[实用新型]一种统一电能质量治理的混合型电力电子变压器

说明书

技术领域

本实用新型设计一种统一电能质量治理的混合型电力电子变压器，属于电力电子在电力系统中的应用技术领域。

背景技术

现代社会中电能是一种使用最广泛的能源，其应用程度标志着一个国家的发展水平。随着我国科学技术和国民经济的飞速发展，人们对电能的需求大幅增加，同时对电能质量的要求越来越高。电能质量对于电力系统和电气设备的安全、经济运行、工业生产和产品质量以及维持正常生活秩序均有着重要意义。

目前，电力系统出现了一系列新的特点：一是大型、超大型电力系统开始出现，如何保证大型电力系统的安全稳定运行是一个突出问题；二是可再生能源发电技术得到了普遍关注，电力系统的电源由传统的工频交流形式变成了多种形式并存，如直流电源（光伏发电）、交流变频电源（风力发电）等，这些可再生能源发电系统中，都涉及到一系列的大功率、高效、高质量的能量转换和控制问题；三是非线性负荷增长迅速，造成供电电能质量不断下降，而大量敏感性负荷用户对电能质量的要求约来越高，导致电能质量问题日益突出。

在电力系统面对这些新挑战的背景下，作为电力系统最基本输变电装置的电力变压器，过于单一的功能使得其越来越难以满足现代电力系统的要求。而且，常规电力变压器还存在如下缺点，包括：体积、重量大，变压器绝缘油对环境存在威胁；空载损耗较高，而负载时易导致输出电压下降；负荷侧发生故障时，不能隔离故障，从而导致故障扩大；带非线性负载时，畸变电流通过变压器耦合进入电网，会对电网造成污染；电源侧电压受到干扰时，又会传递到负荷侧，导致对敏感负荷的影响；需要配套的相关设备对其进行保护；另外，铁芯饱和时，会产生谐波，在投入电网时还会造成较大的励磁涌流。因此，如何从功能上对电力变压器进行革新，实现变压器技术的再一次飞跃，使其满足现代，乃至未来电力系统的各种新要求，是一个很有价值的理论课题和实践课题，也是广大研究工作者们面临的新的挑战。因此，自 20 世纪以来，国内外学者都在积极探索研究新型电力变压器。

发明内容

实用新型目的：针对混合型电力电子变压器的拓扑及其关键控制技术，在拓扑、电能质量检测、电压稳定控制、无功补偿控制等几个方面做出了研究。本实用新型的目的在于提出一种具有统一电能质量治理功能的混合型电力电子变压器，该混合型变压器既具有电能传输、电压转换等基本功能，又具有电能质量检测及治理的新型功能，该功能在新型拓扑的基础上，通过PI双闭环控制策略以及正序、负序无功同步控制策略，实现了电压的稳定、谐波过滤以及无功补偿从而使电能质量得到有效治理，从而克服现有技术的不足。

技术方案：为实现上述实用新型目的，本实用新型采用基于特定的具有统一电能质量治理功能的混合型电力电子变压器拓扑。

一种统一电能质量治理的混合型电力电子变压器，包括适用于中压交流配电网的多绕组工频变压器、适用于三角形连接和星形连接的串并联背靠背变流器以及适用于该混合型电力电子变压器；

该工频变压器包含三个绕组，第一绕组连接10kV交流配电网，第二绕组主回路作为400V配网串联上变流器输出侧以后连接普通负载，第三绕组连接电力电子变流器；

该电力电子变流器为两电平背靠背结构，包含一个AC/DC整流单元、一个DC/AC逆变单元、两侧的LC滤波单元、一个放电/平衡回路单元和一个直流输出端口，其中，整流单元和逆变单元均为三相全桥结构，前级整流单元、放电/平衡回路单元、后级逆变单元依次相连，直流输出端口并联于放电平衡回路出口两端；

该混合型电力电子变流器输出端口通过变压器与第二绕组负载端串联耦合，整流单元具有无功补偿、谐波治理能力，逆变单元具有电压调节能力；

该混合型电力电子变流器包含电能质量检测单元，首先采集网侧三相电压，经过dq₀正交坐标变换得到有功、无功及零序分量，再将有功、无功信号通过滤波器，得到有功、无功直流分量，将得到的有功、无功、零序分量进行正交坐标逆变换，得到谐波电压分量，网侧电压减去谐波分量即为电压谐波及畸变分量；

拓扑包含如下结构：

a、多绕组变压器包含三个绕组，其中第一绕组（1）连接网侧，第二绕组（2）作为主回路串联变流器输出侧变压器后连接普通负载，第三绕组（3）与电力电子变流器相连接；

b、主回路首末两端接入旁路，并在两端连接旁路开关；