三三相混合变压器的电压源换流器的示意电路；

图37示出了第四三相混合变压器的示意电路；

图38示出了图37中所示第四三相混合变压器的电压源换流器的示意电路；

图39示出了第五三相混合变压器的示意电路；

图40示出了图39中所示第五三相混合变压器的电压源换流器的示意电路；

图41示出了将本发明的混合变压器应用于功率因子纠正；

图42示出了将本发明的混合变压器应用于对并联线路的相移和功率流控制；以及

图43示出了将本发明的混合变压器应用于其中AC和DC负载由混合变压器供电的数据中心。

具体实施方式

应当注意，在下文具体描述中，相同部件无论是否在本发明的不同实施例中示出它们都具有相同参考符号。也应当注意，为了清楚和简洁地公开本发明，附图可能未必按比例，并且可以用有些示意的形式示出本发明的某些特征。

本发明涉及一种可以在配电中使用的混合变压器。混合变压器主要包括与功率电子模块(PEM)集成的电磁变压器，该PEM包括可操作用于在DC与AC电压之间转换(即将DC电压向AC电压转换并且反之亦然)的电压源换流器(VSC)。电磁变压器包括铁磁芯、初级绕组结构和次级绕组结构，每个绕组结构缠绕于铁磁芯上。初级绕组结构包括一个或者多个初级绕组，而次级绕组结构包括一个或者多个次级绕组。PEM可以连接到初级绕组结构或者次级绕组结构中。电磁变压器可以是液体填充的变压器，其中芯以及初级和次级绕组结构浸没于电介质流体中或者电磁变压器可以是干型变压器，其中芯以及初级和次级绕组结构未浸没于电介质流体中而代之以装入电介质树脂中或者由惰性气体或者简单地由环境空气包围。混合变压器可以是单相变压器、三相变压器或者多相(＞3相)变压器。混合变压器可以是极装配或者焊盘装配的。混合变压器的单相实施例可以具有约67kVA的功率额定值和约7.97kV至277V的电压额定值。

在图1-图5中示出了并且分别由参考符号10、12、14、16、18、20表示根据本发明构造的混合变压器的六个实施例。混合变压器10-20的每一个主要包括电磁变压器24和PEM 30。电磁变压器24具有围绕铁磁芯40缠绕的单个初级绕组36和单个次级绕组38。PEM 30包括可以用来向DC负载供电的DC母线。DC母线连接到混合变压器10-20的DC输出端子22。能量存储设备如电池组26可以使用开关28来跨DC输出端子22连接。

在混合变压器10(图1中所示)中，PEM 30连接到次级绕组38的一端。在次级绕组结构两端的电压Vout等于在次级绕组38两端的电压V1加上在PEM 30两端的电压V2。由于输出电压等于从PEM30输出的电压加上次级绕组38的电压，所以对从PEM 30输出的电压的控制实现控制混合变压器10的输出电压。

在混合变压器12(图2中所示)中，PEM 30连接到初级绕组36的一端。在初级绕组结构两端的电压Vin等于在初级绕组36两端的电压V1加上在PEM 30两端的电压V2。由于输入电压等于从PEM30输出的电压加上初级绕组36的电压，所以对从PEM 30输出的电压的控制实现控制输入电压并且因此控制混合变压器12的输出电压。

除了分压器44连接到次级绕组结构中之外，混合变压器14(图3中所示)具有与混合变压器10基本上相同的构造。分压器44包括与次级绕组38和PEM 30并联连接的一对串联连接电阻器46、48。分压器44的输出连接到在次级绕组38与PEM 30之间的连接中的节点。选择电阻器46、48的电阻以平衡在次级绕组38与PEM 30之间的电压。

除了分压器52连接到初级绕组结构中之外，混合变压器16(图4中所示)具有与混合变压器12基本上相同的构造。分压器52包括与初级绕组36和PEM 30并联连接的一对串联连接电阻器54、56。分压器52的输出连接到在初级绕组36与PEM 30之间的连接中的节点。选择电阻器54、56的电阻以平衡在初级绕组36与PEM 30之间的电压。

在混合变压器18(图5中所示)中，次级绕组38具有一个或者多个抽头。每个抽头在次级绕组38的末端之间连接到次级绕组38的一匝。内抽头60将次级绕组38划分成两个绕组部分62和64。绕组部分62由内抽头60和次级绕组38的第一极端或者代之以另一外抽头形成。类似地，绕组部分64由内抽头60和次级绕组38的第二极端或者代之以另一外抽头形成。PEM 30并联连接到次级绕组38的绕组部分64而内抽头60连接到PEM 30的线路152。混合变压器18的电压输出Vout仅等于在绕组部分62两端的电压。

在混合变压器20(图6中所示)中，初级绕组36具有一个或者多个抽头。每个抽头在初级绕组36的末端之间连接到初级绕组36的一匝。内抽头70将初级绕组36划分成两个绕组部分72和74。绕组部分72由内抽头70和初级绕组36的第一极端或者代之以另一外抽头形成。类似地，绕组部分74由内抽头70和初级绕组36的第二极端或者代之以另一外抽头形成。PEM 30并联连接到初级绕组36的绕组部分74而内抽头70连接到PEM 30的线路152。在绕组部分72两端的电压等于向混合变压器20输入的电压Vin。

在图7中示出了并且由参考符号66表示根据本发明的混合变压器的第七实施例。除了混合变压器66具有PEM 31之外，混合变压器66具有与混合变压器18基本上相同的构造。此外，连接PEM 31使得混合变压器66的输出端子连接到次级绕组38的第一极端(或者外抽头)和来自PEM 31的输出线路170。

在图8中示出了并且由参考符号68表示根据本发明构造的混合变压器的第八实施例。除了混合变压器68具有PEM 31之外，混合变压器68具有与混合变压器20基本上相同的构造。此外，连接PEM 31使得混合变压器68的输入端子连接到初级绕组36的第一极端(或者外抽头)和来自PEM 31的线路170。

