CN104767212A - 一种混合式电力电子变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混合式电力电子变压器，包括双绕组变压器、电力电子开关k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆、VSC₁、VSC₂、VSC₃、VSC₄、HT、LT、DCPT、电容器以及相应的控制系统，适用于低压侧负载不平衡以及负载水平相差较大的变电所。当低压侧负载不平衡时，通过采集双绕组变压器低压侧的电气量，对低压侧的a、b、c三相电流进行解耦，通过调节VSC₂、VSC₃、VSC₄的脉宽调制比m₂、m₃、m₄和相位角δ₂、δ₃、δ₄，来补偿低压侧的负序电流和正序无功电流，通过调节VSC₁的脉宽调制比m₁和相位角δ₁，补偿高压侧无功功率并使得直流电容电压维持恒定，本发明相较于现有的电力电子变压器，容量大、成本低，控制策略精确，补偿效果更优，随着电力电子技术的快速发展，将拥有广阔的应用前景。

Description

一种混合式电力电子变压器

技术领域

本发明属于电力电子技术应用于电网的电能传输及电能质量治理领域，涉及一种负序分量补偿和有功分量平衡的设备，适用于低压侧负载不平衡以及负载水平相差较大的变电所，以双绕组变压器两侧实测电气量为状态反馈量，采用闭环控制，是一种混合式电力电子变压器(HPET，Hybrid Power Electronic Transformer)。

背景技术

现有的电力电子变压器(Power Electronic Transformer，PET)是一种含有电力电子变换器且通过高频变压器实现磁耦合的变电装置，它通过电力电子变换技术和高频变压器实现电力系统中的电压变换和能量传递，改善供电电能质量。

由于现有的电力电子变压器采用五级变换结构，且直接将电力电子设备接入电网，故其容量低、效率低、成本大。在电力系统中，负荷总存在某种程度的不对称，当这种不对称负荷接入电网时，现有的电力电子变压器的低压侧会出现负序电流以及正序电流无功分量，对于电网的安全稳定运行具有不利影响，因而改善电能质量的效果并不理想。

发明内容

发明目的：为了降低电网中的负序电流、正序电流无功分量以及节约成本，本发明提出一种混合式电力电子变压器。以传统工频变压器作为功率传输的主体，以电力电子设备具有容量大、成本低、效率高、兼容性好等优点。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种混合式电力电子变压器，包括双绕组变压器T，电力电子开关k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆，三相电压源换流器VSC₁，单相电压源换流器VSC₂，单相电压源换流器VSC₃，单相电压 源换流器VSC₄，高压侧互感器HT，低压侧互感器LT，直流电压互感器DCPT、直流电容器C_dc和控制系统；双绕组变压器T的高压侧三相线圈分别连接电力电子开关k₁、k₂、k₃，双绕组变压器T的低压侧三相线圈分别连接电力电子开关k₄、k₅、k₆，双绕组变压器T的两侧都接有电力电子开关，便于投切双绕组变压器；

高压侧互感器HT设置在双绕组变压器T的高压侧，低压侧互感器LT设置在双绕组变压器的低压侧，直流电压互感器DCPT连接在直流电容器C_dc的两端；直流电容器C_dc并联在三相电压源换流器VSC₁与单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄之间；单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄分别与双绕组变压器T低压侧的A相、B相和C相相连，三相电压源换流器VSC₁连接在双绕组变压器T高压侧；

高压侧互感器HT、低压侧互感器LT、直流电压互感器DCPT均连接控制系统的输入端，控制系统的输出端连接三相电压源换流器VSC₁以及三个单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄。高压侧互感器HT、低压侧互感器LT实时采集双绕组变压器T两侧的电流、电压，然后再将其传输至控制系统的输入端。

