CN108667074A - 一种可变频率变压器故障穿越电路的多端口变换器及电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可变频率变压器故障穿越电路的多端口变换器，通过多端口变换器的十二个开关可以等效出三个六开关的三相变换器，等效出的三个三相变换器分别通过第一输出端、第二输出端以及第三输出端，实现现有技术中四个三相变换器的功能，将组成变换器的开关的数量由二十四个减少至十二个，降低了变换器成本，进一步降低异步电网在建造时的成本，提高资源的利用率。本申请还公开了一种可变频率变压器故障穿越电路，具有上述有益效果。

Description

一种可变频率变压器故障穿越电路的多端口变换器及电路

技术领域

本申请涉及电网异步互联技术领域，特别涉及一种可变频率变压器故障穿越电路的多端口变换器以及可变频率变压器故障穿越电路。

背景技术

随着电网的不断建设，不同国家之间的电网可以将电能资源进行共享。其中，可以通过可变频率变压器，将不同频率的电网之间相互连接。其中，可变频率变压器是一种新型电网异步互联装置，可以实现不同频率电网的相互连接。与背靠背高压直流输电相比，可变频率变压器具有更好的自然阻尼和惯性支撑能力；运行平滑，无谐波污染；控制简单且过载能力强。

然而，可变频率变压器不具备故障穿越能力，当可变频率变压器的一侧电网发生电压跌落和不平衡故障时，可变频率变压器会被迫传输过大的短路电流和产生转矩波动，影响电网的安全稳定运行，严重时还会导致设备损坏。

为实现可变频率变压器的正常运行和电网故障穿越运行，目前技术一种可变频率变压器故障穿越电路，请参考图1，图1为现有技术提供的一种故障穿越电路。

现有技术提供的一种故障穿越电路包括1个H桥变换器和4个三相变换器。其中，H桥变换器用于控制可变频率变压器的直流电机，实现对有功功率的调节；串联三相变换器用于控制串联补偿变压器，实现可变频率变压器的故障穿越；并联三相变换器用于控制直流母线电压，为H桥变换器、串联三相变换器提供所需电能。由于电网故障可能发生在可变频率变压器的任意一侧，因此实现故障穿越控制需要2个串联三相变换器提供补偿电压，同时需要2个并联三相变换器为直流母线提供电能以维持系统的正常运行。

但是现有技术中用于实现故障穿越的2个串联三相变换器和2个并联三相变换器一种需要由24个功率开关管组成，导致故障穿越电路的总成本过高。

因此，如何降低故障穿越电路的总成本是本领域技术人员所关注的重点问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种可变频率变压器故障穿越电路的多端口变换器以及可变频率变压器故障穿越电路，通过多端口变换器的十二个开关可以等效出三个六开关的三相变换器，等效出的三个三相变换器分别通过第一输出端、第二输出端以及第三输出端，实现现有技术中四个三相变换器的功能，将组成变换器的开关的数量由二十四个减少至十二个，降低了变换器成本，进一步降低异步电网在建造是的成本，提高资源的利用率。

为解决上述技术问题，本申请提供一种可变频率变压器故障穿越电路的多端口变换器，包括：第一输出端、第二输出端、第三输出端、直流端、第一开关、第二开关直至第十二开关；

所述第一输出端的第一相分别与所述第一开关的第二端和所述第四开关的第一端连接，所述第一输出端的第二相分别与所述第二开关的第二端和所述第五开关的第一端连接，所述第一输出端的第三相分别与所述第三开关的第二端和所述第六开关的第一端连接；所述第二输出端的第一相分别与所述第四开关的第二端和所述第七开关的第一端连接，所述第二输出端的第二相分别与所述第五开关的第二端和所述第八开关的第一端连接，所述第二输出端的第三相分别与所述第六开关的第二端和所述第九开关的第一端连接；所述第三输出端的第一相分别与所述第七开关的第二端和所述第十开关的第一端连接，所述第三输出端的第二相分别与所述第八开关的第二端和所述第十一开关的第一端连接，所述第三输出端的第三相分别与所述第九开关的第二端和所述第十二开关的第一端连接；所述直流端的正极分别与所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端、所述第三开关的第一端连接，所述直流端的负极分别与所述第十开关的第二端、所述第十一开关的第二端、所述第十二开关的第二端连接。

可选的，所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关均包括绝缘栅双极型晶体管IGBT和二极管；

其中，所述IGBT的集电极与所述二极管的阴极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关的第一端；所述IGBT的发射极与所述二极管的阳极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关的第二端；所述IGBT的基极作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关的控制端。

可选的，所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关均包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOS和二极管；

其中，所述MOS的漏极与所述二极管的阴极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关的第一端；所述MOS的源极与所述二极管的阳极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关的第二端；所述MOS的栅极作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关的控制端。