在图9中示出了并且由参考符号76表示根据本发明的混合变压器的第九实施例。混合变压器76包括电磁变压器78，该变压器具有单个初级绕组80和围绕铁磁芯86缠绕的一对次级绕组82、84。PEM30连接到次级绕组84的末端。

在图10中示出了并且由参考符号90表示根据本发明构造的变压器的第十实施例。混合变压器90包括电磁变压器92，该变压器具有单个次级绕组94和围绕铁磁芯100缠绕的一对初级绕组96、98。PEM 30连接到初级绕组98的末端。

PEM 30、31可以具有多个不同配置之一。然而一般而言，PEM30、31包括VSC、保护装置、滤波器和控制装置。在图11和12中示出了并且分别由参考符号30a、30b表示PEM 30的两个不同配置。在图13和14中示出了并且分别由参考符号31a、31b表示PEM 31的两个不同配置。

现在参照图11，PEM 30a包括保护装置108、滤波器110、VSC112和控制装置114。VSC 112是半桥逆变器，该逆变器包括并联连接到DC母线120的切换桥116。来自DC母线120的DC电压由切换桥116转换成正弦AC电压。切换桥116包括串联连接的一对切换装置122。每个切换装置122可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)和反并联二极管。DC母线120包括串联连接的一对电容器126、128。第一线路152在切换装置122之间连接到切换桥116，并且第二线路154在电容器126、128之间连接到DC母线120。保护装置108和滤波器110连接到第一和第二线路152、154。控制装置114控制切换装置122的操作。DC母线120连接到混合变压器的DC输出端子22。

现在参照图12，PEM 30b包括保护装置108、滤波器110、VSC140和控制装置114。VSC 140为全桥或者半桥逆变器，该逆变器包括与DC母线146并联连接的第一和第二切换桥142、144。来自DC母线146的DC电压由第一和第二切换桥142、144转换成正弦AC电压。第一和第二切换桥142、144中的每个切换桥包括串联连接的一对切换装置148。每个切换装置148可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)和反并联二极管。DC母线146包括一个或者多个电容器150。第一线路152在切换装置148之间连接到第一切换桥142，并且第二线路152在切换装置148之间连接到第二切换桥144。保护装置108和滤波器110连接到第一和第二线路152、154中。控制装置114控制切换装置148的操作。DC母线146连接到混合变压器的DC输出端子22。

应当理解PEM 30a可以优选用于在次级绕组结构(比如在混合变压器10、14、18)中使用，而PEM 30b可以优选用于在初级绕组结构中(比如在混合变压器12、16、20中)使用。还应当理解可以利用其它VSC拓扑取代VSC 112和VSC 140。

现在参照图13，PEM 31a类似于PEM 30b并且包括保护装置109、VSC 158、滤波器160和控制装置114。除了VSC 158具有DC母线162(该母线具有两个电容器164、166)并且第二线路154连接于电容器164、166之间之外，VSC 158具有与VSC 140基本上相同的构造。第三线路170在切换装置148之间连接到第二切换桥144。DC母线162连接到混合变压器的DC输出端子22。保护装置109和滤波器160连接到第一、第二和第三线路152、154、170中。

现在参照图14，PEM 31b包括保护装置109、VSC 174、滤波器160和控制装置114。VSC 174包括与DC母线184并联连接的第一、第二和第三切换支路176、178、180。第一、第二和第三切换支路176-180中的每个支路包括串联连接的一对切换装置186。控制装置114控制切换装置186的操作。每个切换装置186可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)和反并联二极管。然而其它部件和配置可以用于每个切换装置186。例如，并联连接的开关(IGBT或者别的开关)和二极管的组合可以用于每个切换装置186。DC母线184包括电容器188并且连接到混合变压器的DC输出端子22。来自DC母线184的DC电压由第一、第二和第三切换支路176-180转换成正弦AC电压。第一线路152经过保护装置109和滤波器160连接到位于切换装置186之间的第一切换支路176。第二线路154经过保护装置109和滤波器160连接到位于切换装置186之间的第二切换支路178。第三线路170经过保护装置109和滤波器160连接到位于切换装置186之间的第三切换支路180。

现在参照图15和图16，滤波器110、160有助于防止高频谐波由于切换装置122、148、186的切换而引入到混合变压器10-20、66、68、76、90的输出电压及其电磁变压器的初级和次级绕组中的电流中。

滤波器110包括与第二线路154串联连接的电感器190和电阻器192以及并联连接于第一与第二线路152、154之间的电容器194。

滤波器160包括分别连接到第一、第二和第三线路152、154、170中的电感器200、202、204。分别地，电容器208并联连接于第一与第二线路152、154之间而电容器210并联连接于第二与第三线路154、170之间。

应当理解滤波器110、160可以具有除了示出和描述的拓扑之外的拓扑。

现在参照图17和图18，保护装置108、109各自包括故障电流限制组件，该组件包括阻抗214和电子开关216。保护装置108还包括两个开关218、220，而保护装置110还包括三个开关218、220、222。每个开关218-222可以是机械开关、电子开关或者混合机械/电子开关。开关218-222和电子开关216由控制装置114控制。

保护装置108操作使得在混合变压器10-20、76、90中的PEM30的正常操作期间开关218闭合而开关220打开。如果PEM 30出故障，则可以通过打开开关218而闭合开关220来产生旁路。在正常电力网络操作期间，电子开关216打开并且电流流过PEM 30。在网络相到接地或者相到相故障期间，开关218打开(而开关22保持打开)并且电子开关216闭合、由此迫使故障电流通过阻抗214。通过在故障期间引入阻抗214，限制故障电流以保护变压器和上游设备。阻抗214可以是电阻或者电感型。

