本發(fā)明涉及配電網(wǎng)調(diào)壓設(shè)備，尤其涉及一種磁通耦合調(diào)控型混合變壓器及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著分布式新能源接入配電網(wǎng)的比例不斷攀升，配電網(wǎng)易出現(xiàn)電能質(zhì)量問(wèn)題。在電網(wǎng)薄弱、負(fù)荷較輕的局部偏遠(yuǎn)地區(qū)，新能源消納能力弱，光伏功率倒送導(dǎo)致線路末端電壓越限，嚴(yán)重影響配電網(wǎng)安全運(yùn)行和供電品質(zhì)。如何經(jīng)濟(jì)有效地提升配電網(wǎng)調(diào)壓和電能質(zhì)量調(diào)控能力，是影響配電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的重要議題。隨著電工裝備和電力電子技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)已發(fā)展出多種配電網(wǎng)調(diào)壓設(shè)備，如有載調(diào)壓器、電力電子變壓器和混合變壓器。

2、中國(guó)專(zhuān)利cn114171307a公開(kāi)了一種分裂繞組型有載調(diào)壓變壓器，該變壓器采用分裂繞組結(jié)構(gòu)，可對(duì)每個(gè)分裂繞組的電壓進(jìn)行獨(dú)立控制，并實(shí)現(xiàn)一次側(cè)繞組電壓的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。盡管有載調(diào)壓器具有成本低和過(guò)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢、功能較為單一，缺乏無(wú)功和諧波補(bǔ)償能力。

3、中國(guó)專(zhuān)利cn109067193a公開(kāi)了一種級(jí)聯(lián)型電力電子變壓器及其不平衡補(bǔ)償控制方法。該發(fā)明可以在實(shí)現(xiàn)端口調(diào)壓功能的同時(shí)，解決電力電子變壓器在網(wǎng)側(cè)電壓和三相負(fù)載不平衡時(shí)的負(fù)序電流補(bǔ)償問(wèn)題。盡管電力電子變壓器具有優(yōu)異的性能特性，具備無(wú)功和諧波補(bǔ)償功能，但線路故障電流會(huì)直接流經(jīng)變流器，導(dǎo)致功率器件耐壓耐流要求高、設(shè)備成本高。

4、混合變壓器作為近年來(lái)涌現(xiàn)的一種新型配電網(wǎng)分布式調(diào)壓設(shè)備，有效結(jié)合了工頻變壓器成本低和電力電子變流器靈活可控的優(yōu)勢(shì)，具有調(diào)壓、諧波無(wú)功補(bǔ)償?shù)韧陚涔δ?，其潛在的技術(shù)優(yōu)勢(shì)已獲得學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的密切關(guān)注。

5、基于上述內(nèi)容，本發(fā)明提出了一種磁通耦合調(diào)控型混合變壓器及其控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種磁通耦合調(diào)控型混合變壓器及其控制方法，以解決有載調(diào)壓器諧波和無(wú)功補(bǔ)償能力不足，以及電力電子變壓器成本高昂的問(wèn)題，本發(fā)明可降低變流器功率器件的耐壓耐流水平和設(shè)備保護(hù)難度，進(jìn)而降低混合變壓器成本。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種磁通耦合調(diào)控型混合變壓器，包括三個(gè)三柱四繞組變壓器t1、t2、t3和一個(gè)電壓源型背靠背變流器cbtb；三個(gè)所述三柱四繞組變壓器結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)所述三柱四繞組變壓器的四個(gè)繞組分別稱(chēng)為輸入繞組wp、輸出繞組ws、取能繞組we、調(diào)壓繞組wt；所述輸入繞組wp的端口三相電壓分別為vpa、vpb、vpc，對(duì)應(yīng)的三相電流分別為ipa、ipb、ipc；所述輸出繞組ws的端口三相電壓分別為vsa、vsb、vsc，對(duì)應(yīng)的三相電流分別為isa、isb、isc；所述取能繞組we的端口三相電壓分別為vea、veb、vec，對(duì)應(yīng)的三相電流分別為iea、ieb、iec；所述調(diào)壓繞組wt的端口三相電壓分別為vta、vtb、vtc，對(duì)應(yīng)的三相電流分別為ita、itb、itc；

4、所述背靠背變流器cbtb由整流單元、逆變單元和直流電容構(gòu)成。

5、優(yōu)選地，三個(gè)三柱四繞組變壓器t1、t2、t3與變流器cbtb按以下方式連接：

6、變壓器t1、t2、t3的輸入繞組端口ap、bp、cp作為所述混合變壓器的總輸入端口；變壓器t1、t2、t3的輸出繞組端口as、bs、cs作為所述混合變壓器的總輸出端口；變壓器t1、t2、t3的取能繞組端口ae、be、ce通過(guò)濾波電感l(wèi)fr分別與變流器整流單元端口ar、br、cr相連；變壓器t1、t2、t3的調(diào)壓繞組端口at、bt、ct通過(guò)濾波電感l(wèi)fi分別與變流器逆變單元端口ai、bi、ci相連；

