[发明专利]一种混合式电力电子变压器

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术应用于电网的电能传输及电能质量治理领域，涉及一种负序分量补偿和有功分量平衡的设备，适用于低压侧负载不平衡以及负载水平相差较大的变电所，以双绕组变压器两侧实测电气量为状态反馈量，采用闭环控制，是一种混合式电力电子变压器(HPET，Hybrid Power Electronic Transformer)。

背景技术

现有的电力电子变压器(Power Electronic Transformer，PET)是一种含有电力电子变换器且通过高频变压器实现磁耦合的变电装置，它通过电力电子变换技术和高频变压器实现电力系统中的电压变换和能量传递，改善供电电能质量。

由于现有的电力电子变压器采用五级变换结构，且直接将电力电子设备接入电网，故其容量低、效率低、成本大。在电力系统中，负荷总存在某种程度的不对称，当这种不对称负荷接入电网时，现有的电力电子变压器的低压侧会出现负序电流以及正序电流无功分量，对于电网的安全稳定运行具有不利影响，因而改善电能质量的效果并不理想。

发明内容

发明目的：为了降低电网中的负序电流、正序电流无功分量以及节约成本，本发明提出一种混合式电力电子变压器。以传统工频变压器作为功率传输的主体，以电力电子设备具有容量大、成本低、效率高、兼容性好等优点。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种混合式电力电子变压器，包括双绕组变压器T，电力电子开关k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆，三相电压源换流器VSC₁，单相电压源换流器VSC₂，单相电压源换流器VSC₃，单相电压 源换流器VSC₄，高压侧互感器HT，低压侧互感器LT，直流电压互感器DCPT、直流电容器C_dc和控制系统；双绕组变压器T的高压侧三相线圈分别连接电力电子开关k₁、k₂、k₃，双绕组变压器T的低压侧三相线圈分别连接电力电子开关k₄、k₅、k₆，双绕组变压器T的两侧都接有电力电子开关，便于投切双绕组变压器；

高压侧互感器HT设置在双绕组变压器T的高压侧，低压侧互感器LT设置在双绕组变压器的低压侧，直流电压互感器DCPT连接在直流电容器C_dc的两端；直流电容器C_dc并联在三相电压源换流器VSC₁与单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄之间；单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄分别与双绕组变压器T低压侧的A相、B相和C相相连，三相电压源换流器VSC₁连接在双绕组变压器T高压侧；

高压侧互感器HT、低压侧互感器LT、直流电压互感器DCPT均连接控制系统的输入端，控制系统的输出端连接三相电压源换流器VSC₁以及三个单相电压源换流器VSC₂、VSC₃、VSC₄。高压侧互感器HT、低压侧互感器LT实时采集双绕组变压器T两侧的电流、电压，然后再将其传输至控制系统的输入端。

控制系统包括输入单元、闭环控制单元和输出单元；输入单元、闭环控制单元和输出单元依次连接。

输入单元包括信号处理单元；

闭环控制单元包括VSC₁控制模块、VSC₂控制模块、VSC₃控制模块和VSC₄控制模块，通过解耦在补偿的低压侧负序有功电流、负序无功电流、正序无功电流以及高压侧实测无功功率和维持直流电容电压恒定的条件下，计算出作用于VSC₁控制模块、VSC₂控制模块、VSC₃控制模块和VSC₄控制模块的控制信号；

输出单元包括PWM生成电路和驱动放大电路，PWM生成电路将控制信号调制成PWM控制脉冲，驱动放大电路将PWM控制脉冲放大后驱动电力电子器件。