一种直接式AC/AC型混合配电变压器的建模方法技术

本发明专利技术公开了一种直接式AC/AC型混合配电变压器的建模方法,属于改进配电网电压柔性调控技术领域。其中混合配电变压器包含一台三相三绕组工频配电变压器与三组AC/AC模块，三相三绕组工频变压器包括三个一次侧主绕组、三个二次侧主绕组、六个用于电气隔离的二次侧辅助绕组，每个二次侧主绕组的一个输出端与负荷连接，另一个输出端与每组AC/AC模块一个输出端连接，每组AC/AC模块另一个输出端接地。基于状态空间平均法建立混合式配电变压器的松弛二端口网络模型，推导二端口模型的戴维南等效参数，进而得到了混合式配电变压器的支路模型。此模型具有一定的普适性且能够反应混合式配电变压器运行时的损耗并进行潮流计算。电变压器运行时的损耗并进行潮流计算。电变压器运行时的损耗并进行潮流计算。

【技术实现步骤摘要】
一种直接式AC/AC型混合配电变压器的建模方法


[0001]本专利技术属于改进配电网电压柔性调控
，具体涉及一种直接式AC/AC型混合配电变压器的建模方法。

技术介绍

[0002]电能质量是电网运行的重要参数之一，良好的电能质量是电网正常运行的必要保障。保障作为电能质量的重要参数之一的电压具有良好的质量就更为重要。实际中，电力系统运行过程出现的负荷快速变化、配电网中发电机的退出与运行、开关的投切运行以及极端的恶劣天气问题等都会引起电力系统中的电压发生变化，即电压发生骤降、骤升、中断等波动。这些扰动不仅会影响系统的稳定性，同时也带来了巨大的经济损失。对于这些电压问题，常见的方法是用可以调节电压的电气设备消除电压波动，使系统稳定运行。
[0003]可以调节电压的电气设备中，常见的有带有分接头的有载调压变压器、电力电子变压器、动态电压恢复器、混合配电变压器等。有载调压变压器(on
‑
load tap changer， OLTC)是电力系统中常见的调节电压设备，其对维持电力系统中各个节点的电压稳定发挥着巨大的作用。OLTC依靠调整变压器的变比来调节电压，但OLTC存在的调节范围小，调节速度慢的问题影响其工作性能，故OLTC并不适用于给电能质量要求高的负载供电。电力电子变压器（(power electronic transformer，PET）可以实现对输出电压电流的全范围控制，其调节速度快，调控精度高的特点使其受到学者们的广泛关注，但PET具有的较高成本和较低转换率的问题使其在工程中应用受到一定阻碍。动态电压恢复器(dynamic voltage restorer， DVR)是针对敏感负荷电压波动的一种设备，它一般分为两类：有储能设备的DVR和无储能设备的DVR。包含储能设备的DVR的储能设备一般为电容器，储能设备的存在限制了DVR的电压补偿深度和补偿时间，此外储能设备的笨重、昂贵的特点也使DVR发展受到限制。不包含储能设备的DVR一般包含直流环节，能量在流经DVR时一般需要经过DC/AC的变换，能量的多级变换使此类DVR具有较高的能量损耗。混合式配电变压器(hybrid distribution transformer，HDT)的拓扑一般由传统工频变压器和电力电子变换器(power electronic converter， PEC)结构，PEC的输出端与传统工频变压器串联连接，PEC输出的补偿电压使HDT的输出侧负载得到柔性调控。由于HDT结合了传统工频变压器运行稳定的优点和PEC可控性的特点，HDT可以柔性调控电压，在实际应用中具有出色的表现。
[0004]由于HDT的优秀的工作性能，学者们对其十分关注并进行了大量的研究。为了更好探讨HDT运行特性，学者们运用了丰富的方法对HDT进行模型构建。其中基于状态空间平均法的思想对HDT建立状态空间平均模型，以松弛二端口理论对HDT的运行特性进行分析的方法是HDT构建模型时常见的一种方法。这种方法可以用线性电路理论分析开关变换器的非线性拓扑结构，使HDT复杂的拓扑结构简单化，理论分析过程简单。同时HDT松弛二端口模型还具有直观反应HDT输入与输出关系的优势，便于对HDT静态参数的分析。