7、變壓器t1、t2、t3輸入繞組、輸出繞組、取能繞組、調(diào)節(jié)繞組各自按照星型或角型方式連接；在星型連接方式下，輸入繞組中性點(diǎn)np、輸出繞組中性點(diǎn)ns、調(diào)壓繞組中性點(diǎn)nt分別引出接地，并將調(diào)壓繞組中性點(diǎn)nt與背靠背變流器cbtb直流電容中點(diǎn)ndc相連。

8、一種磁通耦合調(diào)控型混合變壓器的控制方法，包括如下內(nèi)容：

9、整流單元通過(guò)控制整流單元端口電流i1a、i1b、i1c實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電壓udc的穩(wěn)定控制，并對(duì)混合變壓器輸出端口進(jìn)行無(wú)功和諧波補(bǔ)償；

10、逆變單元通過(guò)控制逆變側(cè)輸出電壓v2a、v2b、v2c實(shí)現(xiàn)對(duì)混合變壓器輸出繞組端口電壓vsa、vsb、vsc的靈活調(diào)節(jié)。

11、優(yōu)選地，整流單元的電壓參考值v1a_ref、v1b_ref、v1c_ref由下式生成：

12、v1a_ref＝v1α_ref

13、

14、v1α_ref、v1β_ref由下式求出：

15、

16、其中，kp_rec、kr_rec分別為整流單元端口電壓調(diào)節(jié)器的比例、諧振系數(shù)；ω為基波角頻率；s為拉普拉斯算子；veα、veβ為混合變壓器取能繞組端口電壓在靜止坐標(biāo)系下的測(cè)量值；i1α_ref、i1β_ref為整流單元端口電流在靜止坐標(biāo)系下的參考值；i1α、i1β為整流單元端口電流在靜止坐標(biāo)系下的測(cè)量值；

17、veα、veβ由下式求出：

18、

19、其中，vea、veb、vec為測(cè)量的混合變壓器取能繞組端口三相電壓；

20、i1α、i1β由下式求出：

21、

22、其中，i1a、i1b、i1c為測(cè)量的整流單元端口三相電流；

23、i1α_ref、i1β_ref由下式求出：

24、i1α_ref＝i1d_ref?cos(ωt+θe)-i1q_ref?sin(ωt+θe)+i1hα_ref

25、i1β_ref＝i1q_ref?cos(ωt+θe)+i1d_ref?sin(ωt+θe)+i1hβ_ref

26、其中，ωt+θe為通過(guò)鎖相環(huán)(pll)提取的取能繞組端口電壓的同步相角；i1d_ref為i1α_ref相對(duì)于vea的有功分量；i1q_ref為i1α_ref相對(duì)于vea的無(wú)功分量；

27、i1q_ref根據(jù)混合變壓器輸入端口的無(wú)功補(bǔ)償需求設(shè)置，i1d_ref由下式求出：

28、

29、其中，kp_vdc、ki_vdc分別為變流器直流電壓調(diào)節(jié)器的比例、積分系數(shù)；s為拉普拉斯算子；udc_ref為直流電壓參考值；udc為直流電壓實(shí)際值；

30、i1hα_ref、i1hβ_ref由下式求出：

31、

32、其中，i1ha_ref、i1hb_ref、i1hc_ref根據(jù)混合變壓器輸入端口的諧波補(bǔ)償需求設(shè)置。優(yōu)選地，逆變單元輸出電壓參考值v2a_ref、v2b_ref、v2c_ref由下式生成：

33、v2a_ref＝v2α_ref

34、

35、v2α_ref、v2β_ref由下式求出：

36、

37、其中，kp_inv、kr_inv分別為混合變壓器輸出電壓調(diào)節(jié)器的比例、諧振系數(shù)；ω為基波角頻率；s為拉普拉斯算子；vsα_ref、vsβ_ref為混合變壓器輸入繞組端口電壓在靜止坐標(biāo)系下的參考值；vsα、vsβ為混合變壓器輸入繞組端口電壓在靜止坐標(biāo)系下的測(cè)量值；icfα、icfβ為逆變單元輸出濾波電容電流在靜止坐標(biāo)系下的測(cè)量值；ractive為有源阻尼系數(shù)；

38、vsα_ref、vsβ_ref和vsα、vsβ由下式求出：

39、

40、其中，vsa_ref、vsb_ref、vsc_ref為混合變壓器輸入繞組端口三相電壓參考值；vsa、vsb、vsc為測(cè)量的混合變壓器輸入繞組端口三相電壓；

41、icfα、icfβ由下式求出：

42、

43、其中，icfa、icfb、icfc為測(cè)量的逆變單元輸出濾波電容三相電流。

44、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種磁通耦合調(diào)控型混合變壓器及其控制方法，具備以下有益效果：

45、本發(fā)明提出一種磁通耦合調(diào)控型混合變壓器，并進(jìn)一步提出變壓器的控制方法，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有線路故障電流不直接流經(jīng)變流器的特征，有效降低了變流器功率器件的耐壓耐流水平和設(shè)備保護(hù)難度，進(jìn)而降低混合變壓器成本。