[发明专利]具有容错功能的混合型电力电子变压器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用功率电子器件的混合型多功能变压器，尤其涉及一种具有容错功能的混合型电力电子变压器及控制方法。

背景技术

智能电网及其相关技术的推广应用将有力推动我国在能源领域的节能降耗，促进分布式电源的并网发电，使未来电网更加智能、灵活。而未来智能电网的各项功能能否实现，很大程度上取决于电网中电气设备的性能及其智能化水平。

常规变压器在电网中肩负着输配变电的重担，通过变压器原副边绕组的变比数来完成升压或者降压的功能，从而将电力配送到千万用户端。然而在传统的变压器在电力系统中不具有治理一系列电能质量问题的能力，无法排除系统中的谐波污染、电压陷落、无功补偿等，这些问题会对一些用电场合造成极大的危害。

电力电子变压器作为它们的新成员，其研究进展必将极大地推动智能电网技术的发展，其全功率电子化的结构使其除了具有变压的功能，还具有电能质量治理的能力。但是其功率比传统变压器小。

为了兼顾功率变换和电能质量治理的功能，近几年提出了混合变压器的概念。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种具有容错功能的混合型电力电子变压器及控制方法，使得系统在变压的基础上还具有无功功率补偿、电压陷落恢复等功能。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种混合型电力电子变压器，包括多绕组变压器、若干三电平变流器、串联变压器、滤波电感和控制器；其中，三电平变流器包括AC/DC变流器和DC/AC变流器，直流侧串联在一起，采用直流侧背靠背的方式连接，中间并联直流侧电容；多绕组变压器包括三个绕组和一个铁磁芯，包括一个一次侧绕组和两个二次侧绕组，各绕组缠绕在铁磁芯上；一次侧绕组和三相电网相连，第一个二次侧绕组通过串联变压器连接负载，第二个二次侧绕组通过滤波电感和AC/DC变流器相连；DC/AC变流器通过串联变压器连接负载；控制器包括电压电流检测模块、电流补偿控制器和电压恢复控制器；电压电流检测模块设置在多绕组变压器的第一个二次侧绕组和负载之间的母线上，电流补偿控制器连接并控制AC/DC变流器，电压恢复控制器连接并控制DC/AC变流器。

进一步地，所述控制器还包括变流器容错控制器，对三电平变流器进行容错冗余控制。

一种混合型电力电子变压器的控制方法，所述控制方法包括母线电流电压检测、电流补偿控制、电压恢复控制和容错控制；实时测量母线三相电压电流值，对母线电流电压进行判断，通过检测算法实时计算需要补偿的参考电流和需要恢复的参考电压，检测结果作为控制器的输入量，叠加到控制部分；当系统中某一IGBT故障时，控制器接收相应的IGBT故障信号，运行容错控制算法，电流环指令值按照剩余变流器数量及需要的总无功电流平均分配，达到容错冗余控制。

进一步地，所述电流补偿控制具体包括以下步骤：

(1)将检测到的参考电流反向后作为AC/DC变流器需要吸收的无功电流，此时直流侧电容吸收一定的有功电流以维持直流侧电压稳定；

(2)将电容电压的瞬时值与其参考值比较之后经过PI环节，得到变流器应该吸收的有功电流；

(3)通过双闭环反馈控制实现交流侧的控制，将电网三相瞬时电流转换到dq0坐标系统，得到AC/DC变流器交流侧电压，经过3/2变换得到交流量给PWM调制模块，产生脉冲信号，控制AC/DC变流器工作。

进一步地，所述电压恢复控制具体包括以下步骤：

(1)将检测模块检测到的参考电压和DC/AC变流器的输出电压作比较后的差值给电压环，经过电压环以后得到电容指令电流；

(2)将电容指令电流与输出电流反馈值做差以后的结果给入电流环；

(3)将电流环输出的结果和变流器的输出电压作比较后得到指令电压，给PWM调制模块后得到DC/AC变换器的开关脉冲。

进一步地，所述容错控制具体包括以下步骤：

(1)当系统中某一个IGBT故障时，发送故障信号给控制器；

(2)控制器接收到相应的IGBT故障信号时，运行容错控制算法，电流环指令值按照剩余变流器数量及需要的总无功电流平均分配，进行容错冗余控制。

有益效果：本发明可以同时解决普通变压器无电压电流治理能力和纯电力电子变压器容量小的问题，多机并联的结构能够让系统具有很高的容错能力，具有很好的可行性和实用价值。

附图说明

图1是混合型电力电子变压器拓扑图；

图2是背靠背变流器拓扑图；