基于电力电子变压器的三端协调控制

为研究电力电子变压器对主网、交流微网、直流微网的三端协调控制,根据微网内分布式能源出力与功率缺额,提出了一种确定储能荷电状态预期值的方法。并基于此荷电状态值,综合考虑微网内源、荷、储三者关系,将微网运行状态划分为电源型微网和负载型微网。电力电子变压器根据微网类型,控制交直流微网功率流向与大小,最大化消纳分布式能源,以减少微网对配网的功率回馈次数及回馈时产生的功率损耗。仿真结果和实验数据验证了所提划分方法和控制策略的有效性。     

A modular power electronic transformer based on a cascaded H-bridge multilevel converter

In this paper a modular power electronic transformer (PET) for feeding critical loads is presented. The PE-based transformer is a multi-cellular step-down converter that can directly connect to medium voltage levels on the primary side and provide a low voltage, highly stable interface for consumer applications. The presented structure consists of three stages: a cascaded H-bridge (CHB) rectifier, an isolation stage, and an output stage. The CHB rectifier serves as an active rectifier to ensure that the input current is sinusoidal, and it converts the high AC input voltage to low DC voltages. The isolated DC/DC converters are then connected to the DC links and provide galvanic isolation between the HV and LV sides. Finally, a three-phase inverter generates the AC output with the desired amplitude and frequency. This paper introduces a new control strategy to maintain DC voltage balance among the CHB converter cells, even if the attached loads are different. The effects of voltage offsets and device mismatches on the equal load-current sharing are investigated, and an active load-current sharing method is presented to balance the load power among the parallel-output cells. The validity of the proposed controllers and the PET performance are verified by simulation and experimental results.     

电力电子变压器在输电系统中的控制策略研究

电力电子变压器(PET—PowerElectronicTransformer)是一种新型的电能转换设备,它通过电力电子变换技术实现电力系统中的电压变换和能量传递。研究了PET在电力系统中的控制问题,提出了在单机无穷大系统中与发电机相连的PET的控制策略,并在MATLAB环境中进行了时域仿真研究。仿真结果表明,在系统中出现扰动的条件下,PET能有效的提高系统阻尼,改善系统电压特性,提高了电力系统的稳定性。     

基于电子式互感器的变压器励磁涌流识别方法

随着电子式互感器研究的日趋成熟及智能变电站的快速推进,智能变电站已广泛采用电子式互感器获取电流及电压信号。传统的变压器保护采用励磁涌流中的二次谐波含量区分励磁涌流和故障电流,从而对差动保护进行闭锁。但在空投或故障切除后恢复供电时,变压器内部发生轻微匝间故障,受非故障相励磁涌流的影响,差动保护可能延迟动作甚至拒动。针对上述原理的缺陷,提出了二次谐波“或”闭锁原理加故障开放的励磁涌流识别方法。试验结果表明,改进方案能明显提高变压器内部故障时差动保护的动作速度。     

基于MMC的电力电子变压器保护系统研究*

介绍了基于MMC的电力电子变压器主电路拓扑及运行原理;对其可能出现的故障类型配置了相应的故障量测点以及保护方法;对MMC型电力电子变压器中存在的特殊故障及保护问题进行了详细分析,包括交流输入侧接地电阻的选择对交流侧接地故障和直流侧单极接地故障的影响,直流双极短路故障发生后采用具有直流故障电流抑制能力的箝位双子模块替换半桥子模块之后产生的过电压问题,以及电力电子变压器隔离级串联电容迅速放电产生冲击过电流问题;针对以上问题提出了相应的保护应对策略,并通过PSCAD仿真证明了所提策略的正确性和有效性。     

Typology and working mechanism of a hybrid power router based on power-frequency transformer electromagnetic coupling with converters

The power router (PR) is a promising piece of equipment for realizing multi-voltage level interconnection and fexible power control in the future distribution power grid. In this paper, a hybrid PR (HPR) topology based on power-frequency transformer electromagnetic coupling with converters is proposed for the medium distribution power grid. The power-frequency transformer is used to undertake power transmission, voltage conversion, and other main tasks, while the power electronic converters are combined to achieve active control. Equivalent magnetic and electrical circuit models are established to help discuss the operating principle of the proposed HPR. Additionally, the power fow and control principle of the HPR in diferent operating conditions are analyzed, with the control system design scheme presented. The theoretical analysis results are verifed by MATLAB/Simulink+Plecs simulation and a controller hardware-in-the-loop study, as well as a down-scale experimental test, indicating that the proposed HPR is fexible in active voltage support and current control.     

