[实用新型]一种适应不平衡和非线性负载的电力电子变压器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力设备技术领域，尤其涉及电力电子变压器。

背景技术

电力电子变压器(PowerElectronicTransformer,PET)又被称为固态变压器，是实现电压变换、电气隔离、无功补偿和可再生能源并网接入等多种功能的智能化电力电子设备，同时兼有交直流混合接口和继电保护的功能，应用前景十分广阔。低压配电网系统一般为三相四线制结构，其负载多为不平衡非线性混合负载，这些负载除了会产生基波正序电流外，还会向系统中注入负序、零序和谐波电流。而电力电子变压器可以通过合适控制对配网电压形成支撑作用，抑制负序、零序和谐波电流对配电网的影响，同时还可以省去传统配网中的谐波无功补偿装置。针对不平衡非线性负载的控制，现有的主流方法是在dq正序旋转坐标系下转化为直流量进行控制。经过正序坐标变换后，正序谐波分量体现为降次的交流量，负序基波分量体现为升次的交流量。而传统的比例积分控制器对交流量增益有限，并不能很好的实现无稳态误差控制，甚至会降低配电网电力电子变压器的输出电压性能。因此，采用合适的控制策略对于配电网电力电子变压器来说是非常重要的，同时对于所采用控制器的参数进行合理的设计也成为急需解决的问题。

现有的技术方案一：针对不平衡非线性混合负载产生的负序和谐波分量，通过在基波电压电流环的基础上，叠加不平衡负载的负序控制环和非线性负载的谐波补偿控制环。负载输出三相电压在不同角频率的dq旋转坐标系下经过低通滤波器后，可以将基波正序、负序和谐波分量全部转换成直流量，可以实现PI控制器的无静差控制。另外该控制器参数采用先计算内环PI参数后外环PI参数的方法。但该方案具有以下缺点：(1)使用较多的旋转坐标变换和低通滤波器会增加控制的复杂程度和产生延时，影响控制精度。(2)控制器内环和外环相互关联，单独设计内环或者外环参数不能保证系统的性能。现有的技术方案二：针对不平衡负载产生的正序、负序和零序分量，将其转化到αβ0坐标系下仍为交流量。可以利用比例谐振控制器对交流分量增益大的特点，分别在α轴、β轴和0轴上采用比例谐振控制器，实现交流量的无差控制，但该技术方案具有以下缺点：(1)谐波分量在αβ0坐标系下仍为同频次交流量，未考虑非线性负载的影响。(2)αβ0轴只采用比例谐振电压环控制器，缺少电流闭环影响系统的动态响应。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服了上述现有存在问题，提供一种电力电子变压器输出级高电能质量控制策略及其参数设计方法，实现了对配电网不平衡和非线性负载的良好控制性能。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种适应不平衡和非线性负载的电力电子变压器，所述的电力电子变压器拓扑结构包括输入级、中间隔离级和输出级，输出级为三相四桥臂结构的逆变器，所述逆变器包括四桥臂逆变电路和LC滤波电路，所述的四桥臂逆变电路由直流电解电容和八个带反并联二极管的IGBT构成，所述的LC滤波电路由三相LC滤波器和第四桥臂中线电感构成，负载中性点通过中线电感与第四桥臂中点相连；其特征在于：前三相桥臂的控制电路设有电压外环PIR控制器和电流内环的PI控制器，第四桥臂的控制电路设有中线电流的PR控制器。

所述输出级的控制电路包括：

第一采样电路，用于获取低压直流侧母线电压u_dc；并将低压直流侧母线电压u_dc发送给DSP核心处理器；

第二采样电路，用于获取逆变器三相输出电压u_oa、u_ob、u_oc，并将三相输出电压u_oa、u_ob、u_oc发送给DSP核心处理器；

第三采样电路，用于获取逆变器三相电感电流i_La、i_Lb、i_Lc、三相负载电流i_oa、i_ob、i_oc和中线电流i_n，并将三相电感电流i_La、i_Lb、i_Lc、三相负载电流i_oa、i_ob、i_oc和中线电流i_n发送给DSP核心处理器；

DSP核心处理器，用于对所采集的输入信号进行控制算法计算，通过事件管理器中比较单元输出PWM驱动脉冲给IGBT驱动单元，同时对电气采样值进行程序保护；