電力電子變壓器在電網(wǎng)故障中的控制策略

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，電力供應(yīng)缺口與人們對(duì)電力的需求增長(zhǎng)之間的矛盾越來(lái)越明顯。減弱和消除電力電子變壓器在電網(wǎng)故障。如何保證供給用戶(hù)可靠和合乎標(biāo)準(zhǔn)的電能，確保用戶(hù)電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行已成為急需解決的課題，文章重點(diǎn)就電力電子變壓器在電網(wǎng)故障中的控制進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：電力電子變壓器；電網(wǎng)故障；電氣設(shè)備

目前，太陽(yáng)能、風(fēng)力及小水電等分布式發(fā)電系統(tǒng)占整個(gè)能源結(jié)構(gòu)的比重近年逐步上升，有望成為今后的主要能源來(lái)源。分布式電源交直流兼有，容量小，分布廣，且其電壓或頻率波動(dòng)性較大，如何有效可靠地將它們?nèi)谌腚娏ο到y(tǒng)也是今后需要解決的問(wèn)題之一。而電力電子變壓器交直流環(huán)節(jié)兼有，故可靈活地將各種分布式電源接入電力系統(tǒng)。本文在分析了PET基本原理和實(shí)現(xiàn)方案的基礎(chǔ)上，為了簡(jiǎn)化控制算法，提出了簡(jiǎn)化的PET穩(wěn)態(tài)分析物理模型。鑒于傳統(tǒng)PI控制的一些缺點(diǎn)舊，在其中加入復(fù)數(shù)積分和微分環(huán)節(jié)之后，提出了比例一復(fù)數(shù)積分一微分控制策略，并將其應(yīng)用于PET控制中，使PET輸出電壓在波形質(zhì)量和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度方面有了一定地提高。針對(duì)目前PET在短路故障條件下的應(yīng)用文獻(xiàn)比較少，將設(shè)計(jì)的PET應(yīng)用于配電系統(tǒng)，針對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)生次數(shù)最多的單相接地短路，在Matlab/Simulink環(huán)境中進(jìn)行了仿真研究。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)PET在發(fā)生單相接地短路故障的情況下，二次側(cè)輸出電壓仍控制在理想的范圍內(nèi)，保證良好的供電質(zhì)量，對(duì)負(fù)載不間斷地供電。

1、PET基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)電壓變換過(guò)程中有無(wú)直流環(huán)節(jié)，PET有2種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，第1種為交一交一交變換，第2種為交-直-交-直-交變換。前者變換過(guò)程中無(wú)直流環(huán)節(jié)，使用的功率電子器件比較少，可控性不高，在一些對(duì)二次側(cè)輸出電壓要求較高的場(chǎng)合，一般不適用。而后者在變換過(guò)程中存在直流環(huán)節(jié)，使用的功率器件較多，可控性高，并且控制策略完善，應(yīng)用范圍廣。PET基本工作原理為：三相工頻交流母線高壓經(jīng)過(guò)PWM整流變成直流，再經(jīng)過(guò)高頻逆變電路將直流電壓變成高頻方波，接著經(jīng)過(guò)高頻變壓器變壓，高頻方波電壓再經(jīng)過(guò)高頻整流電路變成直流電壓，最后直流電壓經(jīng)過(guò)三相脈沖寬度調(diào)制PWM逆變成三相工頻低壓輸出，經(jīng)三相LC無(wú)源濾波器濾波后給三相負(fù)載供電。由于電力電壓器的體積和重量均與其工作電壓的頻率成反比，所以高頻變壓器的使用能極大地減小傳統(tǒng)電力變壓器的體積和重量。單相高頻逆變電路產(chǎn)生高頻方波，以降低PET的體積，為簡(jiǎn)化控制算法，本文對(duì)這一級(jí)逆變電路和PET副邊的單相高頻整流電路均采用不控方式處理，同時(shí)考慮中間高頻變壓器的作用，將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為穩(wěn)態(tài)物理模型。

2、輸出逆變側(cè)控制策略

由于占電網(wǎng)接地故障的百分比最高的單相接地故障屬于不對(duì)稱(chēng)故障，而傳統(tǒng)的雙閉環(huán)控制策略在電網(wǎng)不對(duì)稱(chēng)情況下，輸出直流電壓出現(xiàn)倍頻分量，從而不能得到一個(gè)穩(wěn)定直流輸出電壓，而如果在逆變側(cè)仍然使用傳統(tǒng)的雙閉環(huán)控制器，將不能得到理想的三相交流逆變電壓，所以對(duì)PET二次側(cè)的逆變器控制算法進(jìn)行改進(jìn)，使逆變器具有較好的穩(wěn)態(tài)輸出特性和較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

3、結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)分析PET的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，針對(duì)電網(wǎng)中發(fā)生頻率比較高的單相接地短路故障，指出整流側(cè)采用傳統(tǒng)的電壓、電流雙環(huán)控制方案時(shí)，直流輸出電壓將發(fā)生較大的波動(dòng)，因此在逆變側(cè)不宜再采用傳統(tǒng)的PI控制器。本文采用PCID控制器，設(shè)計(jì)了穩(wěn)態(tài)輸出效果良好的PET，并將其應(yīng)用于配電網(wǎng)中，對(duì)敏感負(fù)載進(jìn)行供電。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的PET在配電網(wǎng)母線發(fā)生單相接地故障時(shí)，仍能保持輸出電壓的穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)性能良好。

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