CN112928929B - 一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法 - Google Patents

一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112928929B
CN112928929B CN202110120390.6A CN202110120390A CN112928929B CN 112928929 B CN112928929 B CN 112928929B CN 202110120390 A CN202110120390 A CN 202110120390A CN 112928929 B CN112928929 B CN 112928929B
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
power
bridge converter
transformer
electronic transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110120390.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112928929A (zh
Inventor
张杭
张之昱
张爱民
黄晶晶
李庚�
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202110120390.6A priority Critical patent/CN112928929B/zh
Publication of CN112928929A publication Critical patent/CN112928929A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112928929B publication Critical patent/CN112928929B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法，包括三相工频变压器、三相电力电子变压器、第一滤波电感、第二滤波电感、第三滤波电感、第四滤波电感、第五滤波电感和第六滤波电感，所述三相工频变压器包括A相工频变压器、B相工频变压器和C相工频变压器；所述三相电力电子变压器包括A相电力电子变压器、B相电力电子变压器和C相电力电子变压器，结合了传统变压器和电力电子变压器的优点，增大了变压器容量的同时具有很强的电能治理和功率控制能力。拓扑采用三相分离式串联结构，每一相电力电子变压器两端与对应工频变压器两个绕组串联连接，每一相可以独立控制，并且可以控制电力电子变压器和工频变压器功率传输的比例。

Description

一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法
技术领域
本发明属于电力电子器件在电力系统中的应用技术领域，具体涉及一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法。
背景技术
随着智能电网的发展，传统变压器虽然具有成本低，高效率等优点，但是其过于单一的功能已经越来越不能满足现代电网发展的要求，比如可控性差，无法对电能质量进行调节。同时电力电子变压器得到越来越多的关注，其传输电能可控，具有电能质量调节能力，但是其级联电力电子结构使其存在容量小，电压等级低等缺点。
所以在此基础上需要一种混合型电力电子变压器，可以结合传统变压器和电力电子变压器的优点，既可以保留传统变压器大容量传输的能力，又可以对电网进行电能质量调节。但是现有的混合型电力电子变压器均使用多绕组变压器来进行功率传输，无法控制传统变压器和电力电子变压器的功率传输比例。同时在控制方法上现有混合型电力电子变压器采用电压电流双闭环控制，对于有功功率和无功功率不能直接进行控制和调节，导致只能对无功功率进行补偿，存在控制复杂和补偿精度不够的问题，补偿电流也会对电能质量带来影响。最后现有的混合型电力电子变压器多采用多投切开关或模块化多电平变换器，存在控制复杂和环流抑制等问题，为混合型电力电子变压器带来新的缺陷。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法，能够有效解决上述技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种三相分离式串联混合型电力电子变压器，包括：三相工频变压器、三相电力电子变压器、第一滤波电感、第二滤波电感、第三滤波电感、第四滤波电感、第五滤波电感和第六滤波电感，所述三相工频变压器包括A相工频变压器、B相工频变压器和C相工频变压器；所述三相电力电子变压器包括A相电力电子变压器、B相电力电子变压器和C相电力电子变压器；