可选的，还包括与所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关分别并联的冗余开关。

可选的，所述冗余开关为继电器。

本申请还提供一种可变频率变压器故障穿越电路，包括：第一电网、第二电网、可变频率变压器、第一补偿变压器、第二补偿变压器、H桥变换器、直流电容、滤波电感、控制器以及如上所述的多端口变换器，其中：

所述第一电网与所述可变频率变压器的定子连接，所述第二电网与所述可变频率变压器的转子连接；所述第一补偿变压器串联在所述第一电网和所述可变频率变压器的定子之间，所述第二补偿变压器串联在所述第二电网和所述可变频率变压器的转子之间；

所述H桥变换器的输出端与所述可变频率变压器的电机连接；

所述多端口变换器的第一输出端与所述第一补偿变压器的输入端连接；所述多端口变换器的第二输出端与所述第二补偿变压器的输入端连接；所述多端口变换器的第三输出端与所述滤波电感的第一端连接，所述滤波电感的第二端连接在所述第一补偿变压器和所述可变频率变压器的定子之间；所述多端口变换器的直流端的正极分别与所述直流电容的第一端和所述H桥变换器的输入端的第一端连接，所述多端口变换器的直流端的负极分别与所述直流电容的第二端和所述H桥变换器的输入端的第二端连接；

与所述多端口变换器连接的控制器，用于获取所述第一输出端和/或所述第二输出端的电压状态，根据所述电压状态进行补偿电压计算处理得到所述第一输出端和/或所述第二输出端的三相电压参考值；获取所述定子、所述直流电容和所述滤波电感的电压电流状态，根据所述电压电流状态进行直流电压计算处理得到所述第三输出端的三相电压参考值；对所有所述三相电压参考值进行调制处理得到控制信号，输出所述控制信号以便对发生故障的电网进行电压补偿，对直流端的电压进行调节。

本申请所提供的一种可变频率变压器故障穿越电路的多端口变换器，包括：第一输出端、第二输出端、第三输出端、直流端、第一开关、第二开关直至第十二开关；所述第一输出端的第一相分别与所述第一开关的第二端和所述第四开关的第一端连接，所述第一输出端的第二相分别与所述第二开关的第二端和所述第五开关的第一端连接，所述第一输出端的第三相分别与所述第三开关的第二端和所述第六开关的第一端连接；所述第二输出端的第一相分别与所述第四开关的第二端和所述第七开关的第一端连接，所述第二输出端的第二相分别与所述第五开关的第二端和所述第八开关的第一端连接，所述第二输出端的第三相分别与所述第六开关的第二端和所述第九开关的第一端连接；所述第三输出端的第一相分别与所述第七开关的第二端和所述第十开关的第一端连接，所述第三输出端的第二相分别与所述第八开关的第二端和所述第十一开关的第一端连接，所述第三输出端的第三相分别与所述第九开关的第二端和所述第十二开关的第一端连接；所述直流端的正极分别与所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端、所述第三开关的第一端连接，所述直流端的负极分别与所述第十开关的第二端、所述第十一开关的第二端、所述第十二开关的第二端连接。

通过多端口变换器的十二个开关可以等效出三个六开关的三相变换器，等效出的三个三相变换器分别通过第一输出端、第二输出端以及第三输出端，实现现有技术中四个三相变换器的功能，将组成变换器的开关的数量由二十四个减少至十二个，降低了变换器成本，进一步降低异步电网在建造时的成本，提高资源的利用率。

本申请还提供一种可变频率变压器故障穿越电路，具有上述有益效果，在此不做赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种故障穿越电路；

图2为本申请实施例所提供的一种可变频率变压器故障穿越电路的多端口变换器的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种多端口变换器的结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种可变频率变压器故障穿越电路的结构示意图；

图5为本申请实施例所提供的另一种可变频率变压器故障穿越电路的结构示意图；

图6为本申请实施例所提供的一种无功功率控制方法的流程示意图；

图7为本申请实施例所提供的一种故障穿越控制方法的流程示意图；

图8为本申请实施例所提供的一种单侧电网发生故障控制方法的流程示意图；

图9为本申请实施例所提供的一种等效并联三相变换器的控制方法的流程示意图；

图10为本申请实施例所提供的一种多端口变换器的调制方法的流程示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种可变频率变压器故障穿越电路的多端口变换器以及可变频率变压器故障穿越电路，通过多端口变换器的十二个开关可以等效出三个六开关的三相变换器，等效出的三个三相变换器分别通过第一输出端、第二输出端以及第三输出端，实现现有技术中四个三相变换器的功能，将组成变换器的开关的数量由二十四个减少至十二个，降低了变换器成本，进一步降低异步电网在建造时的成本，提高资源的利用率。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