然而这种方法构建的HDT模型没有考虑到工频变压器损耗，不便于直接观测到HDT在实际运行时的运行状态与运行时的损耗，也无法对HDT进行潮流计算和稳态分析。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于松弛二端口网络的直接式AC/AC型混合配电变压器建模方法，此方法构建的模型可以适用全体的直接式AC/AC型两相支撑的混合式配电变压器模型构建并且此模型可以对混合配电变压器所在支路进行潮流计算。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，一种直接式AC/AC型混合配电变压器的建模方法，具体按照以下步骤实施：首先分析直接式AC/AC型混合配电变压器运行特性，然后构建基于松弛二端口网络理论的混合式配电变压器模型。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，直接式AC/AC型混合配电变压器包含一台三相三绕组工频配电变压器与三组AC/AC模块，所述三相三绕组工频变压器包括三个一次侧主绕组、三个二次侧主绕组以及六个用于电气隔离的二次侧辅助绕组，每个所述二次侧主绕组的一个输出端与负荷连接，另一个输出端与每组AC/AC模块的一个输出端连接，每组所述AC/AC模块的另一个输出端接地。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，每个所述AC/AC模块包含两个AC/AC变换器，每个AC/AC变换器的输入端与变压器的一个二次侧辅助绕组相连，第一个AC/AC变换器的一个输出端与二次侧主绕组相连，另一个输出端与第二个AC/AC变换器的一个输出端连接，第二个AC/AC变换器的一个输出端接地。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，每个所述AC/AC变换器的两个输出端之间连接旁路开关，当旁路开关闭合时，AC/AC变换器退出运行。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，对混合式配电变压器运行特性分析以及构建模型时，不指定具体的AC/AC变换器，所分析讨论的结果适用于全体的基于直接式AC/AC型两相支撑的混合式配电变压器系统。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，考虑变压器的运行损耗，基于状态空间平均法建立混合式配电变压器的松弛二端口网络模型。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，依据所构建的混合式配电变压器的松弛二端口网络模型，计算混合式配电变压器戴维南等效参数，构建可以进行潮流计算的混合式配电变压器支路电路模型。
[0013]本专利技术的有益效果在于：此方法构建的混合式配电变压器的电路模型可以适用全体此拓扑的混合式配电变压器模型构建，可以直观反映混合式配电变压器在电网运行时的运行损耗，可以依据此模型计算混合式配电变压器的支路潮流，便于含有混合式配电变压器的系统进行潮流调控和最优潮流计算。
附图说明
[0014]图1是直接式AC/AC型HDT的拓扑结构图；图2是AC/AC变换器示意图图3是HDT系统的单相平均模型电路图；图4是HDT等效原理图图5是HDT支路模型图；
图6是HDT调控策略；图7是HDT电压骤升跌落调控场景图；图8是纯阻性负载下HDT功率因数曲线图；图9是阻感性负载下HDT功率因数曲线图；图10是HDT谐波干扰调控场景图；图11是HDT柔性变比对比图；图12是HDT电压损耗对比图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0016]基于状态空间平均法和戴维南定理，本专利技术提出一种直接式AC/AC型混合配电变压器的建模方法，如图1所示，直接式AC/AC型混合配电变压器包含一台三相三绕组工频配电变压器与三组AC/AC模块(AC/AC
‑
A、AC/AC
‑
B、AC/AC
‑