保护装置110的操作类似于保护装置108的操作。在混合变压器66、68中的PEM 31的正常操作期间，开关218、222闭合而开关220打开。如果PEM 31出故障，则可以通过打开开关218、222而闭合开关220来产生旁路。在正常电力网络操作期间，电子开关216打开而电流流过PEM 31。在网络相到接地或者相到相故障期间，开关218、222打开而电子开关216闭合、由此迫使故障电流通过阻抗214。通过在故障期间引入阻抗214，限制故障电流以保护变压器和上游设备。阻抗214可以是电阻或者电感型。

除了保护装置(108或者109)之外或者取而代之，每个混合变压器(10-20、66、68、76或者90)的控制装置114可以控制VSC(112，140，158或者174)的切换装置以避免短路故障。控制装置114通过监视混合变压器的输入电压和输出电流来这样做。如果输出电流超过预定限制、由此表明输出中的短路故障或者输入电压降至某一电平以下、由此表明输入中的短路故障，则控制装置114停止所有切换装置的脉宽调制、即断开(打开)切换装置。

在混合变压器12、16、20、68中，有可能的是VSC(112、140、158或者174)可能在短路故障的情况下遭受高电压。控制装置114监视在VSC两端的电压。如果使用VSC(140、158或者174)并且电压增至预定电平以上、由此表明故障，则控制装置114接通(闭合)第一和第二切换桥中的上两个切换装置(或者下两个切换装置)(而其它两个切换装置断开)、由此使VSC被旁路。

在每个PEM(30或者31)中，控制装置114包括用于执行存储于关联存储器中的程序的处理器，该程序使用脉宽调制(PWM)来控制VSC(112、140、158或者174)，其中切换装置(122、148或者186)打开和闭合以产生一系列电压脉冲，其中平均电压是峰电压乘以占空比、即脉冲的“接通”和“断开”时间。以这一方式，可以使用如图19中所示一系列宽度可变的正和负电压脉冲来近似正弦波。可以通过改变PWM模式来改变正弦波的相位和幅度。

在每个PEM(30或者31)中，控制装置114控制一个或多个切换桥以平衡从VSC(112、140、158或者174)传送的实功率并且通过经过变压器耦合向负载提供无功功率来提高初级侧功率因子。此外，在每个VSC(112、140、158或者174)中，控制装置114将混合变压器的输出电压维持于设置值或者参考输出电压(比如240VRMS)并且维持为干净正弦波形。因此，在电压骤降的情况下，控制装置114增加VSC(112、140、158或者174)的电压输出，而在电压骤升的情况下，控制装置114减少VSC(112、140、158或者174)的电压输出。

在每个混合变压器10-20、66、68、76、90中，控制装置114可以是智能电子装置(IED)或者可以与IED接口，其中IED除了VSC(112、140、158或者174)之外还控制和监视混合变压器的操作方面。在图20中示出了这样的IED 260装配于混合变压器(10-20、66、68、76或者90)上或者与混合变压器(10-20、66、68、76或者90)邻近装配。IED 260包括用户接口、处理器、存储器和通信端口。除了控制VSC(112、140、158或者174)及其附属装置之外，IED 260还监视混合变压器的操作并且通过通信链路264向远程定位的控制中心262传达操作信息，该通信链路可以是物理硬线链路、卫星链路、蜂窝链路、调制解调器或者电话线路链路、因特网链路或者任何其它无线或者广域或者共享局域网链路。例如，初级和/或次级绕组的电流、电压和温度可以由连接用于与IED 260通信的传感器测量。IED 260可以向控制中心262通过通信链路264定期或者连续发送这些电流、电压和温度的值和/或可以如果值超过某些预定限制则通过通信链路264向控制中心262发送报警。除了发送关于初级和/或次级绕组的信息之外，IED 260还可以通过通信链路264向控制中心262发送与VSC(112、140、158或者174)的操作有关的信息。另外，IED 260可以接收和实施来自控制中心262的用于改变VSC操作的控制命令。

除了与控制中心262通信之外，IED 260可以与其它IED通信。例如，IED 260可以与在作为相同配电网络一部分的其它混合变压器(10-20、66、68、76或者90)中安装的其它IED 260通信。IED 260可以直接或者经过位于控制中心262中的数据服务器(未示出)相互通信。在前一种情况下，IED 260可以经由射频收发器、有线或者无线局域网(LAN)或者通信总线相互直接通信。在后一种情况下，通过通信链路264进行在每个IED 260与数据服务器之间的通信。

IED 260可以支持IEC61850标准并且在这样做时限定用于变电站的抽象对象模型和用于通过网络访问这些模型的方法。模型可以映射到多个协议(包括制造消息规范(MMS)、通用面向对象变电站事件(GOOSE)、通用变电站状态事件(GSSE)和采样测量值(SMV))。这些协议可以使用高速交换以太网通过TCP/IP网络和/或LAN运行。

取代使用IED以向远程定位的控制中心发送操作信息，可以使用发送器来这样做。发送器可以连接到传感器并且可以经由可以是无线或者硬线的通信链路向远程位置如控制中心262发送传感器测量的值。

在每个混合变压器(10-20、66、68、76或者90)中，DC母线(120、146、162或者184)可以连接成向用来监视和发送与混合变压器的操作有关的数据的传感器、发送器和其它通信设备提供DC功率。DC母线(120、146、162或者184)也可以连接成向控制装置114和/或IED 260提供DC功率。根据混合变压器的应用，DC母线可以连接成向与应用关联的设备提供DC功率。

现在参照图21，示出了混合变压器12(还由字母“a”表示)的一个实施例的更具体视图，该混合变压器包含下文将用来对混合变压器12a的控制和操作进行描述的电性质标记。初级绕组36的正端由线路270连接到电压源272(提供电压V_g)，而初级绕组36的负端由线路274连接到电压源272。在图21中所示实施例中，混合变压器12a利用VSC 30b并且由低通滤波器110连接到初级绕组结构中。切换装置148由参考描述符S₁至S₄表示。

