1、电力电子变压器的控制策略 李松 武汉大学 摘 要： 电力电子变压器是一种新型的只能变压器, 不仅具有变压功能, 还能并联运行, 不管是电压, 还是电流波形, 都能灵活的控制, 提高了电力系统的稳定性。本文主要对 PET 的控制策略进行了阐述。关键词： 电力电子; 变压器; 控制策略; 作者简介：李松 (1987-) , 男, 湖北省襄阳市人。学士学位。助理工程师。电力电子变压器可以简写为 PET, 在国外, 这方面的研究已经取得了新的突破, 特别是在工业配电系统方面, PET 收获了不错的成绩。近些年, 我国才开始研究 PET, 主要研究了 PET 新型拓扑以及控制策略, 取得一定的进展, 发
2、挥了重要的作用。1 PET 提高电能质量的控制策略1.1 AC/AC 型 PET 控制策略1.1.1 电压有效值控制这个控制策略不仅结构简单, 而且易于控制, 不过, 也存在不足之处, 当输入的电压处于频繁变化的状态时, 因为有效值计算电路会用去很多的计算时间, 不能马上抑制输出电压, 从而造成严重的影响。1.1.2 电压瞬时值的控制其控制策略的框图见图 1, 这个控制策略具有明显的优势, 通过电压瞬时值, PET 的动态响应性能会得到很好的控制, 可以快速的抑制不同动态电能, 减小其对输出电压的副作用。1.1.3 四级开关的控制策略在开关动作时, 如果电流突变, 就会造成电压过大, 为了保护
3、电力电子的器件, 通过四级开关, 短路现象得到了有效的预防, 即使是无吸收电路, 开关器件也可以安全的换向, 进而减少了开关的损耗。1.2 AC/DC/AC 型 PET 控制策略(1) 输入级的控制策略。在电力系统中, 通过 PET 的输入级控制, 交流电压会变成直流电压, 有利于调侃下一级的电路。对于传统的整流电路, 主要通过二极管、晶闸管来整流, 这样的方式对电网造成了很大的污染, 如果选择 PWM 技术, 除了可以让整流器网侧电流的正弦化成为现实, 还能随意的改变功率因数, 使能量可以双向的流动。(2) 隔离级的控制策略。对于 PET 隔离级来说, 通过一次侧逆变器, 是把输入级的直流改
4、变成为高频的交流电, 再通过变压器藕合到二次侧, 经过整流器成为直流的电压。(3) 输出级的控制策略。对于 PET 输出级, 指的是把隔离级所输出的直流电变成工频的交流电。2 无功优化控制策略对于无功优化控制, 主要方式为改变变压器, 一是有开关的分接头, 二是投切电容器, 不过, 这种控制经常造成电压崩溃, 从而引发大面积的停电现象。为了 PET 运行的稳定性, 应以 PET 简化模型为基础, 对于 PET 一次侧, 应选择直流电压的控制策略, 并且, 控制 PET 以及系统的无功功率, 基于所带负载, 可将 PET 二次侧控制策略归为两种:(1) 二次侧带有源负载, 通过定功率进行控制。(
5、2) 二次侧系统带无源负载, 通过定交流电压进行控制。3 PET 与发电机励磁的协调控制策略PET 是新兴的输变电设备, 除了具有传统变压器的功能, 还可以灵活的控制一次侧、二次侧的运行, 在很大程度上, 增强了输电系统的稳定性, 并对远距离的输电提供的方案。优点:PET 和发电机励磁的控制更为协调, 不管是交流侧电压幅值, 还是相位都可以进行控制, 并对电压、电流以及功率进行了实时控制, 同时, 在暂态时, 发电机励磁控制增大了系统的阻尼, 电源特性得到了良好的改善。4 变压器并联运行的控制策略4.1 主从控制策略对 PET 进行主从控制时, 主机可是 1 台, 也可能是多台, 通过恒压、恒
6、频, 可以稳定公共母线的频率、频率, 使波形是正弦波, 在主机之外, 均属于从机, 通过对从机电流的有效控制, 能够使电流均衡。对于公共母线的电压, 主要靠主机来建立、维持, 并且, 为从机发送相应的控制指令。其优势有:不用测量负载电流, 很容易实现系统的扩展。对于负载电流的均衡性, PET 和公共母线的线阻抗影响较小。缺点为:如果主机发生故障, 系统不能正常的运行。为了解决以上的问题, 应该选择 1 根信号联络线, 以此来反映主机的工作情况, 如果主机发生故障, 系统就会自动地选择一台正常工作从机的 PET, 将其当作主机, 确保系统能够正常的工作。4.2 集中式功率偏差控制策略对于集中控制
7、中心而言, 主要取决于功率偏差的控制系统, 对一个同步信号进行控制时, 如果每台并联的 PET 所输出的电压频率、相位相近, 可以判定每台PET 电流偏差是因为电压幅值的差异造成的。如果均流精度被再次增加, 可通过有功或无功偏差量进行补偿。有功电流取决于相角差, 而无功电流则取决于电压幅值差, 相位可以通过有功偏差来补偿, 而电压幅值可通过无功偏差进行补偿。其优势为:系统的均流效果比较好。缺点为:要对系统中的 PET 数量、总负载电流进行检测, 系统很难得到扩展。如果遇到单点故障, 整个系统会处于瘫痪状态。4.3 并联控制的策略并联控制的策略主要是针对各个中心环节的控制权, 做到分散与独立,
8、让各个模块的单元可以独立工作, 把控制权交于各个 PET, 让各个 PET 测定自己的功率、电压, 然后, 传递于其它的模块, 同时, 还能够收到其它模块发出的电压信号等, 通过有关基准的信号, 做出综合的判断。图 1:电压瞬时值的控制 下载原图对于分散逻辑的控制, 实现了“N+1”的运行模式, 即使有 1 个模块出现故障, 其它的模块依然可以正常工作。缺点为:在各模块之间的联络线比较多, 让系统变得更加的复杂性, 很大程度上降低了系统的可靠性。4.4 无联络线控制的策略基于调差原理, 就无联络线的控制来说, 主要是将 PET 控制电路进行独立控制, 通过公共母线的输出电压以及负载信息, 再根
9、据调差公式, 调节电压的幅值、频率等。优势:PET 的并联安装比较自由, 不受地理位置的约束。缺点:比起主从控制等, 未能具有专门的电流分配环, 不能同时获知精确的输出电压, 想要实现良好的均流效果, 就要让 PET 出口的电压幅值等做出牺牲。4.5 交直流混合并联的控制策略对于并联运行的控制, 前四种的控制策略都针对的是交流均流的问题, 假设俩台 PET 直流母线处于并联状态, 除了处理交流均流的问题, 也要处理直流均流的问题。5 结语由于外部条件复杂、多变, 很多场所的电压大, 且功率高, 因此, 提出了新型的 PET, 然而, 随之也出现了很多故障, 为了对电力系统的动态进行控制, 应该优化 PET 拓扑结构, 以及控制策略, 只有这样, 才能满足电力系统的实际需求。参考文献1沈永跃, 侯文宝, 王崇林.基于电力电子变压器的配电系统电能质量控制研究J.机电工程技术, 2010, 39 (10) :65-68. 2王丹, 毛承雄, 陆继明等.配电系统电力电子变压器不对称负载仿真J.中国电力, 2005, 38 (11) :21-26. 3周家萍, 邵丽, 陈华.应用于智能配电网的带储能系统的电力电子变压器研究J.电气应用, 2014, 33 (05) :74-77.