具体的，请参考图2，图2为本申请实施例所提供的一种可变频率变压器故障穿越电路的多端口变换器的结构示意图。

本实施例提供的多端口变换器可以包括：第一输出端、第二输出端、第三输出端、直流端、第一开关101、第二开关102直至第十二开关112；

第一输出端的第一相分别与第一开关101的第二端和第四开关104的第一端连接，第一输出端的第二相分别与第二开关102的第二端和第五开关105的第一端连接，第一输出端的第三相分别与第三开关103的第二端和第六开关106的第一端连接；第二输出端的第一相分别与第四开关104的第二端和第七开关107的第一端连接，第二输出端的第二相分别与第五开关105的第二端和第八开关108的第一端连接，第二输出端的第三相分别与第六开关106的第二端和第九开关109的第一端连接；第三输出端的第一相分别与第七开关107的第二端和第十开关110的第一端连接，第三输出端的第二相分别与第八开关108的第二端和第十一开关111的第一端连接，第三输出端的第三相分别与第九开关109的第二端和第十二开关112的第一端连接；直流端的正极分别与第一开关101的第一端、第二开关102的第一端、第三开关103的第一端连接，直流端的负极分别与第十开关110的第二端、第十一开关111的第二端、第十二开关112的第二端连接。

本实施例所指的第一输出端和第二输出端均为三相输出端，第一开关101、第二开关102直至第十二开关112均为由开关管构成的开关单元，其中开关管可以是功率开关管。一般的开关管具有第一端、第二端和控制端，控制器向控制端输出控制信号，以控制开关管导通或是断开。

进一步，本实施例通过控制器对多端口变换器进行分时控制，实现第一输出端和第二输出端的独立控制，即在一个开关周期内，先令第一开关101至第六开关106导通，此时第一输出端和第二输出端为全零的状态，不影响其输出，而第七开关107至第十二开关112组成一个变换器，控制第三输出端的输出；再令第七开关107至第十二开关112导通，此时第二输出端和第三输出端为全零状态，第一开关101至第六开关106可以组成一个变换器，控制第一输出端的输出。据此，相当于等效出现有技术中的第一串联三相变换器、第二串联三相变换器，并联三相变换器。具体的，与第一输出端连接的开关，即第一开关101至第六开关106等效为第一串联三相变换器，叫做第一等效串联三相变换器，与第二输出端连接的开关，即第四开关104至第九开关109等效为第二串联三相变换器，叫做第二等效串联三相变换器，与第三输出端连接的开关，即第七开关107至第十二开关112等效为并联三相变换器，叫做等效并联三相变换器，通过多端口变换器的十二个开关可以实现现有技术中两个变换器总共二十四个开关才可以实现的功能，减少变换器中开关的使用数量，降低电网建造成本，提高资源利用率，同时还可以降低电路的功率消耗。

在图2所示实施例的基础上，本实施例主要对多端口变换器中的开关提供一个可选的具体方案，其他部分与上一实施例大体相同，相同部分可以参考上一实施例，在此不做赘述。

具体的，请参考图3，图3为本申请实施例所提供的一种多端口变换器的结构示意图。

本实施例中的第一开关101、第二开关102直至第十二开关112均包括绝缘栅双极型晶体管IGBT和二极管；

其中，IGBT的集电极与二极管的阴极连接，其公共端作为第一开关101、第二开关102直至第十二开关112的第一端；IGBT的发射极与二极管的阳极连接，其公共端作为第一开关101、第二开关102直至第十二开关112的第二端；IGBT的基极作为第一开关101、第二开关102直至第十二开关112的控制端。

在图2所示实施例的基础上，本实施例主要对多端口变换器中的开关提供另一个可选的具体方案，其他部分与上一实施例大体相同，相同部分可以参考上一实施例，在此不做赘述。

本实施例中的第一开关101、第二开关102直至第十二开关112均包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOS和二极管；

其中，MOS的漏极与二极管的阴极连接，其公共端作为第一开关101、第二开关102直至第十二开关112的第一端；MOS的源极与二极管的阳极连接，其公共端作为第一开关101、第二开关102直至第十二开关112的第二端；MOS的栅极作为第一开关101、第二开关102直至第十二开关112的控制端。

在以上所有实施例的方案的基础上，本实施例主要对多端口变换器中的开关提供另一个附加方案，其他部分与上一实施例大体相同，相同部分可以参考上一实施例，在此不做赘述。

实施例中的多端口变换器可以包括与第一开关101、第二开关102直至第十二开关112分别并联的冗余开关。

可选的，该冗余开关可以是继电器。

也就是在第一开关101至第十二开关112的每个第一端和第二端之间都连接了冗余开关，当该开关失效时，可以控制冗余开关使开关短路，电路的其他部分仍然可以正常工作。

本申请实施例提供了一种可变频率变压器故障穿越电路的多端口变换器，可以通过多端口变换器的十二个开关可以等效出三个六开关的三相变换器，等效出的三个三相变换器分别通过第一输出端、第二输出端以及第三输出端，实现现有技术中四个三相变换器的功能，将组成变换器的开关的数量由二十四个减少至十二个，降低了变换器成本，进一步降低异步电网在建造是的成本，提高资源的利用率。