所述A相工频变压器一次绕组的一端与第一电网连接，另一端与所述第一滤波电感的一端连接，所述第一滤波电感的另一端与所述A相电力电子变压器的一端连接，所述A相电力电子变压器的另一端与第二滤波电感的一端连接，所述第二滤波电感的另一端与所述A相工频变压器二次绕组的一端连接，所述A相工频变压器二次绕组的另一端与第二电网连接；
所述B相工频变压器一次绕组的一端与第一电网连接，另一端与所述第三滤波电感的一端连接，所述第三滤波电感的另一端与所述B相电力电子变压器的一端连接，所述B相电力电子变压器的另一端与第四滤波电感的一端连接，所述第四滤波电感的另一端与所述B相工频变压器二次绕组的一端连接，所述B相工频变压器二次绕组的另一端与第二电网连接；
所述C相工频变压器一次绕组的一端与第一电网连接，另一端与所述第五滤波电感的一端连接，所述第五滤波电感的另一端与所述C相电力电子变压器的一端连接，所述C相电力电子变压器的另一端与第六滤波电感的一端连接，所述第六滤波电感的另一端与所述C相工频变压器二次绕组的一端连接，所述C相工频变压器二次绕组的另一端与第二电网连接。
进一步地，所述A相电力电子变压器包括A相第一H桥变换器、A相第二H桥变换器、A相第三H桥变换器、A相第四H桥变换器、A相第一电容、A相第二电容和A相高频变压器；所述A相第一H桥变换器、所述A相第一电容和所述A相第二H桥变换器并联，所述A相第一H桥变换器与所述第一滤波电感和第一电网连接，所述A相第二H桥变换器与所述A相高频变压器的一次绕组连接；所述A相第三H桥变换器、A相第四H桥变换器和所述A相第二电容并联，所述A相第三H桥变换器与所述第二滤波电感和第二电网连接，所述A相第四H桥变换器与所述A相高频变压器的二次绕组连接。
进一步地，所述B相电力电子变压器包括B相第一H桥变换器、B相第二H桥变换器、B相第三H桥变换器、B相第四H桥变换器、B相第一电容、B相第二电容和B相高频变压器；所述B相第一H桥变换器、所述B相第一电容和所述B相第二H桥变换器并联，所述B相第一H桥变换器与所述第三滤波电感和第一电网连接，所述B相第二H桥变换器与所述B相高频变压器的一次绕组连接；所述B相第三H桥变换器、B相第四H桥变换器和所述B相第二电容并联，所述B相第三H桥变换器与所述第四滤波电感和第二电网连接，所述B相第四H桥变换器与所述B相高频变压器的二次绕组连接。
进一步地，所述C相电力电子变压器包括C相第一H桥变换器、C相第二H桥变换器、C相第三H桥变换器、C相第四H桥变换器、C相第一电容、C相第二电容和C相高频变压器；所述C相第一H桥变换器、所述C相第一电容和所述C相第二H桥变换器并联，所述C相第一H桥变换器与所述第五滤波电感和第一电网连接，所述C相第二H桥变换器与所述C相高频变压器的一次绕组连接；所述C相第三H桥变换器、C相第四H桥变换器和所述C相第二电容并联，所述C相第三H桥变换器与所述第六滤波电感和第二电网连接，所述C相第四H桥变换器与所述C相高频变压器的二次绕组连接。
一种三相分离式串联混合型电力电子变压器的控制方法，包括：
步骤1：获取三相分离式串联混合型电力电子变压器的电压和电流；
步骤2：根据获取的三相分离式串联混合型电力电子变压器的电压和电流，计算三相分离式串联混合型电力电子变压器的有功功率和无功功率；
步骤3：通过控制三相电力电子变压器，使得计算得到的三相分离式串联混合型电力电子变压器的有功功率与预设的有功功率之间的误差小于设定误差，使得计算得到的三相分离式串联混合型电力电子变压器的无功功率与预设的无功功率之间的误差小于设定误差。
进一步地，步骤1中所述获取三相分离式串联混合型电力电子变压器的电压和电流，具体包括：
获取第一电网的电压uA1、uB1和uC1以及电流iA1、iB1、iC1；
获取第二电网的电压uA2、uB2和uC2以及电流iA2、iB2和iC2；
获取三相工频变压器的电压uAt1、uAt2、uBt1、uBt2、uCt1和uCt2；
获取三相电力电子变压器中A相第一电容的电压uAb1、A相第二电容的电压uAb2、B相第一电容的电压uBb1、B相第二电容的电压uBb2、C相第一电容的电压uCb1和C相第二电容的电压uCb2。
进一步地，步骤2中所述计算三相分离式串联混合型电力电子变压器的有功功率和无功功率，具体包括：计算A相第一有功功率p1(k+1)和A相第一无功功率q1(k+1)、计算A相第二有功功率p2(k+1)和A相第二无功功率q2(k+1)、计算B相第一有功功率p3(k+1)和B相第一无功功率q3(k+1)、计算B相第二有功功率p4(k+1)和B相第二无功功率q4(k+1)、计算C相第一有功功率p5(k+1)和C相第一无功功率q5(k+1)、计算C相第二有功功率p6(k+1)和C相第二无功功率q6(k+1)；
在d，q坐标系下利用如下计算公式分别进行计算：
Figure BDA0002921803640000041
Figure BDA0002921803640000042
Figure BDA0002921803640000043
Figure BDA0002921803640000044
Figure BDA0002921803640000045
Figure BDA0002921803640000051