控制系统包括输入单元、闭环控制单元和输出单元；输入单元、闭环控制单元和输出单元依次连接。

输入单元包括信号处理单元；

闭环控制单元包括VSC₁控制模块、VSC₂控制模块、VSC₃控制模块和VSC₄控制模块，通过解耦在补偿的低压侧负序有功电流、负序无功电流、正序无功电流以及高压侧实测无功功率和维持直流电容电压恒定的条件下，计算出作用于VSC₁控制模块、VSC₂控制模块、VSC₃控制模块和VSC₄控制模块的控制信号；

输出单元包括PWM生成电路和驱动放大电路，PWM生成电路将控制信号调制成PWM控制脉冲，驱动放大电路将PWM控制脉冲放大后驱动电力电子器件。

较优地，控制系统还包括人机界面，与闭环控制单元相连接，用于显示和设定相关参数。

高压侧互感器HT和低压侧互感器LT实时采集变压器高压侧和低压侧的电流、电压以及直流电容电压，将采集的数据传至输信号处理单元，信号处理单元将双绕组变压器T低压侧A、B、C三相电流实时解耦，得到电网低压侧注入点的正序有功电流、正序无功电流、负序有功电流、负序无功电流四组电流分量；

由解耦所得正序无功电流、负序无功电流、负序有功电流的解析式可知，若要将正序无功电流、负序无功电流、负序有功电流补偿至零，即将A相、B相、C相的无功功率Q_a、Q_b、Q_c分别补偿至零，且将A相、B相、B相的有功功率P_a、P_b、P_c分别调节至P′_a、P′_b、P′_c，其中 $P_a^{\′}=P_b^{\′}=P_c^{\′}=\frac{1}{3}(P_a+P_b+P_c);$

当低压侧负载不平衡时，闭环控制单元以变压器两侧的实测电气量作为状态反馈量，来补偿低压侧正序无功电流、负序有功电流、负序无功电流以及高压侧无功功率，同时维持直流电容电压恒定。

VSC₂控制模块、VSC₃控制模块和VSC₄控制模块通过调节单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄的脉宽调制比m₂、m₃、m₄和相位角δ₂、δ₃、δ₄，将双绕组变压器T低压侧的正序无功电流、负序无功电流、负序有功电流补偿至零，其中，负序有功电流优先补偿，负序无功电流次之，正序无功电流最后补偿。

VSC₁控制模块通过调节三相电压源换流器VSC₁的脉宽调制比m₁和相位角δ₁，将高压侧无功功率补偿至零，使注入高压侧电网的无功为零；同时保持直流电容电压恒定，使三相电压源换流器VSC₁，单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄保持正常工作。

当低压侧带不同水平的负载时，混合式电力电子变压器采取不同运行方式。当低压侧负载超过门限值时，双绕组变压器两侧电力电子开关闭合，双绕组变压器投入运行，利用三相电压源换流器VSC₁，单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄来补偿不平衡负载；当低压侧负载低于门限值时，双绕组变压器两侧电力电子开关断开，双绕组变压器退出运行，直接采取四个VSC来变换电压，节约运行成本。

即本发明的闭环控制环节由VSC₁控制模块、VSC₂控制模块、VSC₃控制模块、VSC₄控制模块组成，由解耦所得正序无功电流、负序无功电流、负序有功电流的解析式以及高压侧实测无功功率和直流电容电压，在需要补偿的低压侧负序有功电流、负序无功电流、正序无功 电流、高压侧无功功率、高压侧无功功率以及维持直流电容电压恒定的条件下，计算出作用于四个控制模块的控制信号，即VSC₁、VSC₂、VSC₃、VSC₄的脉宽调制比m₁、m₂、m₃、m₄和相位角δ₁、δ₂、δ₃、δ₄。输出端接受闭环控制环节的信号，将其调制成PWM₁、PWM₂、PWM₃、PWM₄控制脉冲，再经驱动放大电路将控制脉冲放大后驱动VSC₁、VSC₂、VSC₃、VSC₄的电力电子开关器件。

所述双绕组变压器的两侧接有电力电子开关k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆，便于根据双绕组变压器低压侧负载程度的不同，双绕组变压器采取不同的运行方式，即双绕组变压器投入或切除。当实时监测到低压侧负载水平较低时，调节电力电子开关k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆，使其全部断开，双绕组变压器退出运行，直接通过VSC₁、VSC₂、VSC₃、VSC₄来变压，降低了变压损耗，节约了成本。