基于以上实施例所提供的一种多端口变换器，本实施例可以提供一种基于该多端口变换器的可变频率变压器故障穿越电路，通过该多端口变换器，不仅可以实现可变频率变压器故障穿越电路的功能，还可以降低该故障穿越电路的成本和功耗。

具体的，请参考图4，图4为本申请实施例所提供的一种可变频率变压器故障穿越电路的结构示意图。

其中，该电路可以包括：第一电网、第二电网、可变频率变压器、第一补偿变压器T1、第二补偿变压器T2、H桥变换器、直流电容L、滤波电感C、控制器以及如以上实施例的多端口变换器100，其中：

第一电网与可变频率变压器的定子连接，第二电网与可变频率变压器的转子连接；第一补偿变压器T1串联在第一电网和可变频率变压器的定子之间，第二补偿变压器T2串联在第二电网和可变频率变压器的转子之间；

H桥变换器的输出端与可变频率变压器的电机连接；

多端口变换器100的第一输出端与第一补偿变压器T1的输入端连接；多端口变换器10的第二输出端与第二补偿变压器T2的输入端连接；多端口变换器10的第三输出端与滤波电感L的第一端连接，滤波电感L的第二端连接在第一补偿变压器T1和可变频率变压器的定子之间；多端口变换器100的直流端的正极分别与直流电容C的第一端和H桥变换器的输入端的第一端连接，多端口变换器100的直流端的负极分别与直流电容C的第二端和H桥变换器的输入端的第二端连接；

与多端口变换器100连接的控制器，用于获取第一输出端和/或第二输出端的电压状态，根据电压状态进行补偿电压计算处理得到第一输出端和/或第二输出端的三相电压参考值；获取所述定子、所述直流电容和所述滤波电感的电压电流状态，根据所述电压电流状态进行直流电压计算处理得到所述第三输出端的三相电压参考值；对所有所述三相电压参考值进行调制处理得到控制信号，输出所述控制信号以便对发生故障的电网进行电压补偿，对所述直流端的电压进行调节。

基于以上实施例提供的可变频率变压器故障穿越电路，本实施例主要是针对该电路中的多端口变换器100做一个具体说明，其他部分可以参考上一实施例，在此不做赘述。

请参考图5，图5为本申请实施例所提供的另一种可变频率变压器故障穿越电路的结构示意图。

本实施例中的多端口变换器100可以包括：第一输出端、第二输出端、第三输出端、直流端、第一开关101、第二开关102直至第十二开关112、控制器；

第一输出端的第一相分别与第一开关101的第二端和第四开关104的第一端连接，第一输出端的第二相分别与第二开关102的第二端和第五开关105的第一端连接，第一输出端的第三相分别与第三开关103的第二端和第六开关106的第一端连接；第二输出端的第一相分别与第四开关104的第二端和第七开关107的第一端连接，第二输出端的第二相分别与第五开关105的第二端和第八开关108的第一端连接，第二输出端的第三相分别与第六开关106的第二端和第九开关109的第一端连接；第三输出端的第一相分别与第七开关107的第二端和第十开关110的第一端连接，第三输出端的第二相分别与第八开关108的第二端和第十一开关111的第一端连接，第三输出端的第三相分别与第九开关109的第二端和第十二开关112的第一端连接；直流端的正极分别与第一开关101的第一端、第二开关102的第一端、第三开关103的第一端连接，直流端的负极分别与第十开关110的第二端、第十一开关111的第二端、第十二开关112的第二端连接；

其中，第一开关101、第二开关102直至第十二开关112均包括绝缘栅双极型晶体管IGBT和二极管；

其中，IGBT的集电极与二极管的阴极连接，其公共端作为第一开关101、第二开关102直至第十二开关112的第一端；IGBT的发射极与二极管的阳极连接，其公共端作为第一开关101、第二开关102直至第十二开关112的第二端；IGBT的基极作为第一开关101、第二开关102直至第十二开关112的控制端。

在另一实施例中，第一开关101、第二开关102直至第十二开关112均包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOS和二极管；

其中，MOS的漏极与二极管的阴极连接，其公共端作为第一开关101、第二开关102直至第十二开关112的第一端；MOS的源极与二极管的阳极连接，其公共端作为第一开关101、第二开关102直至第十二开关112的第二端；MOS的栅极作为第一开关101、第二开关102直至第十二开关112的控制端。

在以上所有实施例的基础上，第一开关101、第二开关102直至第十二开关112分别并联的冗余开关。

综上，本申请实施例提供的一种可变频率变压器故障穿越电路，可以通过多端口变换器100的十二个开关可以等效出三个六开关的三相变换器，等效出的三个三相变换器分别通过第一输出端、第二输出端以及第三输出端，实现现有技术中四个三相变换器的功能，将组成变换器的开关的数量由二十四个减少至十二个，降低了变换器成本，进一步降低异步电网在建造是的成本，提高资源的利用率。

