[发明专利]一种基于固态变压器的动态电压恢复器复合电路及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电能质量治理技术，特别是涉及一种基于固态变压器的动态电压恢复器 复合电路及控制方法。

背景技术

随着各类新能源分布式电网的不断出现及在大电网的投切，电网系统规模不断扩 大，电压的稳定性受到挑战；为了减小电网电压波动对敏感性负载正常运行的影响，除 在分布式电网端进行控制与优化之外，大电网也需要进行相应的补偿。DVR作为电能 质量治理的一个重要分支，串联在需要补偿的电路中，电网电压发生故障，如电网突然 跌落与突然上升，或者混有谐波时，能够在毫秒级内对负载侧电压进行有效补偿，保证 负载的稳定运行。

同时，“电力系统电力电子化”理念的提出，在逐渐改变着电网系统的传统结构， 衍生了一批电力电子化的系统设备，如固态变压器，也称电力电子自变压器(Power electronic transformer,PET)。固态变压器的内部结构为电力电子变换装置，与传统磁芯 线圈的绕组变压器相比，不仅能实现不同电压等级电网之间功率的双向传输，还可以对 功率传输的方向、线路潮流以及输出端的电能质量进行控制，更加智能和高效，一般应 用于10kV电网及其以上的场合。

DVR系统用于10kV配电网时，需要传统的绕组降压变压器将中高压侧的10kV与 低压侧进行隔离；该变压器造成系统体积庞大，且比较笨重，限制了系统的能量传输密 度；且仅能被动进行变压器两侧的能量传输，灵活性和智能性受到限制。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，提供一种基于固态变压器的动态电压恢复器复 合电路及控制方法。

技术方案：一种基于固态变压器的动态电压恢复器复合电路，该复合电路包括：

输入级，所述输入级交流侧通过并联方式与10kV电网直接连接，其输出为高压直 流侧；所述输入级采用模块化多电平换流器，其包括a、b、c三相，每相包括上下两个 桥臂，上下桥臂之间通过桥臂电感进行连接，两个桥臂电感的中点为输入级交流侧交流 输入接口；所述上下桥臂均包括n个串联子模块，上桥臂的第一个子模块的正极与高压 直流母线的正极连接，所述下桥臂的最后一个子模块的输出与高压直流母线的负极连 接；

传输级，所述传输级的输入端连接输入级的高压直流侧，其并联输出构成低压直流 母线；所述传输级由若干串联输入并联输出的DAB模块组成，其中，高压直流母线作 为传输级的输入，各DAB模块的输出并联接入低压直流母线作为输出级的输入；以及

输出级，所述输出级并联接入低压直流母线，输出级的输出为该复合电路的最终输 出补偿电压；该补偿电压通过电容耦合直接串联到负载侧；所述输出级为三个并联输入 的单相H桥结构，每个单相H桥结构包括四个功率开关器件；每个单相H桥结构输出 经LC滤波得到补偿电压；

所述低压直流母线上还并联接入串联蓄电池组，作为复合电路备用能量补偿。

进一步的，所述上下桥臂的串联子模块由两个串联连接的开关器件并联一个子模块 电容构成，其中，每个开关器件反向并联一个二极管；每个子模块输出0电平或u_c电 平，每次投入工作的上下桥臂子模块电容数之和始终为n，每相最多输出2n+1个电平。

进一步的，所述每个DAB模块包括输入级和输出级；

其中，输入级包括输入滤波电容、与之并联的全桥电路、续流电感以及高频变压器 的原级，全桥电路包括两个半桥，每个桥臂由一个功率开关器件并联反向二极管及缓冲 电容组成，两个半桥的中点之间串联续流电感和高频变压器的原级；

输出级包括高频变压器的次级、全桥电路以及与全桥电路并联的输出滤波电容，全 桥电路包括两个半桥，每个桥臂由一个功率开关器件并联反向二极管及缓冲电容组成， 两个半桥的中点之间串联高频变压器的次级；

所述DAB模块输入级与输出级通过高频变压器传输功率。

另一实施例中，一种基于固态变压器的动态电压恢复器复合电路的控制方法，该方 法采用前馈控制和反馈控制相结合的方式，前馈控制部分为电网标准电压与电网实际电 压之差，直接作为DVR复合电路输出级要补偿的参考电压的第一部分；反馈控制部分 为电网标准电压与负载实际电压之差，经过比例微分调节器作为DVR复合电路输出级 要补偿的参考电压的第二部分；两部分之和作为DVR复合电路输出级的输出目标值。

优选的，该方法中的电压补偿方式采用同相电压补偿法，该补偿法将负载侧电压的 幅值补偿到电压跌落前的水平，维持负载侧电压幅值与标准电网电压相等，负载侧电压 的相位与电网电压跌落后的相位保持一致。