Figure BDA0002921803640000052
Figure BDA0002921803640000053
Figure BDA0002921803640000054
Figure BDA0002921803640000055
Figure BDA0002921803640000056
Figure BDA0002921803640000057
上式中，ω为电网角频率；Ts为采样周期；k为本次采样时刻；k+1为下一采样时刻；下标带d或q即为相应电压在d，q坐标系下的分量；LA1为第一滤波电感；RA1为第一电网A相等效线路阻抗；LA2为第二滤波电感；RA2为第二电网A相等效线路阻抗；LB1为第三滤波电感；RB1为第一电网B相等效线路阻抗；LB2为第四滤波电感；RB2为第二电网B相等效线路阻抗；LC1为第五滤波电感；RC1为第一电网C相等效线路阻抗；LC2为第六滤波电感；RC2为第二电网C相等效线路阻抗。
进一步地，步骤3中所述控制三相电力电子变压器的方法为：
对三相分离式串联混合型电力电子变压器的预测直接功率控制后得到系统在d，q坐标系下的控制电压；
对三相分离式串联混合型电力电子变压器在d，q坐标系下的控制电压进行反向Clark变换；
对三相分离式串联混合型电力电子变压器输出电压进行PWM调制，改变调制比即可调整电力电子变压器和传统变压器功率传输比例。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法，很好地结合了传统变压器和电力电子变压器的优点，有效地增大了变压器容量的同时具有很强的电能治理和功率控制能力。拓扑采用三相分离式串联结构，每一相由单相全桥电路和工频变压器串联组成，每一相可以独立控制，并且可以控制电力电子变压器和工频变压器功率传输的比例。在控制方法上采用预测直接功率控制，可以单独控制每一相的有功功率和无功功率，有功和无功可以分开控制，通过控制无功可以调节电网侧电能质量，不需额外的补偿电路。最后在结构上双端有源，可以双向能量传输，不需要额外的投切开关，降低了拓扑的复杂程度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种三相分离式串联混合型电力电子变压器的电路拓扑图；
图2是本发明一种三相分离式串联混合型电力电子变压器中单相等效电路图；
图3是本发明一种三相分离式串联混合型电力电子变压器中第一电网侧控制框图；
图4是本发明一种三相分离式串联混合型电力电子变压器中第二电网侧控制框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
作为本发明的某一具体实施方式，如图1所示，一种三相分离式串联混合型电力电子变压器，包括：三相工频变压器、三相电力电子变压器、第一滤波电感LA1、第二滤波电感LA2、第三滤波电感LB1、第四滤波电感LB2、第五滤波电感LC1和第六滤波电感LC2，三相工频变压器包括A相工频变压器、B相工频变压器和C相工频变压器；三相电力电子变压器包括A相电力电子变压器、B相电力电子变压器和C相电力电子变压器。
A相工频变压器一次绕组的一端与第一电网连接，另一端与第一滤波电感的一端连接，第一滤波电感的另一端与A相电力电子变压器的一端连接，A相电力电子变压器的另一端与第二滤波电感的一端连接，第二滤波电感的另一端与A相工频变压器二次绕组的一端连接，A相工频变压器二次绕组的另一端与第二电网连接；具体的，A相电力电子变压器包括A相第一H桥变换器、A相第二H桥变换器、A相第三H桥变换器、A相第四H桥变换器、A相第一电容、A相第二电容和A相高频变压器；A相第一H桥变换器、A相第一电容和A相第二H桥变换器并联，A相第一H桥变换器与第一滤波电感和第一电网连接，A相第二H桥变换器与A相高频变压器的一次绕组连接；A相第三H桥变换器、A相第四H桥变换器和A相第二电容并联，A相第三H桥变换器与第二滤波电感和第二电网连接，A相第四H桥变换器与A相高频变压器的二次绕组连接。
B相工频变压器一次绕组的一端与第一电网连接，另一端与第三滤波电感的一端连接，第三滤波电感的另一端与B相电力电子变压器的一端连接，B相电力电子变压器的另一端与第四滤波电感的一端连接，第四滤波电感的另一端与B相工频变压器二次绕组的一端连接，B相工频变压器二次绕组的另一端与第二电网连接；具体的，B相电力电子变压器包括B相第一H桥变换器、B相第二H桥变换器、B相第三H桥变换器、B相第四H桥变换器、B相第一电容、B相第二电容和B相高频变压器；B相第一H桥变换器、B相第一电容和B相第二H桥变换器并联，B相第一H桥变换器与第三滤波电感和第一电网连接，B相第二H桥变换器与B相高频变压器的一次绕组连接；B相第三H桥变换器、B相第四H桥变换器和B相第二电容并联，B相第三H桥变换器与第四滤波电感和第二电网连接，B相第四H桥变换器与B相高频变压器的二次绕组连接。