此外，在以上所有实施例提供的多端口变换器100和可变频率变压器故障穿越电路的基础上，可以提供如下多端口变换器100和电路中其他变换器的控制方法。也就是，对可变频率变压器故障穿越电路中的各个变换器进行控制，由于多端口变换器100本质上是等效出了对应的各个变换器，因此可以对等效出的变换器设计相应的控制方法。因此，以下按照等效串联三相变换器和等效并联三相变换器进行控制方法的说明，而非实际的多端口变换器100。对此，得到的等效参考信号后可以根据调制方法应用在该多端口变换器100中。

等效串联三相变换器的控制方法

等效串联三相变换器的控制方法有三种情况下的控制方法，分别是：电网运行正常时的无功功率控制方法、两侧电网发生故障时的控制方法、单侧发生故障时的控制方法。

具体的，请参考图6，图6为本申请实施例所提供的一种无功功率控制方法的流程示意图。

该无功功率控制方法可以如下：

步骤1：利用电压传感器采集第一电网电压v_g1abc、定子电压v_sabc；

利用电流传感器采集定子电流i_sabc；

将第一电网电压v_g1abc、定子电压v_sabc、定子电流i_sabc分别经过三相静止两相静止坐标变换处理，得到在两相静止坐标系下第一电网电压矢量v_g1αβ、定子电压矢量v_sαβ、定子电流矢量i_sαβ；

将第一电网电压矢量v_g1αβ、定子电压矢量v_sαβ分别经过相角计算处理，得到第一电网电压相位θ_g1、定子电压相位θ_s；

将第一电网电压矢量v_g1αβ、定子电压矢量v_sαβ、定子电流矢量i_sαβ分别经过两相静止到两相旋转坐标变换处理，得到在同步旋转坐标系下第一电网电压直流分量v_g1dq、定子电压直流分量v_sdq、定子电流直流分量i_sdq。

步骤2：将第一电网电压直流分量v_g1dq、定子电压直流分量v_sdq、定子电流直流分量i_sdq按照预设电压控制方程进行处理，得到第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1dq；

预设电压控制方程如下：

其中，K_p4和K_i4分别是第一等效串联三相变换器d轴电压PI调节器的比例系数和积分系数，K_p5和K_i5分别是第一等效串联三相变换器q轴电压PI调节器的比例系数和积分系数。

步骤3：将第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1dq经过两相旋转到两相静止坐标变换处理，得到在两相静止坐标系下第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1αβ；

将第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1αβ经过两相静止三相静止坐标变换处理，得到在三相静止坐标系下第一等效串联三相变换器三相电压参考值v_scc1abc。

具体的，请参考图7，图7为本申请实施例所提供的一种故障穿越控制方法的流程示意图。

当电网发生电压跌落或不平衡故障时，令第一等效串联三相变换器和第二等效串联三相变换器分别对可变频率变压器的定子和转子端电压进行补偿，抑制过大的短路电流和消除转矩波动。具体的，该故障穿越控制方法可以包括：

步骤1：利用电压传感器采集第一电网电压v_g1abc、第二电网电压v_g2abc、定子电压v_sabc、转子电压v_rabc；

将第一电网电压v_g1abc、第二电网电压v_g2abc经过数字锁相环检测处理，得到第一电网电压频率f_g1、第二电网电压频率f_g2；

将第一电网电压v_g1abc、第二电网电压v_g2abc、定子电压v_sabc、转子电压v_rabc分别经过三相静止两相静止坐标变换处理，得到在两相静止坐标系下包含正、负序分量的第一电网电压综合矢量v_g1αβ、第二电网电压综合矢量v_g2αβ、定子电压综合矢量v_sαβ、转子电压综合矢量v_rαβ；

将第一电网电压综合矢量v_g1αβ、第二电网电压综合矢量v_g2αβ分别经过正负序信号分离处理，得到在两相静止坐标系下的第一电网正序电压矢量v_g1αβ+、第一电网负序电压矢量v_g1αβ-、第二电网正序电压矢量v_g2αβ+、第二电网负序电压矢量v_g2αβ-；

将第一电网正序电压矢量v_g1αβ+、第一电网负序电压矢量v_g1αβ-、第二电网正序电压矢量v_g2αβ+、第二电网负序电压矢量v_g2αβ-分别经过相角计算处理，得到第一电网正序电压相位θ_g1+、第一电网负序电压相位θ_g1-、第二电网正序电压相位θ_g2+、第二电网负序电压相位θ_g2-；

将定子电压综合矢量v_sαβ、转子电压综合矢量v_rαβ分别经过正负序信号分离处理，得到在两相静止坐标系下定子正序电压矢量v_sαβ+、定子负序电压矢量v_sαβ-、转子正序电压矢量v_rαβ+、转子负序电压矢量v_rαβ-；

