网中的电子广州干式变压器研究

　　系统保护与控制网中的电子广州干式变压器研究凌晨葛宝明毕大强2（1北京交通大学电气工程学院，北京100044；2系统国家重点。

　　交-直-交-直-交变换器比交-交-交变换器结构复杂，但控制特性良好。通过PWM调制技术可实现广州干式变压器输入输出电压、电流和功率的灵活控制。

　　典型的交-直-交-直-交拓扑结构如所示。

　　PET典型交-直-交-直-交拓扑结构Fig.本文针对网的PET，采用如所示结构，输入级变换器采用三电平整流器拓扑，隔离级采用三电平半桥直直变换器，输出级采用二电平电压型逆变器。由于输入级电压较高，整流电路采用三电平电压型变换器，可以有效降低功率元件一半的耐压值，提高功率元件利用率。而且，由于三电平输出比二电平多一个电平，故可使dM/d（降低一半，从而使输出电压谐波减小，有利于实现输出电压波形的正弦化，特别适合于高压大容量的电子变换系统，如所示。输出级由于电压低，使用二电平结构可满足要求。

　　网PET拓扑结构Fig. 2PET各级控制电路工作原理2.1输入级控制PET不仅要保证其副方提供给用户的电压恒定和波形正弦，而且还应该尽量减小输入侧电流谐波，减小对电网造成的谐波污染。为保证PET电网侧的电流为正弦以及实现网侧功率因数可控，采用双闭环控制，即电压外环和电流内环控制，可以实现输入电流正弦，输入功率因数可控。

　　为实现上述功能，在外环，反馈的电压与给定电压值比较后形成偏差，经控制器调节后作为d轴电流，q轴电流的电流值置0，可以实现单位功率因数运行。在内环，三相输入电流采样后经坐标变换形成d轴和q轴分量，分别与值比较，经过控制器调节后，形成调制波信号。是三电平整流器控制原理图。

　　2.2中间隔离级控制中间隔离级需要将来自输入级的调制成方波信号，并经过广州干式变压器耦合到副方，再还原成信号。

　　通过对广州干式变压器原方三电平半桥中的四个开关器件进行控制，将来自输入级的高压调制成方波信号，然后经过广州干式变压器耦合至副方。

　　在这里，广州干式变压器的作用有两个：一是实现原方系统和副方系统的隔离；二是实现电压等级变换。

　　中，典型PET隔离模块采用全桥整流模式，本文针对广州干式变压器，不考虑能量的双向流动，故采用不控整流电路，如。由原方耦合至副方的方波信号通过二极管不控整流电路，经过滤波电感在电容上获得低压。

　　输入级高压幅值以及广州干式变压器变比一定的情况下，调整隔离级开关器件开通占空比，广州干式变压器获得不同占空比的方波信号，将在低压侧获得不同的电压。故隔离电压级采用电压电流闭环控制，在低压侧获得适合输出级逆变系统的电压等级。如所示，检测副边整流输出级电容电压F.，与电压信号F.相比较，所得的偏差信号经过控制器调节后作为电流内环的给定/if广州干式变压器副边电感电流瞬时值4与电流给定件的控制信号。

　　直直变换器控制原理。3输出级控制负载侧输出采用电压恒定控制，主要目的是获得输出恒压、恒频的交流电压，当负载在一定范围内变化时，应该保持稳定的输出电压。为此，采用所示恒压恒频控制。三相输出电压经过d-q旋转坐标系转换后得到d轴分量和q轴分量，它们分别与各自的值、比较，得到偏差量，经过调节器后形成调制信号，通过SVPWM的控制算法，实现对逆变器的开关控制。

　　3PET仿真模型及结果分析使用Matlab/Simulink构建了PET系统的仿真模型，如所示。

　　系统的仿真参数如下：①电网侧：线电压10kV，滤波电感100mH；②高压侧：电容6800垆，侧设定电压15kV.③广州干式变压器：变比10：1，频率10kHz.④低压侧：滤波电感10mH，滤波电容1200xF，侧设定电压600V.⑤负载ftl：滤波电感ImH，滤波电容33pF，负载额定线电压380V，负载电阻3.63给出了系统仿真波形图，包括网侧电压，网侧电流，高压侧电压，广州干式变压器原边电压和副边电压，低压侧电压，负载三相电压，负载三相电流。为了验证PET对无功功率的控制能力，仿真中设定PET向电网注入100kvar无功，PET负载为三相纯阻性负载，输出功率40kW，频率50Hz.输入级三电平整流器对网侧高压进行整流，得到侧高压15kV，并使得输入电流正弦化，如图功率，如（d），所以电网电压和电流相位差68.2°，功率因数为超前cos炉=0.371三电平半桥变换器将高压调制成方波信号，如（e），并经过广州干式变压器耦合到副方，如（f）。利用二极管整流桥将广州干式变压器副方方波整流还原成低压信号，如（g）。

　　输出级经过二电平电压型逆变器，输出稳定的低压，如（h）和8（i）。由于电阻负载，功率因数为1.（a）电网三相相电压誓（c）高压侧电压（d）PET无功功率（e）广州干式变压器原边电压（b>电网三相相电流系统平台，负责完成数据采集处理和控制算法的编写，实现PET控制策略。

　　（f）广州干式变压器副边电压（g）低压侧电压（h）负载三相电压实验系统参数如下：①电网侧滤波电感3mH.②高压侧电容2200nF.③广州干式变压器变比3：1，频率10kHz.④低压侧滤波电抗1.72mH，滤波电容2200奸。⑤负载侧滤波电感5mH，滤波电容10HF，三相阻性负载50Q.给出了PET运行时的实验波形。网侧输入交流电压峰值为20V，高压侧电压给定值50V，低压侧电压给定值40V，负载相电压峰值给定值为10V.在实验系统中，PET通过所采用的控制策略，实现了电网电流正弦，并且相电流超前相电压，向电网注入无功，如（a），其中紫色为A相与中性点之间的相电压，绿色为相电流。

　　三电平整流器从电网吸入一定的功率维持侧电压在50V，如（b）。隔离级直直变换器将高压调制成方波，如（c）。广州干式变压器完成原边和副边电压等级的转换，如（d），并通过二极管不控整流将低压稳定在40V，如（e）。负载侧，二电平电压型逆变器通过恒电压恒频率控制，稳定了负载侧电压10V，如（f）。可以看出，波形与预期控制目标一致。

　　（a）A相输入电压和电流带宽限制。100A/V反相（b）输入级侧电压（i）负载三相电流PET系统仿真结果Fig.现了输入电流正弦，负载侧恒定电压、恒定频率，并且向电网发出了需要的无功。

　　4实验结果（C）广州干式变压器一次电压带M制伏/格探头反相豳一芾宽限制（d）广州干式变压器二次电压带宽限制PET实验系统共采用20个IGBT模块和相应的驱动模块，以DSPTMS320F2812为核心构建控制5结论针对网应用，提出一种PET新方案，原方三电平整流电路大大降低了元器件耐压等级，隔离级以闭环控制稳定低压侧电压，实现了原方电流正弦，副方负载电压恒定。它不仅可以从电网传送有功给负载，还可以向电网注入无功，给予电网无功支持。仿真和实验结果验证了所提出的PET方案。