C相工频变压器一次绕组的一端与第一电网连接，另一端与第五滤波电感的一端连接，第五滤波电感的另一端与C相电力电子变压器的一端连接，C相电力电子变压器的另一端与第六滤波电感的一端连接，第六滤波电感的另一端与C相工频变压器二次绕组的一端连接，C相工频变压器二次绕组的另一端与第二电网连接；具体的，C相电力电子变压器包括C相第一H桥变换器、C相第二H桥变换器、C相第三H桥变换器、C相第四H桥变换器、C相第一电容、C相第二电容和C相高频变压器；C相第一H桥变换器、C相第一电容和C相第二H桥变换器并联，C相第一H桥变换器与第五滤波电感和第一电网连接，C相第二H桥变换器与C相高频变压器的一次绕组连接；C相第三H桥变换器、C相第四H桥变换器和C相第二电容并联，C相第三H桥变换器与第六滤波电感和第二电网连接，C相第四H桥变换器与C相高频变压器的二次绕组连接。
上述的H桥变换器均包括四个双向开关结构，所述的四个双向开关结构两两串联连接后再并联连接，所述的双向开关结构包括一个IGBT和一个反向二极管，所述的IGBT和反向二极管并联连接，从H桥变换器两个桥臂中间引出交流侧连线，从H桥变换器的上下两端引出直流侧连接线。
如图3和图4所示，本发明一种三相分离式串联混合型电力电子变压器的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：获取三相分离式串联混合型电力电子变压器的电压和电流，具体包括：
获取第一电网的电压uA1、uB1和uC1以及电流iA1、iB1、iC1；
获取第二电网的电压uA2、uB2和uC2以及电流iA2、iB2和iC2；
获取三相工频变压器的电压uAt1、uAt2、uBt1、uBt2、uCt1和uCt2；
获取三相电力电子变压器中A相第一电容的电压uAb1、A相第二电容的电压uAb2、B相第一电容的电压uBb1、B相第二电容的电压uBb2、C相第一电容的电压uCb1和C相第二电容的电压uCb2。
步骤2：根据获取的三相分离式串联混合型电力电子变压器的电压和电流，计算三相分离式串联混合型电力电子变压器的有功功率和无功功率，具体包括：A相第一有功功率p1(k+1)和A相第一无功功率q1(k+1)、A相第二有功功率p2(k+1)和A相第二无功功率q2(k+1)、B相第一有功功率p3(k+1)和B相第一无功功率q3(k+1)、B相第二有功功率p4(k+1)和B相第二无功功率q4(k+1)、C相第一有功功率p5(k+1)和C相第一无功功率q5(k+1)、C相第二有功功率p6(k+1)和C相第二无功功率q6(k+1)；
在d，q坐标系下利用如下计算公式分别进行计算：
Figure BDA0002921803640000091
Figure BDA0002921803640000092
Figure BDA0002921803640000093
Figure BDA0002921803640000094
Figure BDA0002921803640000095
Figure BDA0002921803640000096
Figure BDA0002921803640000101
Figure BDA0002921803640000102
Figure BDA0002921803640000103
Figure BDA0002921803640000104
Figure BDA0002921803640000105
Figure BDA0002921803640000106
上式中，ω为电网角频率；Ts为采样周期；k为本次采样时刻；k+1为下一采样时刻；下标带d或q即为相应电压在d，q坐标系下的分量；LA1为第一滤波电感；RA1为第一电网A相等效线路阻抗；LA2为第二滤波电感；RA2为第二电网A相等效线路阻抗；LB1为第三滤波电感；RB1为第一电网B相等效线路阻抗；LB2为第四滤波电感；RB2为第二电网B相等效线路阻抗；LC1为第五滤波电感；RC1为第一电网C相等效线路阻抗；LC2为第六滤波电感；RC2为第二电网C相等效线路阻抗；
计算出的所有有功功率和无功功率即为预测系统下一采样时刻的有功功率和无功功率。
关于上述有功功率和无功功率的计算公式，结合图2作如下详细的推导解释说明：
控制策略在每一个开关周期通过功率预测模型确定输入侧的控制电压，应用此控制电压使输入侧在下一个开关周期功率误差为零，因此，在每一个开关周期都要预测下一个开关周期的有功功率和无功功率。根据图2电路拓扑，可以得到第一电网侧在α，β坐标系下的数学模型：
Figure BDA0002921803640000107
同样根据图2也可以得到第二电网侧在α，β坐标系下的数学模型：
Figure BDA0002921803640000111
式中uA1α、uA1β为第一电网电压在α，β坐标系下的分量，uA2α、uA2β为第二电网电压在α，β坐标系下的分量，uabα、uabβ为A相第一H桥两桥臂中点电压在α，β坐标系下的分量，ucdα、ucdβ为A相第三H桥两桥臂中点电压在α，β坐标系下的分量，uAt1α、uAt1β为工频变压器A相一次绕组电压在α，β坐标系下的分量，uAt2α、uAt2β为工频变压器A相二次绕组电压在α，β坐标系下的分量，iA1α、iA1β为第一电网电流在α，β坐标系下的分量，iA2α、iA2β为第一电网电流在α，β坐标系下的分量。