将定子正序电压矢量v_sαβ+、定子负序电压矢量v_sαβ-、转子正序电压矢量v_rαβ+、转子负序电压矢量v_rαβ-分别经过两相静止到两相旋转坐标变换处理，得到在同步旋转坐标系下定子正序电压直流分量v_sdq+、定子负序电压直流分量v_sdq-、转子正序电压直流分量v_rdq+、转子负序电压直流分量v_rdq-。

步骤2：将定子正序电压直流分量v_sdq+、定子负序电压直流分量v_sdq-、转子正序电压直流分量v_rdq+、转子负序电压直流分量v_rdq-、第一电网频率f_g1、第二电网频率f_g2按照预设电压控制方程进行处理，得到第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1dq+、电压参考值v_scc1dq-和第二等效串联三相变换器的电压参考值v_scc2dq+、电压参考值v_scc2dq-；

预设电压控制方程分别如下：

其中，K_p6和K_i6分别是第一等效串联三相变换器正序电压PI调节器的比例系数和积分系数，K_p7和K_i7分别是第一等效串联三相变换器负序电压PI调节器的比例系数和积分系数，K_p8和K_i8分别是第二等效串联三相变换器正序电压PI调节器的比例系数和积分系数，K_p9和K_i9分别是第二等效串联三相变换器负序电压PI调节器的比例系数和积分系数。

步骤3：将第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1dq+、电压参考值v_scc1dq-和第二等效串联三相变换器的电压参考值v_scc2dq+、电压参考值v_scc2dq-分别经过两相旋转到两相静止坐标变换处理，得到在两相静止坐标系下第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1αβ+、电压参考值v_scc1αβ-和第二等效串联三相变换器的电压参考值v_scc2αβ+、电压参考值v_scc2αβ-；

将第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1αβ+、电压参考值v_scc1αβ-和第二等效串联三相变换器的电压参考值v_scc2αβ+、电压参考值v_scc2αβ-分别相加，得到在两相静止坐标系下第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1αβ和第二等效串联三相变换器的电压参考值v_scc2αβ；

将第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1αβ和第二等效串联三相变换器的电压参考值v_scc2αβ分别经过两相静止三相静止坐标变换处理，得到在三相静止坐标系下第一等效串联三相变换器三相电压参考值v_scc1abc和第二等效串联三相变换器三相电压参考值v_scc2abc。

进一步的，当第一输出端或第二输出端所连接的一个电网发生故障，可以通过单侧的等效串联三相变换器对发生故障的电压进行补偿，进一步的，另一侧的电网为正常运行，因此可以令该正常侧的等效三相变换器进行无功功率调节。

具体的，可以参考图8，图8为本申请实施例所提供的一种单侧电网发生故障控制方法的流程示意图。

该单侧电网发生故障控制方法可以包括：

步骤1：利用电压传感器采集第一电网电压v_g1abc、第二电网电压v_g2abc、定子电压v_sabc、转子电压v_rabc；

利用电流传感器采集定子电流i_sabc；

将第一电网电压v_g1abc、第二电网电压v_g2abc、定子电压v_sabc、转子电压v_rabc、定子电流i_sabc分别经过三相静止两相静止坐标变换处理，得到在两相静止坐标系下第一电网电压矢量v_g1αβ、第二电网电压矢量v_g2αβ、定子电压矢量v_sαβ、转子电压矢量v_rαβ、定子电流矢量i_sαβ；

将第二电网电压矢量v_g2αβ经过正负序信号分离处理，得到在两相静止坐标系下的第二电网正序电压矢量v_g2αβ+、第二电网负序电压矢量v_g2αβ-；

将第一电网电压矢量v_g1αβ、定子电压矢量v_sαβ、第二电网正序电压矢量v_g2αβ+、第二电网负序电压矢量v_g2αβ-分别经过相角计算处理，得到第一电网电压相位θ_g1、定子电压相位θ_s、第二电网正序电压相位θ_g2+、第二电网负序电压相位θ_g2-；

将转子电压矢量v_rαβ经过正负序信号分离处理，得到在两相静止坐标系下转子正序电压矢量v_rαβ+、转子负序电压矢量v_rαβ-；

将第一电网电压矢量v_g1αβ、定子电压矢量v_sαβ、定子电流矢量i_sαβ、第二电网正序电压矢量v_g2αβ+、第二电网负序电压矢量v_g2αβ-、转子电压正序矢量v_rαβ+、转子电压负序矢量v_rαβ-分别经过两相静止到两相同步坐标变换，得到在同步旋转坐标系下第一电网电压直流分量v_g1dq、定子电压直流分量v_sdq、定子电流直流分量i_sdq、第二电网正序电压直流分量v_g2dq+、第二电网负序电压直流分量v_g2dq-、转子正序电压直流分量v_rdq+、转子负序电压直流分量v_rdq-。