本发明可以带来的有益效果如下：

(1)与现有的电力电子变压器相比，无须采用五级变压，且电力电子器件没有直接接入高压电网，故结构简单、成本低、可靠性高。

(2)通过解耦，在补偿低压侧负序有功电流、负序无功电流、正序无功电流、高压侧无功功率、高压侧无功功率以及维持直流电容电压恒定的条件下，计算出作用于四个控制模块的控制信号，有效地将负序电流补偿至零，且功率因素提高至1，改善电能质量效果更佳。

(3)能够根据双绕组变压器负载水平的不同，合理地切换变压器的运行方式，有效地节约运行成本，提高运行效率。

综上所述，本发明拥有功率因素高，负序补偿效果直接、精确以及节约运行成本的特点。随着电力电子技术的快速发展，将拥有广阔的应用价值和前景。

附图说明

图1是本发明的混合式电力电子变压器结构示意图；

图2是本发明的控制系统的结构示意图；

图3是本发明的VSC₂控制模块的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种混合式电力电子变压器，包括双绕组变压器T，电力电子开关k₁、 k₂、k₃、k₄、k₅、k₆，三相电压源换流器VSC₁，单相电压源换流器VSC₂，单相电压源换流器VSC₃，单相电压源换流器VSC₄，高压侧互感器HT，低压侧互感器LT，直流电压互感器DCPT、直流电容器C_dc和控制系统；双绕组变压器T的高压侧三相线圈分别连接电力电子开关k₁、k₂、k₃，双绕组变压器T的低压侧三相线圈分别连接电力电子开关k₄、k₅、k₆，双绕组变压器T的两侧都接有电力电子开关，便于投切双绕组变压器；

高压侧互感器HT设置在双绕组变压器T的高压侧，低压侧互感器LT设置在双绕组变压器的低压侧，直流电压互感器DCPT连接在直流电容器C_dc的两端；直流电容器C_dc并联在三相电压源换流器VSC₁与单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄之间；单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄分别与双绕组变压器T低压侧的A相、B相和C相相连，三相电压源换流器VSC₁连接在双绕组变压器T高压侧；

高压侧互感器HT、低压侧互感器LT、直流电压互感器DCPT均连接控制系统的输入端，控制系统的输出端连接三相电压源换流器VSC₁以及三个单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄。高压侧互感器HT、低压侧互感器LT实时采集双绕组变压器T两侧的电流、电压，然后再将其传输至控制系统的输入端，当低压侧负载水平较低时，调节电力电子开关k1、k2、k3、k4、k5、k6，使其全部断开。此时，双绕组变压器退出运行，低压侧负载直接通过VSC₁、VSC₂、VSC₃、VSC₄接入电网；当负载水平较高时，则调节电力电子开关k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆，使其全部闭合，双绕组变压器T投入运行，此时，VSC₁、VSC₂、VSC₃以及VSC₄配合双绕组变压器，且补偿正序低压侧的正序无功电路、负序无功电流、负序有功电流以及高压侧无功功率。

如图2所示，控制系统包括输入单元、闭环控制单元和输出单元；输入单元、闭环控制 单元和输出单元依次连接。

输入单元包括信号处理单元；

闭环控制单元包括VSC₁控制模块、VSC₂控制模块、VSC₃控制模块和VSC₄控制模块，通过解耦在补偿的低压侧负序有功电流、负序无功电流、正序无功电流以及高压侧实测无功功率和维持直流电容电压恒定的条件下，计算出作用于VSC₁控制模块、VSC₂控制模块、VSC₃控制模块和VSC₄控制模块的控制信号；