电力电子变压器能量双向流动研究

介绍了双直流环结构电力电子变压器的拓扑和工作原理,对其各级子电路提出了相应的控制方案;分析了电力电子变压器的能量双向流动,并进行了仿真。仿真结果表明:电力系统中,双直流环结构电力电子变压器可以实现网侧电流灵活控制、电网接近单位功率因数运行,有较好的负载输出电压,还能实现能量双向流动。     

自平衡电子电力变压器

提出一种基于级联多电平结构，具有自平衡能力的电子电力变压器(A-EPT)，其高压侧采用单相全桥级联技术，低压侧采用交错并联技术，并根据其结构特点提出一种简单有效的控制方案。在该控制方案中，通过采用载波移相技术提高了等效开关频率和输入性能；通过引入相移补偿信号，避免了级联模块间的直流电压不平衡问题。对所提出的A-EPT进行建模和仿真，并与常规变压器的运行状况进行对比分析。仿真结果表明：A-EPT能够很好地实现当变压器任何一侧系统出现电压或电流不平衡时，另一侧系统仍然能够自动保持本侧系统的电压或电流平衡，并且调节过程短，比常规变压器具有更好的性能。     

基于MMC的配电网电力电子变压器故障特性分析

介绍了配电网电力电子变压器输入级、隔离级和输出级通常采用的拓扑结构;选取了半桥子模块型模块化多电平换流器、双有源桥和三相逆变器作为研究对象,基于PSCAD仿真平台,搭建了10k V配电网电力电子变压器仿真模型;对电力电子变压器中可能出现的故障类型,包括交流输入侧故障、中压直流侧故障、低压直流侧故障以及功率开关元件故障等进行了理论分析与仿真验证;对各类故障下电力电子变压器的过电压、过电流水平进行了分类统计,指出了对配电网电力电子变压器影响较大的故障类型。     

电力电子变压器直流端口传感器位置选取方法

为了保证电力电子变压器端口故障切除快速响应,在直流端口侧会配有直流固态开关。而当电力电子变压器直流端口电压已经建立,在固态开关闭合瞬间,电力电子变压器直流端口的电容会对固态开关内电容进行充电,在考虑线路阻抗特性情况下,直流端口传统位置的电流传感器会由于线路阻抗和固态开关中电容产生振荡,严重会引发过流保护整机闭锁。文中对电力电子变压器直流端口进行建模分析,简化成RLC电路串联响应特性,对电力电子变压器直流侧的电流振荡波形展开分析,并提出了电流互感器测点优化选取原则,仿真和试验验证了所提理论的正确性。     

电子变压器原理分析及稳压设计

分析了电子变压器工作原理和影响开关频率的因素。由于电子变压器是开环的桥式开关电源,提出了应用电磁特性实现电压和电流的反馈方法,其脉宽调制方式采用RS触发器型的PWM。基于电磁特性原理设计出一款输出90 W的稳压电源,其具有结构简单、体积小、成本低等优点。     

电子电力变压器原理和仿真研究

电子电力变压器EPT(Electronic Power Transformer)是采用电力电子变换技术实现电力系统中的电压变换和能量传递的一种新型变压器。阐述了EW的基本理论,并对一种新的EPT实现方案进行了稳态特性仿真,以及4种情况下的动态特性仿真。结果表明,EPT可以保证原副方良好的电压、电流波形,具备良好的控制特性,并且具有电能质量调节器的功能,可以作为一种新型的电能质量调节装置。     

基于三相-单相电力电子变压器的牵引供电系统负载不平衡、无功和谐波潮流分析

将三相-单相电力电子变压器应用于贯通式同相供电系统,对比计算了传统变压器、电力电子变压器的单相侧和三相侧之间负载不平衡、无功和谐波的潮流关系。基于三电平电路研究了隔离DC-DC变换器和多模块级联整流器的控制方法:整流器采用有功无功解耦控制,实现了三相网侧单位功率因数运行;隔离DCDC变换器采用双边三电平控制,减小了流过中频变压器电感电流有效值。仿真和实验结果验证了基于三相-单相电力电子变压器的贯通式同相供电系统可有效消除负载不平衡、无功和谐波对三相电网电能质量的不良影响,系统动静态性能良好。     

智能电网中的电子电力变压器:改善电力系统可控性

现代电力系统正面临新的挑战,如提高可再生能源发电渗透率、增加用户参与需求侧响应、应对非线性负荷与敏感性负荷快速增长等.智能电网是解决或缓解这些问题的潜在途径.电网的智能化很大程度上依赖于电网的可控性,因此,提高可控性是实现更智能化电网的关键之一.本文较系统地阐述了利用电子电力变压器(EPT)提升电网可控性问题,详细分析了EPT的应用场景及典型案例.仿真结果验证了EPT在提升电力系统可控性方面的性能.     