控制装置114可以使用图22-图26中所示控制方案278来控制混合变压器12a中的VSC 30b。控制方案278包括控制器280和VSC30b的状态-空间模型(“模型”)282。

控制器280包括命令轨迹生成(“轨迹”)算法284、反馈控制(“反馈”)算法286和前馈控制和扰动输入去耦合(前馈/去耦合)算法288。命令轨迹V_o ^*如下地生成：

V_{s_error}＝V_s ^*-V_s

V_{o_preclamp}＝(K_p+1/s)×V_{s_}

V_o ^*＝f_sat(V_{o_preclamp})

其中V_{o_preclamp}是图23中的饱和块的输入电压。对于PWM，通过比较V_tri与+V_ref和-V_ref来单独控制VSC 30b逆变器的第一和第二切换桥142、144中的每个桥。所得波形用来如下地控制切换装置148：

如果+V_ref＞V_tri S₁接通、S₂断开

否则， S₁断开、S₂接通

如果-V_ref＞V_tri S₃接通、S₄断开

否则， S₃断开、S₄接通

其中：

Vref是电压参考。

Vtri是在生成PWM信号中使用的三角波形的电压。

控制器280是具有内电感器电流回路和外输出电压回路的级联控制器。控制器280使用电感器190的等效串联电阻(ESR)降的状态反馈去耦合。以这一方式使状态耦合无效允许在形成电感器电流回路时使用简单比例增益K_a。

在图27中，以简化形式示出了模型282(还由字母“a”表示)。这一简化可以视为输入电压去耦合。利用这一简化，物理系统的开环传递函数变为：

\frac{V_{O} (s)}{{V_{L}}^{*} (s)} = \frac{K_{v}}{(L_{f} \cdot s + {esr}_{L}) \cdot C_{o} s}

命令跟踪的传递函数描述如下：

\frac{V_{O}}{{V_{O}}^{*}} = \frac{K_{p} \cdot K_{a} s + K_{i} \cdot K_{a}}{\frac{L_{f} \cdot C_{o}}{K_{v}} s^{3} + C_{o} \cdot K_{a} s^{2} + K_{p} \cdot K_{a} s + K_{i} \cdot K_{a}}

在低频和中频，命令跟踪总是为Vc/Vc^*＝1。在中高频/中频和高频，命令跟踪变成Vc/Vc^*＝0。可以通过确定增益K_p、K_i和K_a来将闭环极点置于所需位置。

为了增强级联控制器格式的控制性能，控制器280还使用状态命令前馈。在低频、中频和高频，命令跟踪总是为Vc/Vc^*＝1。因此，量值和相位的稳态误差为零或者接近零地实现所需AC电压调制。

\frac{V_{O}}{{V_{O}}^{*}} = \frac{\frac{\hat{L_{f}} \cdot \hat{C_{o}}}{K_{v}} s^{3} + \hat{C_{o}} \cdot K_{a} s^{2} + K_{p} \cdot K_{a} s + K_{i} \cdot K_{a}}{\frac{L_{f} \cdot C_{o}}{K_{v}} s^{3} + C_{o} \cdot K_{a} s^{2} + K_{p} \cdot K_{a} s + K_{i} \cdot K_{a}}

使用Matlab Simulink来进行对具有控制器280的混合变压器12a的仿真。在以下仿真条件之下考察控制性能：V_g＝14400V&60Hz，N_p/N_s＝120，负载＝1+j·1.885Ω(5.2+j·9.82p.u)60Hz

C_dc＝6000μF，L_f＝200μH，esr_Lf＝50mΩ，C_o＝40μF

切换装置104(IGBT)特性：

V_f＝2V(IGBT电压降)，

T_f＝1μs(IGBT下降时间)，T_t＝2μs(IGBT拖尾时间)，

V_d＝1V(二极管电压降)

f_pwm＝10kHz(换流器切换频率)

假设：1)C_dc被预充电至V_g的30％

2)仅调节变压器次级电压量值。

如图28中所示，在瞬态时段290中，首先在输入电压V_g中引入百分之二十(20％)暂降。在瞬态时段292中，然后允许输入电压V_g返回到它的正常值。随后，在瞬态时段294中，在输入电压V_g中引入百分之二十(20％)暂升。在瞬态时段296中再次允许输入电压V_g恢复。在图29中示出了这些改变在次级电压V_s上体现的结果。对于所有瞬态时段，混合变压器12a示出了很好的量值调节性能。图30示出了VSC 30b的输出电压的调节性能。使用控制器280来实现很好的AC电压调节。理想地，VSC 30b的DC母线电压(未示出)应当保持恒定，因为VSC 30b仅提供无功功率。然而在仿真中，切换装置148(IGBT)生成切换和导通损耗。损耗也由于滤波器电感器190的ESR而发生于滤波器电感器190。因此，总而言之，由于切换损耗、导通损耗和来自滤波器电感器190的ESR的损耗的组合而出现DC母线电压的电压降。

对于单相混合变压器10-20、66、68、76、90中的每个变压器，可以组合混合变压器中的三个以形成三相混合变压器。在图31中示出了该连接的示意图。初级绕组可以在三角配置或者星形配置中连接在一起，并且次级绕组可以在三角配置或者星形配置中连接在一起。在三个单相混合变压器连接在一起时，无需改变控制策略。每个混合变压器与其它两个变压器独立操作。在图31中，对于三角和星形配置两者，u1连接到相A(电源)，v连接到相B(电源)，而w1连接到相C(电源)，并且u2、v2和w2对应连接于负载侧上。在三角配置中，u1’连接到相B(电源)，v1’连接到相C(电源)，而w1’连接到相A(电源)，并且u2’、v2’和w2’对应连接于负载侧上。在星形配置中，u1’、v1’和w1’连接到中性线，N(电源)以及u2’、v2’和w2’对应连接于负载侧上。