输出单元包括PWM生成电路和驱动放大电路，PWM生成电路将控制信号调制成PWM控制脉冲，驱动放大电路将PWM控制脉冲放大后驱动电力电子器件。

较优地，控制系统还包括人机界面，与闭环控制单元相连接，用于显示和设定相关参数。

高压侧互感器HT和低压侧互感器LT实时采集变压器高压侧和低压侧的电流、电压以及直流电容电压，将采集的数据传至输信号处理单元，信号处理单元将双绕组变压器T低压侧A、B、C三相电流实时解耦，得到电网低压侧注入点的正序有功电流、正序无功电流、负序有功电流、负序无功电流四组电流分量；

由解耦所得正序无功电流、负序无功电流、负序有功电流的解析式可知，若要将正序无功电流、负序无功电流、负序有功电流补偿至零，即将A相、B相、C相的无功功率Q_a、Q_b、Q_c分别补偿至零，且将A相、B相、B相的有功功率P_a、P_b、P_c分别调节至P_a'、P_b'、P_c'，其中 $P_a^{\′}=P_b^{\′}=P_c^{\′}=\frac{1}{3}(P_a+P_b+P_c);$

当低压侧负载不平衡时，闭环控制单元以变压器两侧的实测电气量作为状态反馈量，来补偿低压侧正序无功电流、负序有功电流、负序无功电流以及高压侧无功功率，同时维持直流电容电压恒定。

VSC₂控制模块、VSC₃控制模块和VSC₄控制模块通过调节单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄的脉宽调制比m₂、m₃、m₄和相位角δ₂、δ₃、δ₄，将双绕组变压器T低压侧的正序无功电流、负序无功电流、负序有功电流补偿至零，其中，负序有功电流优先补偿，负序无功电流次之，正序无功电流最后补偿。

VSC₁控制模块通过调节三相电压源换流器VSC₁的脉宽调制比m₁和相位角δ₁，将高压侧无功功率补偿至零，使注入高压侧电网的无功为零；同时保持直流电容电压恒定，使三相电压源换流器VSC₁，单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄保持正常工作。

当低压侧带不同水平的负载时，混合式电力电子变压器采取不同运行方式。当低压侧负载超过门限值时，双绕组变压器两侧电力电子开关闭合，双绕组变压器投入运行，利用三相电压源换流器VSC₁，单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄来补偿不平衡负载；当低压侧负载低于门限值时，双绕组变压器两侧电力电子开关断开，双绕组变压器退出运行，直接采取四个VSC来变换电压，节约运行成本。

即本发明的闭环控制环节由VSC₁控制模块、VSC₂控制模块、VSC₃控制模块、VSC₄控制模块组成，由解耦所得正序无功电流、负序无功电流、负序有功电流的解析式以及高压侧实测无功功率和直流电容电压，在需要补偿的低压侧负序有功电流、负序无功电流、正序无功电流、高压侧无功功率、高压侧无功功率以及维持直流电容电压恒定的条件下，计算出作用于四个控制模块的控制信号，即VSC₁、VSC₂、VSC₃、VSC₄的脉宽调制比m₁、m₂、m₃、m₄和相位角δ₁、δ₂、δ₃、δ₄。输出端接受闭环控制环节的信号，将其调制成PWM₁、PWM₂、PWM₃、PWM₄控制脉冲，再经驱动放大电路将控制脉冲放大后驱动VSC₁、VSC₂、VSC₃、VSC₄的电力电子开关器件。

所述双绕组变压器的两侧接有电力电子开关k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆，便于根据双绕组变压器低压侧负载程度的不同，双绕组变压器采取不同的运行方式，即双绕组变压器投入或切除。当实时监测到低压侧负载水平较低时，调节电力电子开关k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆，使其全部断开，双绕组变压器退出运行，直接通过VSC₁、VSC₂、VSC₃、VSC₄来变压，降低了变压损耗，节约了成本。