步骤2：将第一电网电压直流分量v_g1dq、定子电压直流分量v_sdq、定子电流直流分量i_sdq、第二电网正序电压直流分量v_g2dq+、转子正序电压直流分量v_rdq+、转子负序电压直流分量v_rdq-按照预设电压控制方程进行处理，得到第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1dq和第二等效串联三相变换器的电压参考值v_scc2dq+、电压参考值v_scc2dq-；

预设电压控制方程分别如下：

其中，K_p10和K_i10分别是第一等效串联三相变换器d轴电压PI调节器的比例系数和积分系数；K_p11和K_i11分别是第一等效串联三相变换器q轴电压PI调节器的比例系数和积分系数；K_p12和K_i12分别是第二等效串联三相变换器正序电压PI调节器的比例系数和积分系数；K_p13和K_i13分别是第二等效串联三相变换器负序电压PI调节器的比例系数和积分系数。

步骤3：将第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1dq进行两相旋转到两相静止坐标变换处理，得到在两相静止坐标系下第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1αβ；

将第二等效串联三相变换器的电压参考值v_scc2dq+、电压参考值v_scc2dq-分别进行两相旋转到两相静止坐标变换处理，得到在两相静止坐标系下第二等效串联三相变换器的电压参考值v_scc2αβ+、参考值v_scc2αβ-；

将第二等效串联三相变换器的电压参考值v_scc2αβ+、电压参考值v_scc2αβ-相加，得到在两相静止坐标系下第二等效串联三相变换器的电压参考值v_scc2αβ；

将第一等效串联三相变换器的电压参考值v_scc1αβ和第二等效串联三相变换器的电压参考值v_scc2αβ分别进行两相静止三相静止坐标变换处理，得到在三相静止坐标系下第一等效串联三相变换器三相电压参考值v_scc1abc和第二等效串联三相变换器三相电压参考值v_scc2abc。

需要说明的是，以上方法，是第二输出端所连接的电网发生故障时，采用第二等效三相变换器实施故障穿越控制，采用第一等效三相变换器进行无功功率控制的方法。如果是第一输出端所连接的电网发生故障，则令第一等效三相变换器进行故障穿越控制，此时第二等效三相变换器进行无功功率控制，两种状态下的控制方法的差异主要在于被控量与控制目标发生对称性变化，也就是对以上方法进行对称性改变即可得到第一输出端连接的电网故障时的控制方法，在此不做赘述。

等效并联三相变换器的控制方法

通过对等效并联三相变换器的控制，可以调节直流端的直流电压。

具体的，请参考图9，图9为本申请实施例所提供的一种等效并联三相变换器的控制方法的流程示意图。

该控制方法可以如下：

步骤1：利用电压传感器采集定子电压v_sabc、直流电容电压V_dc；

利用电流传感器采集滤波电感电流i_gscabc；

将定子电压v_sabc、滤波电感电流i_gscabc分别经过三相静止两相静止坐标变换处理，得到在两相静止坐标系下定子电压矢量v_sαβ、滤波电感电流矢量i_gscαβ；

将定子电压矢量v_sαβ经过相角计算处理，得到定子电压相位θ_s；

将滤波电感电流矢量i_gscαβ经过两相静止到两相旋转坐标变换处理，得到在同步旋转坐标系下滤波电感电流直流分量i_gscdq。

步骤2：将直流电容电压V_dc、滤波电感电流直流分量i_gscdq按照预设电压控制方程进行处理，得到等效并联三相变换器的电压参考值v_gscdq；

预设电压控制方程如下：

其中，K_p14和K_i14分别是等效并联三相变换器d轴电流PI调节器的比例系数和积分系数，K_p15和K_i15分别是等效并联三相变换器d轴电压PI调节器的比例系数和积分系数，K_p16和K_i16分别是等效并联三相变换器q轴电压PI调节器的比例系数和积分系数。

步骤3：将等效并联三相变换器的电压参考值v_gscdq经过两相旋转到两相静止坐标变换处理，得到在两相静止坐标系下等效并联三相变换器的电压参考值v_gscαβ；

将等效并联三相变换器的电压参考值v_gscαβ经过两相静止三相静止坐标变换处理，得到在两相静止坐标系下等效并联三相变换器三相电压参考值v_gscabc。

多端口变换器的调制方法

在以上控制方法的基础上，可以采用以下提供的一种多端口变换器的调制方法。

具体的，请参考图10，图10为本申请实施例所提供的一种多端口变换器的调制方法的流程示意图。

该方法可以包括：

第一等效串联三相变换器三相电压参考值与偏置信号1相加，得到的调制信号与载波作比较，得到上桥臂开关信号HA、HB、HC。

第二等效串联三相变换器三相电压参考值与偏置信号2相加，得到的调制信号与载波作比较，得到开关信号SA1、SB1、SC1。开关信号HA、HB、HC经过“非”逻辑运算后的信号与开关信号SA1、SB1、SC1进行“异或”逻辑运算，得到中间第一桥臂开关信号M1A、M1B、M1C。

