[发明专利]双PWM电力电子变压器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种电力电子变压器，尤其涉及一种输出恒压恒频交流电压的双PWM电力电子变压器。

背景技术：

电力电子变压器又称固态变压器，是近年来随着电力电子技术发展而引起人们关注的新型电网配电变压装置。电力电子变压器的优点是供电电压稳定性高、供电质量得到保证、工作损耗低、体积小、重量轻等。虽然目前电力电子变压器的效率比传统的工频变压器低，成本也较高，但可以预计电力电子变压器在今后3～5年内将成为输配电网的关键设备，并将广泛应用于交流柔性输电和高压直流输电中，成为电力电子技术更新传统电力系统设备的一个新的标志。

研究电力电子变压器的初衷是为了降低传统变压器的体积和重量。变压器的体积和重量与它的运行频率成反比，借助于电力电子技术提高其变换频率，就可减小体积和重量。美国海军于20世纪70年代末至80年代初进行了研究工作，并取得了一定效果，美国电科院进行了相关PET的研究。以上两个项目研究，试验样机不能很好地抑制输入的谐波电流，而且变压器输入和输出是不隔离的。20世纪90年代末，美国密苏里大学完成PET的10kVA，7200V/240V的实验样机，但仅实现了基本的电压变换功能和对输入的功率因数控制。美国威斯康星-麦迪逊大学与ABB公司合作，德克萨斯农机大学于20中提出一种基于可以实现功率因数整流的多模块级联的单相电力电子配电变压器，在低压模块的多级联，可达到配电系统的几十千伏的高电压水平，此电路拓扑结构较为复杂，且在功率控制中不灵活，存在硬件拓扑结构复杂、产生故障点概率增多，控制也过于复杂。

发明内容：

本发明就是针对上述问题，提供一种控制简单、稳定性高、功率控制灵活的输出恒压恒频交流电压的双PWM电力电子变压器。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括三相电源电压型三相PWM整流电路、单相桥式逆变电路、高频电力变压器、单相桥式整流电路、三相桥式逆变电路、LC滤波电路及负载组成，其结构要点在于变压器原边连接三相电压型PWM整流电路，将工频高压交流电通过三相电压型PWM整流电路变为直流电，实现电网电流的相位控制，单相逆变电路与三相电压型PWM整流电路连接，通过单相逆变电路逆变为高频单相交流电，经变压器耦合至副边，再经单相高频整流电路，将变压器副边的高频交流电变为直流电。

发明的有益效果：

本发明提出一种具有易于实现数字化的电力电子变压器算法控制方案，用于要求输出稳定且易于实现的负载侧有不同的负载特性系统中。为了控制原边电网侧的功率因数，使功率因数为近接1，因此用解耦的电压、电流双闭环的控制方法对原边整流电路进行控制；当负载由容性负载向感性负载切换时，副边二次侧逆变器用SVPWM算法控制，在0.1s瞬态前后变化小，且在切换后的输出稳定、幅值变化较小、电压恢复快等优点。本文对原、副边基于双PW变换的电力电子变压器的控制方案进行仿真，结果表明，这种结构的电力电子变压器不仅能实现电网单位功率因数运行，而且输出具有恒压恒频的交流电压，具有抗负载扰动特性。

附图说明：

图1是三相双直流拓扑结构电力电子变压器电路图。

具体实施方式：

本发明包括三相电源电压型三相PWM整流电路、单相桥式逆变电路、高频电力变压器、单相桥式整流电路、三相桥式逆变电路、LC滤波电路及负载组成，变压器原边连接三相电压型PWM整流电路，将工频高压交流电通过三相电压型PWM整流电路变为直流电，实现电网电流的相位控制，单相逆变电路与三相电压型PWM整流电路连接，通过单相逆变电路逆变为高频单相交流电，经变压器耦合至副边，再经单相高频整流电路，将变压器副边的高频交流电变为直流电，经三相逆变电路和滤波电路，得到工频交流电。通过适当的控制可以实现输入端的功率因数校正，抑制谐波的双向流动，使得整流的直流电压利用率提高，并且得到输出稳定的恒频恒压工频电。

三相PWM整流电路将电网的交流变为直流、直流输出电压可控、网侧单位功率因数运行等，对三相PWM整流电路可以采用电压外环，电流内环的双闭环控制方案，电压外环是为了实现对输出电压的控制，电流内环是为了实现单位功率因数控制。

隔离级是要将原边的交流耦合到副边，通过对高频变压器高压侧的单相逆变变换器和高频变压器低压侧的单相全桥整流器，采用占空比为80％的PWM脉冲，采用同步信号触发；负载侧输出电压恒定控制，在副边的逆变型电路，目的是获得输出恒压、恒频的交流电压，稳态的输出电压应该保持不变，实现副边逆变电路输出恒压、恒频的交流电压，如会得到等效三相正弦电流波形。