一种配电网电力电子变压器及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种配电网电力电子变压器及其控制方法，所述配电网电力电子变压器包括输入级、隔离变换级和输出级，所述输出级上设置有超级电容；所述输出级采用电压源型四桥臂逆变拓扑，所述超级电容的正极连接在第四桥臂中点，负极连接直流母线负端。本发明专利技术所述的配电网电力电子变压器利用内部充当中线的第四桥臂同时充当超级电容储能系统的充放电接口，无缝连接超级电容，响应速度快，无需额外增加功率变换电路和控制系统，实现灵活储能。本发明专利技术所述的配电网电力电子变压器具备短时不间断供电能力，并具备超高的功率波动承受能力，能实现负荷剧增下的稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种配电网电力电子变压器及其控制方法
本专利技术涉及电力电子领域，具体涉及一种配电网电力电子变压器及其控制方法。
技术介绍
近年来，电力电子变换技术发展迅速，其在电力系统中的最新运用——电力电子变压器(PowerElectronicTransformer，PET)，结合了高频变压器，能实现电力系统中的电压变换和能量传递，已得到了国内外学者的火热研究。PET应用于配电网突出特点在于对交流侧电压幅值和相位的实时控制，可实现变压器原副方电压、电流和功率的灵活调节，故具备解决电力系统中许多新课题的潜力，应用前景广阔。然而，配电网电力电子变压器(DistributionPowerElectronicTransformer，DPET)运行于电网末端，运行环境复杂，高压侧电压不稳定，由故障引起的电压深度跌落和短时断电情况时有发生。在线路中配置具备超级电容(SuperCapacitor，SC)储能的电力电子设备，在电源电压跌落时进行电压补偿，是一种广泛使用的措施。现有技术中一般选择在DPET低压直流母线上额外增加SC储能系统，这样虽然能达到补偿效果，但这种方法增加了额外的DC/DC功率变换电路，增加了系统成本，并且使补偿响应速度变慢。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种配电网电力电子变压器及其控制方法，以解决现有技术中在DPET低压直流母线上额外增加SC储能系统而导致的系统成本增加和补偿响应速度变慢的问题。为解决上述问题，本专利技术提供了以下方案：第一方面，本专利技术提供了一种配电网电力电子变压器，包括输入级、隔离变换级和输出级，所述输出级上设置有超级电容；所述输出级采用电压源型四桥臂逆变拓扑，所述超级电容的正极连接在第四桥臂中点，负极连接直流母线负端。其中，所述配电网电力电子变压器通过桥臂功率器件对所述超级电容进行充放电。其中，所述输入级采用级联H桥多电平拓扑，每个桥臂由数量为n的HM链节模块级联组成，HM链节模块主电路为H桥结构，三个桥臂通过Y型连接组成，将高压工频交流转化数量为3n的悬浮的直流。其中，所述隔离变换级各单元采用双主动桥拓扑DAB，总单元数为3n，各DAB一侧与HM链节相连，另一侧并联组成直流母线。其中，所述超级电容串联有电感，以减少电流波纹。第二方面，本专利技术还提供了一种配电网电力电子变压器控制方法，其中，所述配电网电力电子变压器包括输入级、隔离变换级和输出级，所述输出级上设置有超级电容；所述输出级采用电压源型四桥臂逆变拓扑，所述超级电容的正极连接在第四桥臂中点，负极连接直流母线负端；所述控制方法包括：所述第四桥臂采用指令可叠加的电流型控制，对中线电流和超级电容充放电电流进行复合控制，其中第四桥臂电流控制指令为具体地，当超级电容放电时，控制目标为保持直流母线电压恒定，得到电流控制指令等于放电电流当超级电容充电时，控制目标为保持超级电容端电压恒定，得到电流控制指令等于充电电流指令其中，中线电流控制指令由三相电流相加得到，in＝ia+ib+ic，控制第四桥臂输出电流-in，以抵消系统中由于三相不平衡产生的中线电流。其中，所述输入级采用级联H桥多电平拓扑，每个桥臂由数量为n的HM链节模块级联组成，HM链节模块主电路为H桥结构，三个桥臂通过Y型连接组成，将高压工频交流转化数量为3n的悬浮的直流。所述输入级三相各桥臂对称，各相控制策略相同；其中各相控制策略采用基于同步旋转d-q坐标系的电压、电流双闭环控制，结合载波移向CPS-SPWM调制策略。其中，所述隔离变换级各单元采用双主动桥拓扑DAB，总单元数为3n，各DAB一侧与HM链节相连，另一侧并联组成直流母线。所述隔离变换级通过数量为3n的DAB双向传输能量，共同实现直流母线电压恒定，其中对于单个DAB，两个主动桥的驱动信号均为占空比为50％的互补触发脉冲，两个桥对应开关管导通存在一个相移角度当为正值时，功率正向流动，当为负值时，功率反向流动；在每个DAB中加入均功率控制，各个DAB不同的功率与指令功率的差值会产生不同的移相角变量以调整移相角平衡各个DAB的功率流动。