取代具有用于三相混合变压器的三个单独PEM(和VSC)，可以针对三相混合变压器提供单个集成PEM(和VSC)。每个单相混合变压器10-20、66、68、76、90的三相版本可以被提供有单个集成PEM(和VSC)。在图32-图38中示出了这一点的示例。

现在参照图32，示出了包括三相电磁变压器302和PEM 304的三相混合变压器300。混合变压器300基本上是具有单个集成PEM(和VSC)的混合变压器18的三相版本。电磁变压器302包括装配于铁磁芯306上的三个初级绕组36a、b、c和三个次级绕组38a、b、c。在图33中示出了PEM 304，并且PEM 304包括如下VSC，该VSC具有与DC母线316并联连接的三个切换支路308、310、312。每个切换支路308-312包括串联连接的一对切换装置318。控制装置320控制切换装置318的操作。每个切换装置318可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)和反并联二极管。然而其它部件和配置可以用于每个切换装置318。例如，并联连接的开关(IGBT或者别的开关)和二极管的组合可以用于每个切换装置318。DC母线316包括电容器322、324。来自DC母线316的DC电压由切换支路308-312转换成不同相位的正弦AC电压。滤波器328连接于一侧上的次级绕组38与另一侧上的切换支路308-312和DC母线316之间。内抽头60a、b、c分别由线路a1、b1、c1连接到中性线路N，该中性线路在电容器322、324之间连接到输出套管330和PEM 304的DC母线316。以这一方式，在星形配置中连接次级绕组38。次级绕组38的末端(或者外抽头)分别由线路a2、b2、c2经过滤波器328连接到切换支路308-312的节点，其中每个节点位于切换装置318之间。滤波器328有助于防止高频谐波由于切换装置318的切换而引入到变压器300的输出电压以及初级和次级绕组36、38中的电流中。滤波器328包括以与滤波器160中的方式类似的方式布置的电感器和可选电容器。

虽然未示出，但是PEM 304可以包括具有除了适合于三相应用之外与保护装置109类似的构造的保护装置。也应当理解PEM 304可以具有第四切换支路并且中性线路可以在切换装置之间连接到第四切换支路。

虽然未示出，但是可以提供除了PEM 304连接到初级绕组和其中的抽头之外与三相混合变压器300构造相同的三相混合变压器。这样的变压器基本上是具有单个集成PEM(和VSC)的混合变压器20的三相版本。

现在参照图34，示出了除了混合变压器301无连接到PEM 304的任何抽头之外与混合变压器300基本上构造相同的三相混合变压器301。混合变压器301基本上是具有单个集成PEM(和VSC)的混合变压器10的三相版本。

虽然未示出，但是可以提供除了PEM 304连接到其中的初级绕组之外与三相混合变压器301构造相同的三相混合变压器。这样的变压器基本上是具有单个集成PEM(和VSC)的混合变压器12的三相版本。

现在参照图35，示出了包括三相电磁变压器302和PEM 342的三相混合变压器340。混合变压器340基本上是具有单个集成PEM(和VSC)的混合变压器66的三相版本。电磁变压器302包括装配到铁磁芯306的三个初级绕组36a、b、c和三个次级绕组38a、b、c。在图36中示出了PEM 342，并且PEM 342包括与DC母线358并联连接的七个切换支路344、346、348、350、352、354、356。每个切换支路344-356包括串联连接的一对切换装置362。控制装置370控制切换装置362的操作。每个切换装置362可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)和反并联二极管。然而其它部件和配置可以用于每个切换装置362。例如，并联连接的开关(IGBT或者别的开关)和二极管的组合可以用于每个切换装置362。DC母线358包括电容器364。来自DC母线358的DC电压由切换支路344-356转换成不同相位的正弦AC电压。滤波器366连接于一侧上的次级绕组38与另一侧上的切换支路344-356和DC母线358之间。经过滤波器366连接的线路a1、b1、c1分别将次级绕组38上的抽头60连接到切换支路346、350、354的节点，其中每个节点位于切换装置362之间。经过滤波器366连接的线路a2、b2、c2将次级绕组38的末端连接到切换支路348、352、356的节点，其中每个节点位于切换装置362之间。线路N将输出套管368连接到位于切换装置362之间的切换支路344的节点。输出套管368适合于连接到负载的中性线。滤波器366有助于防止高频谐波由于切换装置362的切换而引入到变压器340的输出电压以及初级和次级绕组36、38中的电流中。滤波器366包括以与滤波器160中的方式类似的方式布置、但是用于三相的电感器和可选电容器。

虽然未示出，但是PEM 342可以包括除了适合于三相应用之外与保护装置109构造类似的保护装置。

三相混合变压器340具有仅有七个切换支路的益处。在三相通用变压器340中，用于三相的切换支路344-356共享共同的DC母线358。如图所示，这一布置要求用于三相的切换支路344-356共享共同的中性相支路(线路N)。线路N在规格上设置成输送可以比个别相电流(线路A、B、C)更大的中性电流。此外，在切换支路344中的切换装置362应当被构造成输送更高电流。切换支路344-356的调制指标分别不同以便维持在相支路之间的恰当电压差。DC母线358的电压大于单相VSC 158、174的DC母线(162、184)中的电压以便解决可能的失衡。

虽然未示出，但是可以提供除了PEM 342连接到初级绕组和其中的抽头之外与三相混合变压器340结构相同的三相混合变压器。这样的变压器基本上是具有单个集成PEM(和VSC)的混合变压器68的三相版本。