对α，β坐标系下的数学模型进行Clark变换可以得到第一电网侧和第二电网侧在两相旋转d，q坐标系下的数学模型为：
Figure BDA0002921803640000112
Figure BDA0002921803640000113
式中uA1d、uA1q为第一电网电压在d，q坐标系下的分量，uA2d、uA2q为第二电网电压在d，q坐标系下的分量，uabd、uabq为A相第一H桥两桥臂中点电压在d，q坐标系下的分量，ucdd、ucdq为A相第三H桥两桥臂中点电压在d，q坐标系下的分量，uAt1d、uAt1q为工频变压器A相一次绕组电压在d，q坐标系下的分量，uAt2d、uAt2q为工频变压器A相二次绕组电压在d，q坐标系下的分量，iA1d、iA1q为第一电网电流在d，q坐标系下的分量，iA2d、iA2q为第一电网电流在d，q坐标系下的分量，ω为第一电网和第二电网角频率。
将电网电压定向到d，q坐标系的d轴上，所以uA1q＝0，uA2q＝0，上两式整理后为：
Figure BDA0002921803640000121
Figure BDA0002921803640000122
当采样周期为Ts时，将上式离散化得到离散后电流在d，q坐标系下公式为：
Figure BDA0002921803640000123
Figure BDA0002921803640000124
式中k为本次采样时刻，k+1为下一采样时刻，下标带d或q即为相应电压在d，q坐标系下的分量。
由于实际采样频率远大于电网电压频率，所以一个采样周期内可以认为电网电压没有改变，则根据瞬时功率理论，得到离散后的第一电网侧和第二电网侧有功功率和无功功率为：
p1(k+1)＝uAd1(k)iAd1(k+1) (21)
q1(k+1)＝-uAd1(k)iAq1(k+1) (22)
p2(k+1)＝uAd2(k)iAd2(k+1) (23)
q2(k+1)＝-uAd2(k)iAq2(k+1) (24)
将之前得到的式(19)、(20)带入式(21)、(22)、(23)、(24)即可得到A相第一有功功率p1(k+1)和A相第一无功功率q1(k+1)、A相第二有功功率p2(k+1)和A相第二无功功率q2(k+1)，具体计算公式即为上文式(1)、(2)、(3)、(4)，其余B、C两相同理。
步骤3：通过控制三相电力电子变压器，使得计算得到的三相分离式串联混合型电力电子变压器的有功功率与预设的有功功率之间的误差小于设定误差，使得计算得到的三相分离式串联混合型电力电子变压器的无功功率与预设的无功功率之间的误差小于设定误差。具体的控制三相电力电子变压器的方法为：
对三相分离式串联混合型电力电子变压器的预测直接功率控制后得到系统在d，q坐标系下的控制电压；
对三相分离式串联混合型电力电子变压器在d，q坐标系下的控制电压进行反向Clark变换；
对三相分离式串联混合型电力电子变压器输出电压进行PWM调制，改变调制比即可调整电力电子变压器和传统变压器功率传输比例。
下面结合图3和图4对控制原理进行详细推导解释说明：
要实现预测直接功率控制，即要使下一采样时刻的预测有功功率和无功功率等于这一采样时刻的给定有功功率和无功功率，对于图2的单相拓扑，则控制目标为：
Figure BDA0002921803640000131
Figure BDA0002921803640000132
Figure BDA0002921803640000133
Figure BDA0002921803640000134
式中
Figure BDA0002921803640000135
分别为本次采样时刻第一电网侧给定有功功率和无功功率以及第二电网侧给定有功功率和无功功率，其余两相控制原理相同。
将式(1)、(2)、(3)、(4)带入式(25)、(26)、(27)、(28)即可得到第一电网侧和第二电网侧在d，q坐标系下的控制电压为：
Figure BDA0002921803640000136
Figure BDA0002921803640000137
Figure BDA0002921803640000141
Figure BDA0002921803640000142
式中
Figure BDA0002921803640000143
Figure BDA0002921803640000144
其余两相得到控制电压原理相同。
再通过反Clark变换即可以得到静止α，β坐标系下的控制电压uabα(k)、uabβ(k)、ucdα(k)、ucdβ(k)为：
Figure BDA0002921803640000145
Figure BDA0002921803640000146
最后通过对控制电压uabα(k)、ucdα(k)进行PWM调制，产生SPWM脉冲来控制开关器件导通与关断，即可以保证整个电路正常工作，其余两相控制原理相同。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种三相分离式串联混合型电力电子变压器，其特征在于，包括：三相工频变压器、三相电力电子变压器、第一滤波电感、第二滤波电感、第三滤波电感、第四滤波电感、第五滤波电感和第六滤波电感，所述三相工频变压器包括A相工频变压器、B相工频变压器和C相工频变压器；所述三相电力电子变压器包括A相电力电子变压器、B相电力电子变压器和C相电力电子变压器；