基于能量回馈的电力电子变压器软启动策略

电力电子变压器(PET)中存在大量初始能量为0的电容器,若直接启动PET通过常规闭环控制给这些电容充电以建立直流电压,则将导致PET内部各个变换器的电流过流,可能会导致器件的损坏。为解决此问题,提出了一种基于能量回馈的PET软启动策略。基于PET各部分变换器的电流和功率模型,该策略能够在软启动全过程中实时计算和控制峰值电流,达到了限制启动冲击电流的目的。该策略始终令双有源桥(DAB)变换器工作于峰值电流控制模式下,在保证安全的前提下最大化利用DAB变换器的功率传输能力以加快软启动速度。该策略将低压直流母线电容适度过充,并适时将其中部分能量回馈到高压侧,使得在级联H桥变换器即将进入闭环控制前其高压直流母线电压就已达到参考值,从而彻底消除交流侧的冲击电流。所提策略避免了复杂的参数设计过程,完全依靠理论模型而不是经验来指导软启动全过程的设计。仿真与实验结果验证了所提策略的正确性和有效性。     

C-MMC型电力电子变压器直流故障分析与保护方法研究

对模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)型电力电子变压器的拓扑结构及实现原理进行介绍。分析了在采用半桥子模块的MMC中发生中压直流母线双极短路故障后的电流流通路径,以及其不能实现直流故障闭锁的原因。为解决上述问题,选取箝位双子模块代替半桥模块,并分析了其故障电流流通路径和故障闭锁原理。但由于箝位双子模块在直流故障闭锁后可能出现子模块过电压问题,为此,提出了电力电子变压器隔离级延时闭锁的策略,并分析了MMC闭锁后在该策略下隔离级闭锁前的故障电流流通路径。最后,通过PSCAD仿真平台对箝位双子模块的闭锁功能和隔离级延时闭锁策略进行了仿真验证。     

电力电子变压器研究综述

电力电子变压器(PET)除了具备传统变压器的功能之外,还具有潮流控制、电能质量调节和维持系统稳定等优点,符合近年来智能电网的发展需求,受到了极大关注。就目前PET的几个主要关键技术发展进行了综述,首先介绍了对PET研究的必要性及其工作原理,其次对现阶段国内外提出的PET拓扑结构作了仔细分析,再次,通过对其典型控制策略进行了总结,得出其控制的实质,由此建立其数学模型及相应的控制方法,然后分析了PET功能拓展的几种方案和其应用领域,最后总结了国内外对PET总体的发展概况,并对其今后发展方向进行了展望。本文旨在对电力电子变压器的研究进行阶段性总结,希望对其领域的研究提供参考价值。     

一种新型结构的电力电子变压器

电力电子变压器是一种新型智能电力变压器,在配电网中应用前景广阔。本文提出了一种新的模块化电力电子变压器拓扑结构,将双向隔离DC/DC变换器与模块化多电平变换器子模块连接在一起,直接得到低压直流输出,并利用四桥臂变换器产生低压交流输出,这种结构方式更利于模块化设计,减小装置体积。文中给出了模块化多电平变换器,双向隔离DC/DC变换器以及四桥臂变换器的控制方法,最后通过仿真和实验验证了该拓扑的性能。     

多电平直流链电力电子变压器控制策略研究

多电平直流链电力电子变压器(PET)中间级子模块拓扑包括半桥和双有源桥两部分。直流链两端电路不同的结构和控制策略会造成直流链电压的波动和不稳定。传统控制策略需要大量电流传感器,并且控制链路上的低通滤波器影响了系统的动态响应。文中提出了一种多电平直流链PET的控制策略,由串并联功率模块中的半桥电路稳定直流链总输出电压,由双有源桥电路实现直流链不同模块之间的均压。同时,所提控制策略只需要中压直流端口连接电感处的一个电流传感器,所有功率模块均不使用电流传感器,节省了系统的成本。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于CAN总线的电力变压器远程在线监控系统

介绍了一种基于CAN总线的电力变压器远程在线监控系统的设计方法,该系统可通过CAN通信使一台主机在线监控多台远程变压器,并通过上位机的软件全面分析变压器运行参数,预测变压器故障。该系统具有数据传送可靠性高、抗干扰能力强、容易扩充新节点等特点。