现在参照图37，示出了包括三相电磁变压器375和PEM 376的三相混合变压器374。混合变压器374基本上是具有单个集成PEM(和VSC)的混合变压器76的三相版本。电磁变压器375包括装配到铁磁芯377的三个初级绕组80a、b、c、三个主要次级绕组82a、b、c和三个辅助次级绕组84a、b、c。为了便于图示，示出了在星形配置中连接的主要次级绕组82a、b、c。然而应当理解，可以替代地以三角配置连接主要次级绕组82a、b、c。如图所示，而也在星形或者三角配置中连接辅助次级绕组84a、b、c。

在图38中示出了PEM 376，并且PEM 376包括连接到辅助次级绕组84的VSC 378，如图所示，可以在三角或者星形配置中连接这些辅助次级绕组。如果在三角配置中连接辅助次级绕组84，则VSC378具有三个切换支路380、381、382。如果在星形配置中连接辅助次级绕组84，则还可以包括第四支路384。每个切换支路380-384包括串联连接的一对切换装置385，每个切换装置可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)和反并联二极管。控制装置386控制切换装置385的操作。切换支路380-384与包括电容器388的DC母线387并联连接。来自DC母线387的DC电压由切换支路转换成不同相位的正弦AC电压。滤波器389连接于辅助次级绕组84与VSC 78之间。滤波器389有助于防止高频谐波由于切换装置385的切换而引入到变压器374的输出电压以及初级和次级绕组80-84中的电流中。滤波器389包括以与滤波器160中的方式类似的方式布置的电感器和可选电容器。

虽然未示出，可以提供另一三相混合变压器，该变压器基本上是具有单个集成PEM(和VSC)的混合变压器90的三相版本。在这一变压器中，电磁变压器具有装配到铁磁芯的三个主要初级绕组、三个辅助初级绕组和三个次级绕组。除了PEM 376连接到辅助初级绕组之外，这一变压器可以利用PEM 376。PEM 376以与PEM 376连接到混合变压器374中的辅助次级绕组84相同的方式连接到辅助初级绕组。

现在参照图39，示出了包括三相电磁变压器392和PEM 394的三相混合变压器390。电磁变压器392包括用于连接到电压源的三个初级绕组312a、b、c。对每个初级绕组312，有主要次级绕组400和辅助次级绕组402。在图40中示出了PEM 394，并且PEM 394包括并联连接于第一和第二桥406、408之间的DC母线404。第一桥406连接到如所示可以在三角或者星形配置中连接的辅助次级绕组402。如果在三角配置中连接辅助次级绕组402，则第一桥406具有三个切换支路412、414、416。如果在星形配置中连接辅助次级绕组402，则还包括第四支路418。第二桥408具有四个切换支路420、422、424、426。每个切换支路412-426包括串联连接的一对切换装置432，每个切换装置可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)和反并联二极管。DC母线404包括电容器434。

第一滤波器440连接于一侧上的辅助次级绕组402与另一侧上的切换支路412-418之间。第二滤波器442连接于一侧上的切换支路420-426与另一侧上的主要次级绕组400和负载中性线之间。经过第一滤波器440连接的线路a1’、b1’、c1’分别将辅助次级绕组402连接到切换支路412-418的节点，其中每个节点位于切换装置432之间。经过滤波器442连接的线路a1、b1、c1将主要次级绕组400连接到切换支路422-426的节点，其中每个节点位于切换装置432之间。线路N经过滤波器442将输出套管446连接到位于切换装置432之间的切换支路420的节点。输出套管446适合于连接到负载的中性线。第一和第二滤波器440、442有助于防止高频谐波由于切换装置432的切换而引入到变压器390的输出电压以及初级和次级绕组312、400、402中的电流中。第一和第二滤波器440、442各自包括以与滤波器160中的方式类似的方式布置、但是用于三相的电感器和可选电容器。

控制装置450控制第一桥406以调节DC母线404的电压而又也可选地提供其它特征、比如通过经过变压器耦合向负载提供无功功率来提供谐波滤波并且提高初级侧功率因子。控制装置450控制第二桥408以将变压器390的输出电压维持于设置值或者参考输出电压并且维持为干净正弦波形。因此，在电压暂降的情况下，控制装置450增加PEM 394的电压输出，而在电压骤升的情况下，控制装置450减少PEM 394的电压输出。

虽然未示出，但是可以提供除了变压器具有PEM 394连接到的主要和辅助初级绕组之外与三相通用变压器390构造相同的三相混合变压器。

在上述三相混合变压器中，一个或多个控制装置可以是智能电子装置(IED)或者可以与IED接口，其中IED除了一个或多个VSC之外还控制和监视混合变压器的操作方面。这样的IED可以基本上类似于上述IED 260并且以与IED 260基本上相同的方式操作。

本发明的混合变压器提供诸多益处。PEM可操作用于控制混合变压器的初级侧上的功率因子。对照而言，常规变压器的初级侧上的功率因子依赖于负载。此外，PEM可操作用于在输入电压的暂降或者暂升的情况下减少混合变压器的输出电压的波动。混合变压器的输入电流也小于常规变压器的输入电流，因为混合变压器生成所有所需无功功率、因此电压源仅向负载提供有功功率。混合变压器可以使用于数据中心、海上推进系统、汽车制造设施、制药厂、医院、聚合物加工厂、造纸厂和风场中。

在图41(a)中示出了用于功率因子纠正的常规功率系统550。功率系统550包括常规电磁变压器560和可切换电容器组570。通过递增阶跃切换电容器组570以提供负载功率因子纠正所需要的无功功率。这一方法的特征在于慢速响应和大覆盖区。图41(b)中所示混合变压器(10-20、66、68、76或者90)提供功率因子纠正所需要的无功功率输出的连续和快速改变。它提供一种需要更少电容器额定值和有限覆盖区的集成解决方案。