其中，所述输出级采用的电压源型四桥臂逆变器的前三桥臂和第四桥臂为独立控制部分，其中前三桥臂对输出电压的正序和负序分量进行控制，保证三相输出恒压恒频。其中，所述超级电容串联有电感，以减少电流波纹。由上述技术方案可知，本专利技术所述的配电网电力电子变压器，利用内部充当中线的第四桥臂同时充当超级电容储能系统的充放电接口，无缝连接超级电容，响应速度快，无需额外增加功率变换电路和控制系统，实现灵活储能。本专利技术提供的配电网电力电子变压器的控制方法不影响第四桥臂对中线电流的控制，具备短时不间断供电能力，并具备超高的功率波动承受能力，能实现负荷剧增下的稳定运行。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一个实施例提供的配电网电力电子变压器的电路结构示意图；图2是本专利技术一个实施例中第四桥臂的控制策略示意图；；图3是本专利技术一个实施例中输入级控制策略示意图；图4是本专利技术一个实施例中双主动桥DAB移向控制策略示意图；图5是本专利技术一个实施例中输出级VSI控制策略示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1示出了本专利技术一个实施例提供的配电网电力电子变压器的电路结构示意图，本实施例提供的配电网电力电子变压器为一种与超级电容灵活互动的配电网电力电子变压器(SuperCapacitorbasedDistributionPowerElectronicTransformer，简称SCDPET)。本实施例提供的SCDPET利用DPET内部充当中线的第四桥臂同时充当超级电容储能系统的充放电接口，无缝连接超级电容，无需额外增加功率变换电路和控制系统，实现灵活储能。如图1所示，本实施例提供的SCDPET包括：输入级、隔离变换级和输出级，所述输出级上设置有超级电容，即输出级集成了超级电容储能系统，如图1所示。所述输出级采用电压源型四桥臂逆变拓扑，所述超级电容的正极连接在第四桥臂中点，负极连接直流母线负端。其中，所述配电网电力电子变压器通过桥臂功率器件对所述超级电容进行充放电。其中，所述输入级采用级联H桥多电平(CascadeH-bridgeMulti-level，CHM)拓扑，每个桥臂由数量为n的HM链节模块级联组成，HM链节模块主电路为H桥结构，3个桥臂通过Y型连接组成，将高压工频交流转化数量为3n的悬浮的直流，级联多电平结构使得输入级功率器件能以较小的电压应力和开关频率的应用于高压大功率。其中，所述隔离变换级各单元采用双主动桥拓扑(DualActiveBridge，DAB)，控制能量双向流动；总单元数为3n，各DAB一侧与HM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电网电力电子变压器，其特征在于，包括输入级、隔离变换级和输出级，所述输出级上设置有超级电容；所述输出级采用电压源型四桥臂逆变拓扑，所述超级电容的正极连接在第四桥臂中点，负极连接直流母线负端。

【技术特征摘要】
1.一种配电网电力电子变压器，其特征在于，包括输入级、隔离变换级和输出级，所述输出级上设置有超级电容；所述输出级采用电压源型四桥臂逆变拓扑，所述超级电容的正极连接在第四桥臂中点，负极连接直流母线负端；其中，所述配电网电力电子变压器通过桥臂功率器件对所述超级电容进行充放电；所述输入级采用级联H桥多电平拓扑，每个桥臂由数量为n的HM链节模块级联组成，HM链节模块主电路为H桥结构，三个桥臂通过Y型连接组成，将高压工频交流转化数量为3n的悬浮的直流；所述隔离变换级各单元采用双主动桥拓扑DAB，总单元数为3n，各DAB一侧与HM链节相连，另一侧并联组成直流母线；所述超级电容串联有电感，以减少电流波纹。2.一种配电网电力电子变压器控制方法，其特征在于，所述配电网电力电子变压器包括输入级、隔离变换级和输出级，所述输出级上设置有超级电容；所述输出级采用电压源型四桥臂逆变拓扑，所述超级电容的正极连接在第四桥臂中点，负极连接直流母线负端；所述控制方法包括：所述第四桥臂采用指令可叠加的电流型控制，对中线电流和超级电容充放电电流进行复合控制，其中第四桥臂电流控制指令为具体地，当超级电容放电时，控制目标为保持直流母线电压恒定，得到电流控制指令等于放电电流当超级电容充电时，控制目标为保持超级电容端电压恒定，得到电流控制指令等于充电电流指令其中，中线电流控制指令由三相电流相加得到，in＝ia+ib+ic，控制第四桥臂输出电流-in，以抵消系统中由于三相不平衡产生的中线电...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂春鸣，兰征，帅智康，葛俊，刘程辉，孟阳，熊诵辉，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43