所述A相工频变压器一次绕组的一端与第一电网连接，另一端与所述第一滤波电感的一端连接，所述第一滤波电感的另一端与所述A相电力电子变压器的一端连接，所述A相电力电子变压器的另一端与第二滤波电感的一端连接，所述第二滤波电感的另一端与所述A相工频变压器二次绕组的一端连接，所述A相工频变压器二次绕组的另一端与第二电网连接；
所述A相电力电子变压器包括A相第一H桥变换器、A相第二H桥变换器、A相第三H桥变换器、A相第四H桥变换器、A相第一电容、A相第二电容和A相高频变压器；所述A相第一H桥变换器、所述A相第一电容和所述A相第二H桥变换器并联，所述A相第一H桥变换器与所述第一滤波电感和第一电网连接，所述A相第二H桥变换器与所述A相高频变压器的一次绕组连接；所述A相第三H桥变换器、A相第四H桥变换器和所述A相第二电容并联，所述A相第三H桥变换器与所述第二滤波电感和第二电网连接，所述A相第四H桥变换器与所述A相高频变压器的二次绕组连接；
所述B相工频变压器一次绕组的一端与第一电网连接，另一端与所述第三滤波电感的一端连接，所述第三滤波电感的另一端与所述B相电力电子变压器的一端连接，所述B相电力电子变压器的另一端与第四滤波电感的一端连接，所述第四滤波电感的另一端与所述B相工频变压器二次绕组的一端连接，所述B相工频变压器二次绕组的另一端与第二电网连接；
所述B相电力电子变压器包括B相第一H桥变换器、B相第二H桥变换器、B相第三H桥变换器、B相第四H桥变换器、B相第一电容、B相第二电容和B相高频变压器；所述B相第一H桥变换器、所述B相第一电容和所述B相第二H桥变换器并联，所述B相第一H桥变换器与所述第三滤波电感和第一电网连接，所述B相第二H桥变换器与所述B相高频变压器的一次绕组连接；所述B相第三H桥变换器、B相第四H桥变换器和所述B相第二电容并联，所述B相第三H桥变换器与所述第四滤波电感和第二电网连接，所述B相第四H桥变换器与所述B相高频变压器的二次绕组连接；
所述C相工频变压器一次绕组的一端与第一电网连接，另一端与所述第五滤波电感的一端连接，所述第五滤波电感的另一端与所述C相电力电子变压器的一端连接，所述C相电力电子变压器的另一端与第六滤波电感的一端连接，所述第六滤波电感的另一端与所述C相工频变压器二次绕组的一端连接，所述C相工频变压器二次绕组的另一端与第二电网连接；
所述C相电力电子变压器包括C相第一H桥变换器、C相第二H桥变换器、C相第三H桥变换器、C相第四H桥变换器、C相第一电容、C相第二电容和C相高频变压器；所述C相第一H桥变换器、所述C相第一电容和所述C相第二H桥变换器并联，所述C相第一H桥变换器与所述第五滤波电感和第一电网连接，所述C相第二H桥变换器与所述C相高频变压器的一次绕组连接；所述C相第三H桥变换器、C相第四H桥变换器和所述C相第二电容并联，所述C相第三H桥变换器与所述第六滤波电感和第二电网连接，所述C相第四H桥变换器与所述C相高频变压器的二次绕组连接；
所述三相分离式串联混合型电力电子变压器的控制方法，包括：
步骤1：获取三相分离式串联混合型电力电子变压器的电压和电流；
所述获取三相分离式串联混合型电力电子变压器的电压和电流，具体包括：
获取第一电网的电压uA1、uB1和uC1以及电流iA1、iB1、iC1；
获取第二电网的电压uA2、uB2和uC2以及电流iA2、iB2和iC2；
获取三相工频变压器的电压uAt1、uAt2、uBt1、uBt2、uCt1和uCt2；
获取三相电力电子变压器中A相第一电容的电压uAb1、A相第二电容的电压uAb2、B相第一电容的电压uBb1、B相第二电容的电压uBb2、C相第一电容的电压uCb1和C相第二电容的电压uCb2；
步骤2：根据获取的三相分离式串联混合型电力电子变压器的电压和电流，计算三相分离式串联混合型电力电子变压器的有功功率和无功功率；
所述计算三相分离式串联混合型电力电子变压器的有功功率和无功功率，具体包括：计算A相第一有功功率p1(k+1)和A相第一无功功率q1(k+1)、计算A相第二有功功率p2(k+1)和A相第二无功功率q2(k+1)、计算B相第一有功功率p3(k+1)和B相第一无功功率q3(k+1)、计算B相第二有功功率p4(k+1)和B相第二无功功率q4(k+1)、计算C相第一有功功率p5(k+1)和C相第一无功功率q5(k+1)、计算C相第二有功功率p6(k+1)和C相第二无功功率q6(k+1)；
在d，q坐标系下利用如下计算公式分别进行计算：
Figure FDA0003455618510000031
Figure FDA0003455618510000032
Figure FDA0003455618510000033
Figure FDA0003455618510000034
Figure FDA0003455618510000035
Figure FDA0003455618510000036