在图42中，功率系统600使用两个并行线路630和640来连接两个网络610和620。在实践中，并行线路不具有相同阻抗，并且流动于一个线路中的功率大于流动于另一线路中的功率。在重负载条件之下，线路630、640之一可能遭受热超载、由此引起线路暂降和机械应力。当混合变压器(10-20、66、68、76或者90)与线路630串联布局时，它允许通过对输出电压施加相移来控制经过线路630的功率流。混合变压器(10-20、66、68、76或者90)可以与两个线路630和640串联布局并且控制该过道(corridor)上的功率流。

在图43(a)中示出了用于数据中心的常规功率系统700。功率系统700包括常规电磁变压器702、常规不间断电源(UPS)704、电池组706和整流器708。UPS 704和变压器702连接到AC电压源并且向AC负载提供已调控AC功率。UPS 704连接到电池组706以在电压源失效的情况下提供AC功率。整流器708将已调控AC功率转换成用来向DC负载如计算机供电的DC功率。

常规功率系统700可以替换为具有经过开关28连接于混合变压器的DC输出端子22两端的电池组26的混合变压器(10-20、66、68、76或者90)。如图43(b)中所示，DC负载连接到混合变压器(10-20、66、68、76或者90)的DC输出端子。在正常条件之下，电池组26维持于全充电，但是开关28打开。从PEM(30或者31)向DC负载提供DC功率。在出现断电时，开关28闭合并且从电池组26向DC负载供应DC功率直至恢复AC功率或者启动本地发电机单元。

具有电池组26的混合变压器(10-20、66、68、76或者90)提供与常规功率系统700相同的益处、但是效率更高并且设备更少。

如本领域技术人员将理解的那样并且如前文提到的那样，本发明可以实施为或者采用如下形式：对前述混合变压器进行控制和监视的方法、具有配置成实现这些方法的程序代码的计算机设备或者系统、在计算机可用或者计算机可读介质(具有实施于该介质中的计算机可用程序代码)上的计算机程序产品。计算机可用或者计算机可读介质可以是任何如下介质，该介质可以包含、存储、传达、传播或者传送用于由指令执行系统、装置或者设备使用或者与指令执行系统、装置或者设备结合使用的程序并且可以例如是但不限于电子、磁、光学、电磁、红外线或者半导体系统、装置、设备或者传播介质或者甚至是程序印刷于其上的纸或者其它适当介质。计算机可读介质的更多具体示例(非穷举列表)将包括：便携计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或者闪存)、光纤、便携致密盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储设备、传输介质(比如支持因特网或者内部网的传输介质)或者磁存储设备。可以用任何适当编程语言编写用于实现本发明操作的计算机程序代码或者指令，只要它允许实现前述技术结果。程序代码可以完全在用户的计算设备上、部分在用户的计算设备上、作为独立软件包、部分在用户的计算机上而部分在远程计算机上或者完全在远程计算机或者服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以经过局域网(LAN)或者广域网(WAN)连接到用户的计算机，或者可以连接到外部计算机(例如经过使用因特网服务提供商的因特网)。

将理解对前文一个或多个示例实施例的描述旨在于仅举例说明而非穷举本发明。本领域普通技术人员将能够对公开的主题内容的一个或多个实施例进行某些添加、删除和/或修改而不脱离如所附权利要求书限定的本发明的精神或者它的范围。

Claims

1.一种混合配电变压器，具有用于从电源接收输入电压和电流的初级侧以及用于向负载提供输出电压和电流的次级侧，所述混合配电变压器包括：

铁磁芯；

绕组结构，包括围绕所述芯缠绕的第一和第二绕组，其中所述第一和第二绕组之一是用于连接到所述电源的初级绕组并且所述第一和第二绕组之一是用于连接到所述负载的次级绕组；以及

电压源换流器，连接到所述第一绕组并且可操作用于在DC与AC电压之间转换，所述电压源换流器包括：

至少一个切换桥，包括两个或者更多切换装置；

DC母线，与所述至少一个切换桥并联连接；以及

控制器，可操作用于控制所述至少一个切换桥以控制所述混合配电变压器的所述初级侧上的功率因子并且在所述输入电压改变的情况下减少所述输出电压的变化。

2.根据权利要求1所述的混合配电变压器，其中所述电压源换流器与所述第一绕组串联连接。

3.根据权利要求2所述的混合配电变压器，其中所述第一绕组是所述初级绕组而所述第二绕组是所述次级绕组。

4.根据权利要求2所述的混合配电变压器，其中所述第一绕组是所述次级绕组而所述第二绕组是所述初级绕组。

5.根据权利要求2所述的混合配电变压器，还包括分压器，所述分压器具有连接于所述电压源换流器与所述第一绕组之间的输出。

6.根据权利要求1所述的混合配电变压器，还包括：第三绕组，围绕所述芯缠绕并且设置于所述芯的与所述第一绕组相同的电压侧上，并且其中所述电压源换流器与所述第一绕组并联连接。

7.根据权利要求1所述的混合配电变压器，其中所述第一绕组具有相对末端、设置于所述末端之间的多匝和连接到所述匝之一的内抽头，所述内抽头有助于限定所述第一绕组的第一和第二绕组部分，并且其中所述电压源换流器连接到所述内抽头。

8.根据权利要求7所述的混合配电变压器，其中所述混合配电变压器的输入电压或者输出电压对应于在所述第一绕组部分两端的电压，并且其中所述电压源换流器连接于所述第二绕组部分两端。

9.根据权利要求8所述的混合配电变压器，其中所述第一绕组是所述初级绕组。

10.根据权利要求8所述的混合配电变压器，其中所述第一绕组是所述次级绕组。

11.根据权利要求7所述的混合配电变压器，其中所述混合配电变压器的输入电压或者输出电压对应于在所述第一绕组部分的末端或者外抽头和在所述电压源换流器的切换桥中的两个切换装置之间的节点两端的电压。