C)。三相三绕组工频变压器包括三个一次侧主绕组w
A1
、w
B1
、w
C1
、三个二次侧主绕组w
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接式AC/AC型混合配电变压器的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：首先分析直接式AC/AC型混合配电变压器系统运行特性，然后构建基于松弛二端口网络理论的混合式配电变压器模型。2.根据权利要求1所述的一种直接式AC/AC型混合配电变压器的建模方法，其特征在于，所述直接式AC/AC型混合配电变压器系统包含一台三相三绕组工频配电变压器与三组AC/AC模块，所述三相三绕组工频变压器包括三个一次侧主绕组、三个二次侧主绕组以及六个用于电气隔离的二次侧辅助绕组，每个所述二次侧主绕组的一个输出端与负荷连接，另一个输出端与每组AC/AC模块的一个输出端连接，每组所述AC/AC模块的另一个输出端接地。3.根据权利要求2所述的一种直接式AC/AC型混合配电变压器的建模方法，其特征在于，三组AC/AC模块分别为：AC/AC
‑
A、AC/AC
‑
B、AC/AC
‑
C；三个一次侧主绕组分别为w
A1
、w
B1
、w
C1
；三个二次侧主绕组分别为w
a
、w
b
、w
c
；六个用于电气隔离的二次侧辅助绕组包括w
a2
、w
b2
、w
c2
，其中一次侧绕组与二次侧主绕组之间的变比为n
TR
，其中一次侧绕组与二次侧辅助绕组之间的变比为n
aux
，每个二次侧主绕组的一个输出端与负荷连接。4.根据权利要求3所述的一种直接式AC/AC型混合式配电变压器的建模方法，其特征在于，每个所述AC/AC模块包含两个AC/AC变换器，每个AC/AC变换器的输入端与变压器的一个二次侧辅助绕组相连，第一个AC/AC变换器的一个输出端与二次侧主绕组相连，另一个输出端与第二个AC/AC变换器的一个输出端连接，第二个AC/AC变换器的一个输出端接地。5.根据权利要求4所述的一种直接式AC/AC型混合式配电变压器的建模方法，其特征在于，六个AC/AC变换器分别是AC/AC
‑
Ac、AC/AC
‑
Ab、AC/AC
‑
Ba、AC/AC
‑
Bc、AC/AC
‑
Ca、AC/AC
‑
Cb；其中，任一的AC/AC变换器的输入电压与输出电压均具有式（1）关系：(1)其中，u
out
(t)为AC/AC变换器的输出侧电压，u
in
(t)为AC/AC变换器的输入侧电压，D(t)为AC/AC变换器的占空比；故设定D
a
、D
b
、D
c
为六个AC/AC变换器占空比；其中，D
a
是变换器AC/AC
‑
Ab、AC/AC
‑
Ac的占空比，D
b
是变换器AC/AC
‑
Ba、AC/AC
‑
Bc的占空比，D
c
是变换器AC/AC
‑
Ca、AC/AC
‑
Cb的占空比。6.根据权利要求5所述的一种直接式AC/AC型混合配电变压器的建模方法，其特征在于，每个所述AC/AC变换器的两个输出端之间连接旁路开关，当旁路开关闭合时，AC/AC变换器退出运行。7.根据权利要求6所述的一种直接式AC/AC型混合配电变压器的建模方法，其特征在于，考虑变压器的运行损耗，基于状态空间平均法建立混合式配电变压器的松弛二端口模型。8.根据权利要求7所述的一种直接式AC/AC型混合配电变压器的建模方法，其特征在于，混合式配电变压器系统中的任一AC/AC模块的状态空间模型如下： (2)其中，(3)
ꢀ
(4) (5)其中，L
Fb
、L
Lb
、C
Fb、
C
Lb
、L
Fc
、L
Lc
、C
Fc、
C
Lc
为AC/AC变换器AC/AC
‑
Ba、AC/AC
‑
Ca的输入/出滤波器的电感电容参数，Z
L
为HDT输出侧负载；假设混合式配电变压器系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艺博，张鑫怡，刘闯，蔡国伟，刘宇，王源，刘开璞，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：