本发明混合式电力电子变压器控制过程如下：

高压侧互感器HT、低压侧互感器LT实时采集双绕组变压器T两侧的电流、电压，然后再将其传输至控制系统的输入端，当低压侧负载水平较低时，调节电力电子开关k1、k2、k3、k4、k5、k6，使其全部断开。此时，双绕组变压器退出运行，低压侧负载直接通过VSC₁、VSC₂、VSC₃、VSC₄接入电网；当负载水平较高时，则调节电力电子开关k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆，使其全部闭合，双绕组变压器T投入运行，此时，VSC₁、VSC₂、VSC₃以及VSC₄配合双绕组变压器，且补偿正序低压侧的正序无功电路、负序无功电流、负序有功电流以及高压侧无功功率。

当双绕组变压器T重载运行时，控制系统的输入端通过HT、LT、DCPT从双绕组变压器 两侧实时采集信号，经信号处理器处理，解耦得到注入低压侧电网正序有功电流、正序无功电流、负序有功电流、负序无功电流四组分量。控制系统(闭环控制环节)根据需要补偿的低压侧负序有功电流、负序无功电流、正序无功电流、高压侧无功功率、高压侧无功功率，计算出作用于四个控制模块的控制信号，即VSC₁、VSC₂、VSC₃、VSC₄的脉宽调制比m₁、m₂、m₃、m₄和相位角δ₁、δ₂、δ₃、δ₄。输出端将控制信号调制生成PWM₁、PWM₂、PWM₃、PWM₄控制脉冲，并放大后驱动VSC₁、VSC₂、VSC₃、VSC₄的电力电子开关器件。

由于VSC₁控制模块、VSC₂控制模块、VSC₃控制模块、VSC₄控制模块的工作流程相似，故用VSC₂控制模块的工作流程为例来说明。VSC₂控制模块的工作流程图如图3所示：图中HT从双绕组变压器高压侧实测三相电流I_A、I_B、I_C以及三相电压U_A、U_B、U_C；LT从双绕组变压器低压侧实测三相电流I_a、I_b、I_c以及三相电压U_a、U_b、U_c；DCPT测量直流电容电压U_dc。测量值传输至信号处理单元，实时计算出正序有功电流I_1P、正序无功电流I_1Q、负序有功电流I_2P、负序无功电流I_2Q，然后传输给闭环控制环节中的VSC₂控制模块。VSC₂控制模块包括A相负序电流补偿控制单元、A相无功电流控制单元。A相负序电流补偿控制单元外环以I_2P为控制量，并设定其目标值为零，从而通过有功分量补偿A相的负序电流。A相无功电流控制单元外环以I_1Q+I_2Q为控制量，并设定其目标值为零，从而综合补偿了低压侧电流的无功分量。

控制系统的控制过程推导如下：

假设三绕组变压器高压侧的电压是三相对称的，其原边、副边电流电压关系：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_a\\ {\stackrel{\·}{U}}_b\\ {\stackrel{\·}{U}}_c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\frac{1}{K}& 0& 0\\ 0& \frac{1}{K}& 0\\ 0& 0& \frac{1}{K}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_A\\ {\stackrel{\·}{U}}_B\\ {\stackrel{\·}{U}}_C\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，分别为变压器高、低压侧三相电压，K为变压器高压侧与低压侧的变比，由(1)式可知，变压器低压侧三相电压也是对称的。以a相电压为基准，即则根据对称分量法，可得到变压器低压侧正序、负序电流为：

${\stackrel{\·}{I}}_1=\frac{1}{3}({\stackrel{\·}{I}}_a+a{\stackrel{\·}{I}}_b+a^2{\stackrel{\·}{I}}_c)---\left(2\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_2=\frac{1}{3}({\stackrel{\·}{I}}_a+a^2{\stackrel{\·}{I}}_b+a{\stackrel{\·}{I}}_c)---\left(3\right)$

其中， $a=e^{j120}=-\frac{1}{2}+j\frac{\sqrt{3}}{2},a^2=e^{j240}=-\frac{1}{2}-j\frac{\sqrt{3}}{2},$ 假设三绕组变压器低压侧a相、b相、c相负载分别为P_a+jQ_a、P_b+jQ_b、P_c+jQ_c，则可以得到a相、b相、c相的电流分别为：

${\stackrel{\·}{I}}_b={\left[\frac{P_b+j{Q}_b}{{\stackrel{\·}{U}}_b}\right]}^{*}---\left(5\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_c={\left[\frac{P_c+j{Q}_c}{{\stackrel{\·}{U}}_c}\right]}^{*}---\left(6\right)$

将公式(4)、(5)和(6)带入到公式(3)和(4)，可得：

${\stackrel{\·}{I}}_1=\frac{P_a+P_b+P_c}{3U_a}-j\frac{Q_a+Q_b+Q_c}{3U_a}---\left(7\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_2=\frac{6P_a-3P_b-3P_c+3\sqrt{3}{Q}_b-3\sqrt{3}{Q}_c}{6U_a}+j\frac{3Q_b+3Q_c-6Q_a+3\sqrt{3}{P}_b-3\sqrt{3}{P}_c}{6U_a}---\left(8\right)$

由公式(7)和(8)可以看出理想状态下变压器高压侧的负序电流与低压侧负载的关系。若要使得低压侧负序电流为0，即要求变压器a、b、c三相负载的无功和有功均相同。由此，变压器低压侧的正序、负序电流可以分别分解为有功分量和无功分量，两者均相互垂直。

${\stackrel{\·}{I}}_1=I_{1P}+j{I}_{1Q}---\left(9\right)$

${\stackrel{\·}{I}}_2=I_{2P}+j{I}_{2Q}---\left(10\right)$

其中

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{1P}=\frac{P_a+P_b+P_c}{3U_a};I_{1Q}=-\frac{Q_a+Q_b+Q_c}{3U_a}\\ I_{2P}=\frac{6P_a-3P_b-3P_c+3\sqrt{3}{Q}_b-3\sqrt{3}{Q}_c}{6U_a};I_{2Q}=\frac{3Q_b+3Q_c-6Q_a+3\sqrt{3}{P}_b-3\sqrt{3}{P}_c}{6U_a}\end{array}\right.---\left(11\right)$

由公式(9)、(10)和(11)可以看出，针对三绕组变压器，其低压侧电流可以分解为以下几个分量：正序有功电流I_1P、正序无功电流I_1Q、负序有功电流I_2P、以及负序无功电流I_2Q。显然I_1P无需补偿，因此对补偿负序电流而言，需要首先补偿负序有功电流I_2P为零。对I_2Q进行补偿，其目的是补偿负序电流，兼顾提高功率因数；在完成负序补偿的基础上对I_1Q 进行补偿，其目的是为了提高功率因数。

根据本发明的技术方案能够实时的采集三绕组变压器高压侧的电流，计算出当前系统的无功缺额和负序电流，根据补偿容量和低压侧电流分量状态，制定相应更直接、精细、有选择的补偿方案，通过分别调整变压器低压侧和第三绕组上VSC₁、VSC组的交流输出，从而低压侧的无功功率和调配有功功率，达到有效的降低低压侧负序电流和提高低压侧功率因素的目的。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种混合式电力电子变压器，其特征在于：包括双绕组变压器T，电力电子开关k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆，三相电压源换流器VSC₁，单相电压源换流器VSC₂，单相电压源换流器VSC₃，单相电压源换流器VSC₄，高压侧互感器HT，低压侧互感器LT，直流电压互感器DCPT、直流电容器C_dc和控制系统；所述双绕组变压器T的高压侧三相线圈分别连接电力电子开关k₁、k₂、k₃，双绕组变压器T的低压侧三相线圈分别连接电力电子开关k₄、k₅、k₆，双绕组变压器T的两侧都接有电力电子开关，便于投切双绕组变压器；

所述高压侧互感器HT设置在双绕组变压器T的高压侧，所述低压侧互感器LT设置在双绕组变压器的低压侧，直流电压互感器DCPT连接在直流电容器C_dc的两端；直流电容器C_dc并联在三相电压源换流器VSC₁与单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄之间；单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄分别与双绕组变压器T低压侧的A相、B相和C相相连，三相电压源换流器VSC₁连接在双绕组变压器T高压侧；

所述高压侧互感器HT、低压侧互感器LT、直流电压互感器DCPT均连接控制系统的输入端，所述控制系统的输出端连接三相电压源换流器VSC₁以及三个单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄。

2.根据权利要求1所述的一种混合式电力电子变压器，其特征在于：所述控制系统包括输入单元、闭环控制单元和输出单元；所述输入单元、闭环控制单元和输出单元依次连接。

3.根据权利要求2所述的一种混合式电力电子变压器，其特征在于：

所述输入单元包括信号处理单元；

所述闭环控制单元包括VSC₁控制模块、VSC₂控制模块、VSC₃控制模块和VSC₄控制模块，通过解耦在补偿的低压侧负序有功电流、负序无功电流、正序无功电流以及高压侧实测无功功率和维持直流电容电压恒定的条件下，计算出作用于VSC₁控制模块、VSC₂控制模块、VSC₃控制模块和VSC₄控制模块的控制信号；

所述输出单元包括PWM生成电路和驱动放大电路，PWM生成电路将控制信号调制成PWM控制脉冲，驱动放大电路将PWM控制脉冲放大后驱动电力电子器件。

4.根据权利要求2所述的一种混合式电力电子变压器，其特征在于：还包括人机界面，与所述闭环控制单元相连接，用于显示和设定相关参数。

5.根据权利要求3所述的一种混合式电力电子变压器，其特征在于：所述高压侧互感器HT和低压侧互感器LT实时采集变压器高压侧和低压侧的电流、电压以及直流电容电压，将采集的数据传至输信号处理单元，信号处理单元将双绕组变压器T低压侧A、B、C三相电流实时解耦，得到电网低压侧注入点的正序有功电流、正序无功电流、负序有功电流、负序无功电流四组电流分量；

由解耦所得正序无功电流、负序无功电流、负序有功电流的解析式可知，若要将正序无功电流、负序无功电流、负序有功电流补偿至零，即将A相、B相、C相的无功功率Q_a、Q_b、Q_c分别补偿至零，且将A相、B相、B相的有功功率P_a、P_b、P_c分别调节至P′_a、P′_b、P′_c，其中 $P_a^{\′}=P_b^{\′}=P_c^{\′}=\frac{1}{3}(P_a+P_b+P_c);$

当低压侧负载不平衡时，所述闭环控制单元以变压器两侧的实测电气量作为状态反馈量，来补偿低压侧正序无功电流、负序有功电流、负序无功电流以及高压侧无功功率，同时维持直流电容电压恒定。

6.根据权利要求3所述的一种混合式电力电子变压器，其特征还在于：VSC₂控制模块、VSC₃控制模块和VSC₄控制模块通过调节单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄的脉宽调制比m₂、m₃、m₄和相位角δ₂、δ₃、δ₄，将双绕组变压器T低压侧的正序无功电流、负序无功电流、负序有功电流补偿至零，其中，负序有功电流优先补偿，负序无功电流次之，正序无功电流最后补偿。

7.根据权利要求3所述的一种混合式电力电子变压器，其特征在于：VSC₁控制模块通过调节三相电压源换流器VSC₁的脉宽调制比m₁和相位角δ₁，将高压侧无功功率补偿至零，使注入高压侧电网的无功为零；同时保持直流电容电压恒定，使三相电压源换流器VSC₁，单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄保持正常工作。

8.根据权利要求1所述的一种混合式电力电子变压器，其特征在于：当低压侧带不同水平的负载时，混合式电力电子变压器采取不同运行方式。当低压侧负载超过门限值时，双绕组变压器两侧电力电子开关闭合，双绕组变压器投入运行，利用三相电压源换流器VSC₁，单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄来补偿不平衡负载；当低压侧负载低于门限值时，双绕组变压器两侧电力电子开关断开，双绕组变压器退出运行，直接采取四个VSC来变换电压，节约运行成本。