[發(fā)明專利]具有容錯(cuò)功能的混合型電力電子變壓器及控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710794151.2
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107565580A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊斌;趙劍鋒;季振東;王建華;許勝
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/01;H02J3/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用功率電子器件的混合型多功能變壓器，尤其涉及一種具有容錯(cuò)功能的混合型電力電子變壓器及控制方法。

背景技術(shù)

智能電網(wǎng)及其相關(guān)技術(shù)的推廣應(yīng)用將有力推動(dòng)我國在能源領(lǐng)域的節(jié)能降耗，促進(jìn)分布式電源的并網(wǎng)發(fā)電，使未來電網(wǎng)更加智能、靈活。而未來智能電網(wǎng)的各項(xiàng)功能能否實(shí)現(xiàn)，很大程度上取決于電網(wǎng)中電氣設(shè)備的性能及其智能化水平。

常規(guī)變壓器在電網(wǎng)中肩負(fù)著輸配變電的重?fù)?dān)，通過變壓器原副邊繞組的變比數(shù)來完成升壓或者降壓的功能，從而將電力配送到千萬用戶端。然而在傳統(tǒng)的變壓器在電力系統(tǒng)中不具有治理一系列電能質(zhì)量問題的能力，無法排除系統(tǒng)中的諧波污染、電壓陷落、無功補(bǔ)償?shù)龋@些問題會(huì)對一些用電場合造成極大的危害。

電力電子變壓器作為它們的新成員，其研究進(jìn)展必將極大地推動(dòng)智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，其全功率電子化的結(jié)構(gòu)使其除了具有變壓的功能，還具有電能質(zhì)量治理的能力。但是其功率比傳統(tǒng)變壓器小。

為了兼顧功率變換和電能質(zhì)量治理的功能，近幾年提出了混合變壓器的概念。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對以上問題，本發(fā)明提出一種具有容錯(cuò)功能的混合型電力電子變壓器及控制方法，使得系統(tǒng)在變壓的基礎(chǔ)上還具有無功功率補(bǔ)償、電壓陷落恢復(fù)等功能。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種混合型電力電子變壓器，包括多繞組變壓器、若干三電平變流器、串聯(lián)變壓器、濾波電感和控制器；其中，三電平變流器包括AC/DC變流器和DC/AC變流器，直流側(cè)串聯(lián)在一起，采用直流側(cè)背靠背的方式連接，中間并聯(lián)直流側(cè)電容；多繞組變壓器包括三個(gè)繞組和一個(gè)鐵磁芯，包括一個(gè)一次側(cè)繞組和兩個(gè)二次側(cè)繞組，各繞組纏繞在鐵磁芯上；一次側(cè)繞組和三相電網(wǎng)相連，第一個(gè)二次側(cè)繞組通過串聯(lián)變壓器連接負(fù)載，第二個(gè)二次側(cè)繞組通過濾波電感和AC/DC變流器相連；DC/AC變流器通過串聯(lián)變壓器連接負(fù)載；控制器包括電壓電流檢測模塊、電流補(bǔ)償控制器和電壓恢復(fù)控制器；電壓電流檢測模塊設(shè)置在多繞組變壓器的第一個(gè)二次側(cè)繞組和負(fù)載之間的母線上，電流補(bǔ)償控制器連接并控制AC/DC變流器，電壓恢復(fù)控制器連接并控制DC/AC變流器。

進(jìn)一步地，所述控制器還包括變流器容錯(cuò)控制器，對三電平變流器進(jìn)行容錯(cuò)冗余控制。

一種混合型電力電子變壓器的控制方法，所述控制方法包括母線電流電壓檢測、電流補(bǔ)償控制、電壓恢復(fù)控制和容錯(cuò)控制；實(shí)時(shí)測量母線三相電壓電流值，對母線電流電壓進(jìn)行判斷，通過檢測算法實(shí)時(shí)計(jì)算需要補(bǔ)償?shù)膮⒖茧娏骱托枰謴?fù)的參考電壓，檢測結(jié)果作為控制器的輸入量，疊加到控制部分；當(dāng)系統(tǒng)中某一IGBT故障時(shí)，控制器接收相應(yīng)的IGBT故障信號，運(yùn)行容錯(cuò)控制算法，電流環(huán)指令值按照剩余變流器數(shù)量及需要的總無功電流平均分配，達(dá)到容錯(cuò)冗余控制。

進(jìn)一步地，所述電流補(bǔ)償控制具體包括以下步驟：

(1)將檢測到的參考電流反向后作為AC/DC變流器需要吸收的無功電流，此時(shí)直流側(cè)電容吸收一定的有功電流以維持直流側(cè)電壓穩(wěn)定；

(2)將電容電壓的瞬時(shí)值與其參考值比較之后經(jīng)過PI環(huán)節(jié)，得到變流器應(yīng)該吸收的有功電流；

(3)通過雙閉環(huán)反饋控制實(shí)現(xiàn)交流側(cè)的控制，將電網(wǎng)三相瞬時(shí)電流轉(zhuǎn)換到dq0坐標(biāo)系統(tǒng)，得到AC/DC變流器交流側(cè)電壓，經(jīng)過3/2變換得到交流量給PWM調(diào)制模塊，產(chǎn)生脈沖信號，控制AC/DC變流器工作。

進(jìn)一步地，所述電壓恢復(fù)控制具體包括以下步驟：

(1)將檢測模塊檢測到的參考電壓和DC/AC變流器的輸出電壓作比較后的差值給電壓環(huán)，經(jīng)過電壓環(huán)以后得到電容指令電流；

(2)將電容指令電流與輸出電流反饋值做差以后的結(jié)果給入電流環(huán)；

(3)將電流環(huán)輸出的結(jié)果和變流器的輸出電壓作比較后得到指令電壓，給PWM調(diào)制模塊后得到DC/AC變換器的開關(guān)脈沖。

進(jìn)一步地，所述容錯(cuò)控制具體包括以下步驟：

(1)當(dāng)系統(tǒng)中某一個(gè)IGBT故障時(shí)，發(fā)送故障信號給控制器；

(2)控制器接收到相應(yīng)的IGBT故障信號時(shí)，運(yùn)行容錯(cuò)控制算法，電流環(huán)指令值按照剩余變流器數(shù)量及需要的總無功電流平均分配，進(jìn)行容錯(cuò)冗余控制。

有益效果：本發(fā)明可以同時(shí)解決普通變壓器無電壓電流治理能力和純電力電子變壓器容量小的問題，多機(jī)并聯(lián)的結(jié)構(gòu)能夠讓系統(tǒng)具有很高的容錯(cuò)能力，具有很好的可行性和實(shí)用價(jià)值。

附圖說明

圖1是混合型電力電子變壓器拓?fù)鋱D；

圖2是背靠背變流器拓?fù)鋱D；