Figure FDA0003455618510000037
Figure FDA0003455618510000041
Figure FDA0003455618510000042
Figure FDA0003455618510000043
Figure FDA0003455618510000044
Figure FDA0003455618510000045
上式中，ω为电网角频率；Ts为采样周期；k为本次采样时刻；k+1为下一采样时刻；下标带d或q即为相应电压在d，q坐标系下的分量；LA1为第一滤波电感；RA1为第一电网A相等效线路阻抗；LA2为第二滤波电感；RA2为第二电网A相等效线路阻抗；LB1为第三滤波电感；RB1为第一电网B相等效线路阻抗；LB2为第四滤波电感；RB2为第二电网B相等效线路阻抗；LC1为第五滤波电感；RC1为第一电网C相等效线路阻抗；LC2为第六滤波电感；RC2为第二电网C相等效线路阻抗；
步骤3：通过控制三相电力电子变压器，使得计算得到的三相分离式串联混合型电力电子变压器的有功功率与预设的有功功率之间的误差小于设定误差，使得计算得到的三相分离式串联混合型电力电子变压器的无功功率与预设的无功功率之间的误差小于设定误差。
2.根据权利要求1所述的一种三相分离式串联混合型电力电子变压器，其特征在于，所述控制三相电力电子变压器的方法为：
对三相分离式串联混合型电力电子变压器的预测直接功率控制后得到系统在d，q坐标系下的控制电压；
对三相分离式串联混合型电力电子变压器在d，q坐标系下的控制电压进行反向Clark变换；
对三相分离式串联混合型电力电子变压器输出电压进行PWM调制，改变调制比即可调整电力电子变压器和电力变压器功率传输比例。
CN202110120390.6A 2021-01-28 2021-01-28 一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法 Active CN112928929B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110120390.6A CN112928929B (zh) 2021-01-28 2021-01-28 一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110120390.6A CN112928929B (zh) 2021-01-28 2021-01-28 一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112928929A CN112928929A (zh) 2021-06-08
CN112928929B true CN112928929B (zh) 2022-05-20

Family

ID=76169107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110120390.6A Active CN112928929B (zh) 2021-01-28 2021-01-28 一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112928929B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202364132U (zh) * 2011-12-15 2012-08-01 中国矿业大学(北京) 多功能大功率电力电子变流器
CN102832815A (zh) * 2012-08-30 2012-12-19 西安交通大学 基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器
CN107425733A (zh) * 2017-07-28 2017-12-01 西安交通大学 一种低压电能路由器拓扑及控制方法
CN107565568A (zh) * 2017-08-28 2018-01-09 东南大学 基于单星型mmc结构的混合型电力电子变压器及控制方法
CN207010553U (zh) * 2017-03-09 2018-02-13 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于mmc的多端口混合型电力电子变压器
CN110086355A (zh) * 2019-04-29 2019-08-02 西安交通大学 一种高频控制补偿型可控交流配电变压器
CN112072639A (zh) * 2020-08-11 2020-12-11 东南大学 模块共用的电网柔性合环控制器拓扑

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI243526B (en) * 2004-08-11 2005-11-11 Uis Abler Electronics Co Ltd Three-phase three-wire active power filter