12.根据权利要求11所述的混合配电变压器，其中所述第一绕组是所述初级绕组。

13.根据权利要求11所述的混合配电变压器，其中所述第一绕组是所述次级绕组。

14.根据权利要求1所述的混合配电变压器，其中所述电压源换流器是包括与DC母线并联连接的第一和第二切换桥的半桥逆变器。

15.根据权利要求1所述的混合配电变压器，其中所述电压源换流器是包括与DC母线并联连接的切换桥的半桥逆变器。

16.根据权利要求1所述的混合配电变压器，还包括用于监视所述混合配电变压器的操作的传感器和智能电子装置(IED)，所述IED连接成从DC桥接收DC功率并且可操作用于从所述传感器接收所述混合配电变压器的操作数据，所述操作数据包括所述第一和第二绕组中的电流、电压和温度。

17.根据权利要求16所述的混合配电变压器，其中所述IED包括所述控制器并且由通信链路连接到远程定位的控制中心，所述IED可操作用于向所述控制中心发送所述操作数据并且从所述控制中心接收用于所述控制器的命令。

18.根据权利要求1所述的混合配电变压器，还包括连接于所述第一绕组与所述电压源换流器之间的滤波器和保护装置，所述滤波器可操作用于抑制由于所述切换装置的操作而出现的高频谐波，并且所述保护装置可操作用于在所述电压源换流器出故障的情况下产生绕过所述电压源换流器的旁路。

19.根据权利要求18所述的混合配电变压器，其中所述保护装置由所述控制器控制并且包括两个或者更多开关和阻抗，并且其中当检测到网络故障时故障电流引向所述阻抗。

20.根据权利要求1所述的混合配电变压器，其中所述绕组结构是第一绕组结构，并且其中所述混合配电变压器还包括第二绕组结构和第三绕组结构，每个绕组结构包括围绕所述芯缠绕的第一和第二绕组，其中所述第一和第二绕组之一是用于连接到所述电源的初级绕组并且所述第一和第二绕组之一是用于连接到所述负载的次级绕组。

21.根据权利要求20所述的混合配电变压器，其中所述第一绕组中的每个第一绕组具有多匝和连接到所述匝之一的抽头；

其中至少一个切换桥包括并联连接的多个切换桥；

其中所述切换桥中的第一、第二和第三切换桥中的节点分别连接到所述第一绕组的抽头；

其中所述切换桥中的第四、第五和第六切换桥中的节点分别连接到所述第一绕组的末端；

其中所述切换桥中的第七切换桥中的节点连接到适合于连接到所述电压源或者所述负载的套管；并且

其中在每个所述切换桥中，所述节点位于所述切换装置之间。

22.根据权利要求21所述的混合配电变压器，其中所述第二绕组是用于连接到所述负载的次级绕组并且所述套管是适合于连接到所述负载的输出套管。

23.一种混合配电变压器，具有用于从电源接收输入电压和电流的初级侧以及用于向负载提供输出电压和电流的次级侧，所述混合配电变压器包括：

(a.)铁磁芯；

(b.)三个绕组组件，装配到所述芯，每个绕组组件包括第一、第二和第三绕组，所述第一和第二绕组中的一个绕组是用于连接到所述电压源的初级绕组并且所述第一和第二绕组中的另一绕组是用于连接到所述负载的次级绕组，所述第三绕组是辅助初级绕组或者辅助次级绕组；

(c.)电压源换流器，连接到所述第二和第三绕组，所述换流器包括：

第一桥，包括并联连接的第一、第二和第三电路支路，所述第一、第二和第三电路支路中的每个电路支路包括串联连接的一对半导体开关，其中所述第一、第二和第三电路支路中的节点分别连接到所述第三绕组的末端，并且其中在所述第一、第二和第三电路支路中的每个电路支路中，所述节点位于所述半导体开关之间；以及

第二桥，包括并联连接的第四、第五和第六电路支路，所述第四、第五和第六电路支路中的每个电路支路包括串联连接的一对半导体开关，其中所述第四、第五和第六支路中的节点分别连接到所述第二绕组的末端，并且其中在所述第四、第五和第六电路支路中的每个电路支路中，所述节点位于所述半导体开关之间；

DC母线，与所述第一和第二桥并联连接；以及

(d.)控制器，可操作用于控制所述换流器以控制所述混合配电变压器的所述初级侧上的功率因子并且在所述输入电压改变的情况下减少所述输出电压的变化。

24.根据权利要求23所述的混合配电变压器，其中所述DC桥连接于所述第一与第二桥之间并且包括电容器。

25.根据权利要求23所述的混合配电变压器，其中所述第二桥还包括第七电路支路，所述第七电路支路包括串联连接的一对半导体开关，所述第七电路支路在节点处连接到适合于连接到所述电压源或者所述负载的套管，所述节点位于所述半导体开关之间。

26.根据权利要求25所述的混合配电变压器，其中所述第二绕组是用于连接到所述负载的主要次级绕组，所述第三绕组是辅助次级绕组，并且所述套管是适合于连接到所述负载的输出套管。

27.根据权利要求26所述的混合配电变压器，其中在星形配置中连接所述第三线圈，并且其中所述第一桥还包括第八电路支路，所述第八电路支路包括串联连接的一对半导体开关，所述第八电路支路在节点处连接到所述星形配置的中性线，所述节点位于所述半导体开关之间。

28.根据权利要求23所述的混合配电变压器，还包括用于监视所述混合配电变压器的操作的传感器和智能电子装置(IED)，所述IED连接成从所述DC桥接收DC功率并且可操作用于从所述传感器接收所述混合配电变压器的操作数据，所述操作数据包括所述第一和第二绕组中的电流、电压和温度。

29.根据权利要求23所述的混合配电变压器，其中所述IED包括所述控制器并且由通信链路连接到远程定位的控制中心，所述IED可操作用于向所述控制中心发送所述操作数据并且从所述控制中心接收用于所述控制器的命令。