等效并联三相变换器三相电压参考值与偏置信号3相加，得到的调制信号与载波作比较，得到开关信号SA2、SB2、SC2。开关信号SA2、SB2、SC2进行“非”逻辑运算，得到下桥臂开关信号LA、LB、LC。

开关信号SA1、SB1、SC1经过“非”逻辑运算得到的信号与开关信号SA2、SB2、SC2进行“异或”逻辑运算，得到中间第二桥臂开关信号M2A、M2B、M2C。

其中，HA、HB、HC对应第一开关、第二开关、第三开关的控制信号，M1A、M1B、M1C对应第四开关、第五开关、第六开关的控制信号，M2A、M2B、M2C对应第七开关、第八开关、第九开关的控制信号，LA、LB、LC对应第十开关、第十一开关、第十二开关的控制信号。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本申请所提供的一种可变频率变压器故障穿越电路的多端口变换器以及可变频率变压器故障穿越电路进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种可变频率变压器故障穿越电路的多端口变换器，其特征在于，包括：第一输出端、第二输出端、第三输出端、直流端、第一开关、第二开关直至第十二开关；

所述第一输出端的第一相分别与所述第一开关的第二端和所述第四开关的第一端连接，所述第一输出端的第二相分别与所述第二开关的第二端和所述第五开关的第一端连接，所述第一输出端的第三相分别与所述第三开关的第二端和所述第六开关的第一端连接；所述第二输出端的第一相分别与所述第四开关的第二端和所述第七开关的第一端连接，所述第二输出端的第二相分别与所述第五开关的第二端和所述第八开关的第一端连接，所述第二输出端的第三相分别与所述第六开关的第二端和所述第九开关的第一端连接；所述第三输出端的第一相分别与所述第七开关的第二端和所述第十开关的第一端连接，所述第三输出端的第二相分别与所述第八开关的第二端和所述第十一开关的第一端连接，所述第三输出端的第三相分别与所述第九开关的第二端和所述第十二开关的第一端连接；所述直流端的正极分别与所述第一开关的第一端、所述第二开关的第一端、所述第三开关的第一端连接，所述直流端的负极分别与所述第十开关的第二端、所述第十一开关的第二端、所述第十二开关的第二端连接。

2.根据权利要求1所述的多端口变换器，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关均包括绝缘栅双极型晶体管IGBT和二极管；

其中，所述IGBT的集电极与所述二极管的阴极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关的第一端；所述IGBT的发射极与所述二极管的阳极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关的第二端；所述IGBT的基极作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关的控制端。

3.根据权利要求1所述的多端口变换器，其特征在于，所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关均包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOS和二极管；

其中，所述MOS的漏极与所述二极管的阴极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关的第一端；所述MOS的源极与所述二极管的阳极连接，其公共端作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关的第二端；所述MOS的栅极作为所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关的控制端。

4.根据权利要求1至3任一项所述的多端口变换器，其特征在于，还包括与所述第一开关、所述第二开关直至所述第十二开关分别并联的冗余开关。

5.根据权利要求4所述的多端口变换器，其特征在于，所述冗余开关为继电器。

6.一种可变频率变压器故障穿越电路，其特征在于，包括：第一电网、第二电网、可变频率变压器、第一补偿变压器、第二补偿变压器、H桥变换器、直流电容、滤波电感、控制器以及如权利要求1至5任一项所述的多端口变换器，其中：

所述第一电网与所述可变频率变压器的定子连接，所述第二电网与所述可变频率变压器的转子连接；所述第一补偿变压器串联在所述第一电网和所述可变频率变压器的定子之间，所述第二补偿变压器串联在所述第二电网和所述可变频率变压器的转子之间；

所述H桥变换器的输出端与所述可变频率变压器的电机连接；

所述多端口变换器的第一输出端与所述第一补偿变压器的输入端连接；所述多端口变换器的第二输出端与所述第二补偿变压器的输入端连接；所述多端口变换器的第三输出端与所述滤波电感的第一端连接，所述滤波电感的第二端连接在所述第一补偿变压器和所述可变频率变压器的定子之间；所述多端口变换器的直流端的正极分别与所述直流电容的第一端和所述H桥变换器的输入端的第一端连接，所述多端口变换器的直流端的负极分别与所述直流电容的第二端和所述H桥变换器的输入端的第二端连接；

与所述多端口变换器连接的控制器，用于获取所述第一电网和/或所述第二电网的电压状态，根据所述电压状态进行补偿电压计算处理得到所述第一输出端和/或所述第二输出端的三相电压参考值；获取所述定子、所述直流电容和所述滤波电感的电压电流状态，根据所述电压电流状态进行直流电压计算处理得到所述第三输出端的三相电压参考值；对所有所述三相电压参考值进行调制处理得到控制信号，输出所述控制信号以便对发生故障的电网进行电压补偿，对直流端的电压进行调节。