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202364132U (zh) * 2011-12-15 2012-08-01 中国矿业大学(北京) 多功能大功率电力电子变流器
CN102832815A (zh) * 2012-08-30 2012-12-19 西安交通大学 基于多级多模块级联结构的三相电力电子变压器
CN207010553U (zh) * 2017-03-09 2018-02-13 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于mmc的多端口混合型电力电子变压器
CN107425733A (zh) * 2017-07-28 2017-12-01 西安交通大学 一种低压电能路由器拓扑及控制方法
CN107565568A (zh) * 2017-08-28 2018-01-09 东南大学 基于单星型mmc结构的混合型电力电子变压器及控制方法
CN110086355A (zh) * 2019-04-29 2019-08-02 西安交通大学 一种高频控制补偿型可控交流配电变压器
CN112072639A (zh) * 2020-08-11 2020-12-11 东南大学 模块共用的电网柔性合环控制器拓扑

Also Published As

Publication number Publication date
CN112928929A (zh) 2021-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220166343A1 (en) Solid-state transformer having uninterrupted operation ability under ac/dc fault and control method thereof
CN107046375B (zh) 一种桥臂单传感器的mmc环流控制方法
CN109830966B (zh) 三相四线制电能质量综合治理装置及其控制方法和系统
CN104953875A (zh) 一种离网逆变器的重复滑模控制方法
CN204886199U (zh) 一种适应不平衡和非线性负载的电力电子变压器
CN108847773B (zh) 输入串联输出并联全桥直直变换器多模块功率平衡方法
CN103904909A (zh) 基于分数阶控制的双pwm变频器一体化协调控制系统
CN112134472A (zh) 基于mmc换流器的双端系统直流侧谐振控制方法及系统
CN104993713A (zh) 一种双pwm固态变压器的控制方法
CN107579666B (zh) 基于mmc矩阵变换器的多功能混合型电力电子变压器及控制方法
CN112332426A (zh) 基于mmc技术的统一电能质量调节器系统及控制方法
CN114825414B (zh) 一种能量路由器的高压直流故障穿越控制方法及系统
CN113141121B (zh) 一种电流源型高频隔离矩阵型级联变换器及控制方法
CN104638955B (zh) 一种基于多绕组变压器的变流器的载波移相控制器
Feng et al. Combined DC voltage control scheme for three-port energy router based on instantaneous energy balance
CN111049201B (zh) 一种交直流电网混合式大功率接口变流器协调控制方法
Wang et al. Research on loss reduction of dual active bridge converter over wide load range for solid state transformer application
CN112928929B (zh) 一种三相分离式串联混合型电力电子变压器及其控制方法
Xiao et al. A novel multistation cooperative negative sequence current compensation method for high-speed railway
CN110071515A (zh) 一种基于二级控制的多微网电压不平衡补偿方法
CN114337345B (zh) 一种多端口中低压交直流混合微电网的能量分层控制方法
CN106877674B (zh) 谐振型dc/dc变换器功率均衡控制方法和控制系统
Aljumah et al. SiC-based Isolated Three-port DC-DC Converter Implementation for MV Microgrid Applications
CN111525591B (zh) 一种三相不平衡状态下的vsc控制方法
CN112117784B (zh) 虚拟变压器的运行控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant