混合式配電變壓器的動態(tài)模型與內環(huán)控制系統(tǒng)

柳軼彬 梁得亮 王宇珩 高亞晨 張立石

混合式配電變壓器的動態(tài)模型與內環(huán)控制系統(tǒng)

柳軼彬1,2梁得亮1,2王宇珩1,2高亞晨1,2張立石1,2

（1. 電力設備與電氣絕緣國家重點實驗室（西安交通大學電氣工程學院） 西安 710049 2. 陜西省智能電網重點實驗室 西安 710049）

相比傳統(tǒng)配電變壓器，混合式配電變壓器（HDT）集成了脈沖寬度調制變換器，能夠對部分傳輸功率進行調控。因而不僅具有傳統(tǒng)配電變壓器電壓等級變換和電能傳輸?shù)幕竟δ?，而且能夠實時動態(tài)控制其負載電壓及電網電流，這對于實現(xiàn)主動配電網具有重要應用價值。該文提出一種改進型混合式配電變壓器配置方案及其三相電路拓撲，其優(yōu)勢在于變換器拓撲簡單，各環(huán)節(jié)電壓等級的確定靈活方便?；诘刃щ娐窐嫿℉DT的傳遞函數(shù)框圖模型，并采用PI控制器構建HDT的內環(huán)控制系統(tǒng)。仿真及實驗顯示，在電網電壓波動及負載畸變工況下，HDT能夠實現(xiàn)電網電流的正弦單位功率因數(shù)控制及負載電壓的正弦穩(wěn)定控制，從而驗證了建模分析及控制系統(tǒng)設計的正確性。

主動配電網 等效電路 混合式配電變壓器 PI控制 傳遞函數(shù)

0 引言

混合式配電變壓器（Hybrid Distribution Transformer,HDT）是對傳統(tǒng)配電變壓器進行改進設計，并將脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation, PWM）變換器接入其中的一類新型配電變壓器[1-4]。借助PWM變換器靈活的控制功能可以使配電變壓器不再僅限于電壓等級變換與電能傳輸。具體而言，通過PWM變換器對配電變壓器的部分傳輸功率進行調控，HDT能夠對電網電流及負載電壓進行實時控制，這對于構建未來主動配電網[5-10]具有重要意義。

由于PWM變換器及變壓器的電路拓撲和聯(lián)結方式種類有很多，因而HDT的種類也很豐富。文獻[11-13]采用AC-AC變換器提出無直流環(huán)節(jié)HDT，并對其基本原理、建模分析和功能驗證進行了詳細說明。此類HDT的主要優(yōu)點在于無需使用直流母線電容，系統(tǒng)結構簡單，成本低，經濟性好。但此類HDT沒有電流補償能力，其功能主要在于電壓幅值的調節(jié)，而對于電壓相位控制則明顯不足。此外，相比具備直流環(huán)節(jié)的電壓源型變換器，AC-AC變換器難以通過續(xù)流二極管進行自然換流，因而往往還需要附加一些比較復雜的輔助設備實現(xiàn)可靠換流，這會使HDT系統(tǒng)整體更為復雜，成本更高，進而使得此類HDT大規(guī)模推廣應用比較困難。

為此，文獻[14-18]提出了采用AC-DC-AC變換器的HDT方案，并指出AC-DC-AC型HDT功能強大，能方便實現(xiàn)電網電流及負載電壓的實時調控，是構建未來智能配電網的可選方案。文獻[14]給出了采用AC-DC-AC型變換器構建的多種HDT配置方案，并給出了HDT樣機運行效果。文獻[15]對于HDT相比傳統(tǒng)配電變壓器及電力電子變壓器的優(yōu)點進行定性比較分析，并對于HDT的保護方案進行討論說明。文獻[16]對配電變壓器未來的發(fā)展趨勢進行了定性分析，并指出HDT用于近期智能配電網的巨大優(yōu)勢，但未對HDT的模型及控制策略進行說明。文獻[17-18]針對一種將變換器配置在低壓側的HDT進行研究，采用PI控制器分別對負載電壓及電網側功率因數(shù)進行控制，并仿真驗證了控制系統(tǒng)設計的有效性，但文中的HDT配置方案將變換器置于低壓側，導致主變壓器設計時不得不考慮電網電壓的波動。文獻[19]提出一種三相HDT拓撲，并給出系統(tǒng)模型及其復合控制框圖。但所設計的三相電路拓撲在網側采用星形中性線引出接法，這其實并不完全符合實際配電網的應用需求。

現(xiàn)有報道雖然給出了多種基于AC-DC-AC變換器的HDT的配置方案，并初步實現(xiàn)了相應的控制功能。但總體來講，目前的方案存在以下缺陷：

（1）HDT的配置方案往往不含隔離變壓器，這導致三相場合的HDT中用于負載電壓補償?shù)淖儞Q器往往需要采用三個單相全橋變換器，這顯然會大大增加HDT變換器的復雜程度，并導致控制復雜，系統(tǒng)可靠性降低。此外，因為沒有隔離變壓器，HDT的AC-DC-AC變換器公共直流母線的額定電壓完全由所在配電網場景的補償深度決定，此時變換器功率器件的選型范圍往往很窄。具體來講，如果電壓控制變換器位于配電網高壓側，必然導致變換器直流母線額定電壓很高。而如果電壓控制變換器位于配電網低壓側，直流母線額定電壓很低，從而使得電流控制變換器的電流很大。這導致一大部分技術成熟、性價比很高的功率器件因電壓或電流等級不符合現(xiàn)場要求而無法被采用，此時不僅器件選型困難，而且HDT系統(tǒng)整體的經濟性及可靠性均很低。

（2）將用于控制負載電壓的變換器單元配置在配電網低壓側不利于充分發(fā)揮HDT的控制功能。由于配電網的電壓波動主要發(fā)生在高壓側，進而導致二次側負載電壓發(fā)生波動，若將變換器單元整體布置于配電網低壓側，只能抑制配電網電壓負載側的電壓波動，而無法抑制HDT一次繞組及控制繞組電壓的波動。此時，在設計HDT的變壓器本體時，必需增大鐵心面積以避免電網電壓變高而導致的鐵心飽和。而且當電網電壓突變時，控制繞組也會發(fā)生電壓突變，這必然會影響HDT對電網電流的補償效果。

（3）能應用于實際配電網場景的三相HDT電路拓撲研究較少，十分不利于HDT的產業(yè)化推廣。

（4）對于HDT的原理分析及控制系統(tǒng)設計，缺乏比較直觀準確的動態(tài)模型，這導致目前關于HDT工作原理的分析大多局限于定性說明，給HDT控制系統(tǒng)的設計帶來不便。

本文基于在傳統(tǒng)配電變壓器中增設第三控制繞組的報道[14]，設置隔離變壓器于配電網高壓側，將其高壓側與三繞組配電變壓器高壓側串聯(lián)，然后通過控制繞組及隔離變壓器低壓繞組將電容中點引出式背靠背半橋PWM變換器接入配電變壓器，從而給出一種新型HDT實用配置方案?；谶@一配置方案，提出一種實用的三相HDT拓撲，該拓撲在高壓側采用三角形聯(lián)結，而其余繞組均采用中性線引出的星形聯(lián)結。根據(jù)HDT的單相等效電路，建立HDT的微分方程，并導出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖，基于框圖模型，指出HDT能夠控制電網電流及負載電壓的根本原因，進而采用PI控制器設計HDT的內環(huán)控制系統(tǒng)。在電網電壓波動及負載畸變工況下進行仿真及樣機實驗，驗證本文提出的HDT電路拓撲及所設計的內環(huán)控制系統(tǒng)的正確性。

1 HDT的配置方案與三相電路拓撲

本文提出的HDT配置方案如圖1所示。

圖1 HDT的配置方案

在圖1中，T1是HDT的主變壓器，共包含三個繞組（W1k，W2k，W3k，為三相的相序號，=a,b,c）。T1相當于在傳統(tǒng)雙繞組配電變壓器的基礎上增設控制繞組W3k。T2是雙繞組的隔離變壓器(W4k，W5k)。CVp和CVt是共用直流母線的兩個電壓源型PWM變換器，二者分別與W3k和W4k相連。W1k與W5k串聯(lián)為一個整體后接入配電網10kV高壓側。W2k為配電網低壓側負載供電。1k~5k為繞組W1k~W5k的繞組電壓。

當CVp和CVt退出時，HDT就相當于傳統(tǒng)配電變壓器。而當CVp和CVt投入運行后，就可以對HDT的電網電流及負載電壓進行調控。具體來講，CVp可被控制成一個可控電流源，即圖1中的3k實時可控。借助變壓器的磁動勢平衡原理，在T1中，當負載電流2k出現(xiàn)諧波、無功、不對稱分量時，3k便會產生相應的反向補償分量，從而使電網電流sk始終被控制為對稱的正弦波，而且網側始終接近單位功率因數(shù)。CVt可被控制成一個可控電壓源，而通過T2則能將CVt產生的補償電壓進一步升高。在圖1中，當電網電壓sk出現(xiàn)波動和不對稱等工況時，CVt便可以實時控制T2高壓繞組W5k的電壓5k，進而實時抵消sk中的波動和不對稱分量，從而使T1各繞組電壓及負載電壓2k穩(wěn)定在額定值附近。

配電網為三相應用場合，因而給出一種合理的三相電路拓撲更具實用價值。圖2所示為本文基于圖1所示HDT的配置方案提出的一種高壓側采用三角形聯(lián)結的HDT三相電路拓撲。

圖2 HDT的三相電路拓撲

與圖1對應，圖2中的1k~5k為繞組W1k~W5k的繞組電壓。Psk為W1k與W5k的繞組電流，而2k、3k及4k分別為W2k、W3k、W4k繞組電流。f與f構成RC濾波器。Lk為負載電流，fk為RC濾波支路的電流。

如圖2所示，本文提出的HDT三相電路拓撲將W1k與W5k構成的整體采用三角形聯(lián)結接入配電網高壓側。而W2k、W3k、W4k均采用星形中性線引出聯(lián)結。此外，CVt與CVp共用直流母線構成背靠背PWM變換器，其直流母線采用分裂電容中點引出式結構，電容中點n1引出后與W3k和W4k的中性線連在一起，構成變換器零序通路，便于實現(xiàn)零序補償。tk、pk分別為CVt與CVp的橋臂中相對于n1的電壓。p、t為CVp和CVt的輸出連接電感。連同t及p一起能抑制變換器產生的高次諧波對于負載電壓及電網電流的影響。

圖2所示方案具備以下優(yōu)勢：

（1）高壓側采用三角形聯(lián)結接入配電網高壓側，不僅能隔離配電網高壓側電源電壓Psk中的零序分量對HDT的影響，而且能阻斷HDT高壓側繞組W1k與W5k的電流Psk中的零序分量注入電網。

（2）配置隔離變壓器T2于配電網的高壓側，將CVt通過T2接入配電網，并利用CVt直接對高壓側電網電壓的波動進行抑制。這樣，一方面，CVt能夠避免使用無隔離變壓器時比較復雜的三個單相全橋結構；另一方面，CVt直接在高壓側抑制電壓的波動，從而在設計T1時無需再額外增加鐵心截面來防止高壓側電網電壓波動引發(fā)的磁飽和。

（3）T2的電壓比及T1中W3k與W1k的電壓比均靈活可調，于是CVt及CVp直流母線的額定電壓也能靈活確定。這樣，將能選用目前最常用電壓等級及電流等級的功率器件來搭建CVt及CVp的主電路，方便了HDT的設計制造。

（4）采用的PWM變換器僅由六個半橋構成，相比其他變換器拓撲，本文采用的配置方案不僅結構簡單，控制容易，而且兼?zhèn)淞阈蜓a償，功能全面。

2 等效電路與系統(tǒng)微分方程

為方便建立圖2所示HDT的數(shù)學模型，建立如圖3所示的HDT單相等效電路。

圖3 HDT的單相等效電路

圖3中，各電壓電流與圖2含義一致。T1o和T2o是理想變壓器，1k~5k是W1k~W5k的繞組電動勢。忽略勵磁電流，T1可用T1o、電阻12、23及漏感12、23等效；而T2可用T2o、電阻45及漏感45等效；p和t為功率開關的等效電阻。

根據(jù)圖3所示等效電路，可分別針對CVp及CVt所在回路構建各元件的微分方程。

首先對于CVp的p及23所在支路，有

式中，為微分算子。

在T1中，根據(jù)磁動勢平衡原理可得

根據(jù)電壓比關系可得

式中，K為繞組W和W的匝數(shù)比，、為繞組序號，可取1、2、3、4、5。

由式（1）可知，通過控制CVp的橋臂輸出電壓pk，便完全能夠實時控制W3k的電流3k。如果2k中含有諧波、無功和不對稱等分量，則只需控制pk使3k包含極性相反的電流分量來抵消2k中的諧波、無功和不對稱等分量，便能使Psk成為對稱的正弦波，而且功率因數(shù)為1。相應的電網線電流sk也必然呈現(xiàn)對稱的正弦波。

顯然在式（1）和式（2）中，通過pk實現(xiàn)Psk單位功率因數(shù)正弦對稱控制，主要任務是克服2k和3k對系統(tǒng)造成的影響，其中，3k與1k呈線性關系。如果1k能被控制為近似不變，則來自3k的擾動將對Psk影響很小。

而對于CVt的t及45所在回路，顯然有

在T2中，根據(jù)電壓比關系

在高壓側所在回路

在T1中，根據(jù)電壓比關系

在T1、T2中根據(jù)磁動勢平衡原理

在W2k所在回路

而在RC濾波支路

由式（4）~式（7）可知，當電網電壓sk發(fā)生波動時，通過控制tk，便能實時控制T2的電壓5k等于sk中的波動部分，從而抵消電網電壓的波動，使1k近似穩(wěn)定在額定值附近，從而使2k也近似穩(wěn)定在額定值附近。2k與2k只相差了短路阻抗（12、12）上的壓降，因而2k也能近似穩(wěn)定。式（4）、式（8）~式（10）整體其實構成了一個RLC低通濾波器，能夠減少2k中的高次諧波，這體現(xiàn)在后文化簡后的傳遞函數(shù)框圖中。

式（4）~式（10）揭示了通過tk實現(xiàn)2k實時控制的可行性，其中，sk是系統(tǒng)中的最主要擾動，而Psk及2k會在連接電感t、45、12上產生壓降，從而對2k產生影響，但相比sk，其幅值很小。因而在HDT中通過CVt控制2k主要需要克服來自sk的擾動影響。

本文采用SPWM對CVp及CVt進行調制，調制時采用不對稱規(guī)則采樣法。設采樣周期為s，則s=0.5w，w為開關周期。本文仿真及實驗均采用10kHz的開關頻率，則w=0.1ms，s=50ms。

綜合考慮調制、采樣、控制芯片計算的時間延遲，本文將CVp和CVt均近似等效為一個小慣性環(huán)節(jié)。具體如下：設pk及tk分別為CVp和CVt的輸入調制信號，則在域中，pk()與pk()、tk()與tk()之間滿足

式中，D為D的額定值。

式（1）~式（10）描述的是HDT在靜止坐標系下的數(shù)學模型，對于揭示HDT的基本工作原理，說明其可行性具有重要意義。但是通常情況下，HDT往往需要實現(xiàn)單位功率因數(shù)控制，因而在同步旋轉坐標下設計控制器更為方便。

為此本文采用坐標變換，坐標變換矩陣采用等長變換矩陣，以W4k的繞組電壓4k為例。

式中，4abc=[4a4b4c]T；4dq0=[4d4q40]T。本文中其他三相電壓電流的變換關系與4k一致。

式中，=2π0，0為電網頻率。

對式（1）~式（3）進行坐標變換，可導出CVp所在回路在同步旋轉坐標下的數(shù)學模型，在域表示為

同樣對式（4）~式（10）進行坐標變換，也在域表示，可得CVt所在回路在同步旋轉坐標下的數(shù)學模型為

對式（11）進行近似處理。在同步旋轉坐標中

3 傳遞函數(shù)模型及控制系統(tǒng)

根據(jù)式（15）可給出同步旋轉坐標系下，從pdq0()到Psdq0()模型框圖，如圖4中點畫線框內部分所示。

圖4 電網電流iPsk閉環(huán)控制系統(tǒng)

相比式（1）~式（3），圖4更能直觀反映影響Psk的擾動量和控制量，從中可以看出，被控對象的主體是個慣性環(huán)節(jié)。因而本文采用PI控制器，讓Psk在同步旋轉坐標下直接對其參考信號（如圖4所示的Psdref、Psqref、Ps0ref）進行跟蹤，從而形成圖4所示的HDT電網電流內環(huán)控制系統(tǒng)。要實現(xiàn)Psk的正弦單位功率因數(shù)控制，一般需要Psdref為常數(shù)，而Psqref=0。對于Psdref及Ps0ref的計算，需要綜合考慮HDT變換器直流母線電壓的穩(wěn)定控制及上、下電容電壓的偏差抑制，這屬于HDT外環(huán)控制的研究范疇。由于內環(huán)、外環(huán)時間常數(shù)相差很大，可以獨立分開設計。由于篇幅所限，本文只分析內環(huán)控制系統(tǒng)。

根據(jù)式（15）可給出同步旋轉坐標系下，從tdq0()到2dq0()模型框圖，只是原始框圖結構過于復雜，不利于直觀反映tdq0()對于2dq0()作用機理，因而本文對其進行化簡，化簡后的框圖如圖5中點畫線框內部分所示。

圖5 負載電壓u2k閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖

圖5中

從圖5可以看出，負載電壓控制模型的主體為一個二階環(huán)節(jié)t2()。與電網電流內環(huán)控制類似，必須在PI控制器的輸出之后乘以-1才能形成負反饋，進而構建負載電壓內環(huán)控制系統(tǒng)。通過調整f、f和t的值能夠改善2k中的高次諧波含量，同時也需要為系統(tǒng)保留足夠的穩(wěn)定裕度。

在圖4與圖5中，HDT負載電壓與電網電流控制環(huán)路之間存在耦合，但是由于e1的值并不是很大，因而Psk在e1上產生的壓降擾動，相比電網電壓的擾動而言往往很小。此外，CVt將負載電壓控制穩(wěn)定之后，W1k的繞組電壓基本不會發(fā)生大的變化，因而不會再對電網電流造成很大干擾。也就是說，HDT的負載電壓及電網電流控制系統(tǒng)之間存在的耦合較弱，因而在實際中可將二者分開獨立研究。

4 仿真及實驗驗證

為驗證本文構建的HDT電路拓撲及控制系統(tǒng)的合理性，首先根據(jù)圖2所示HDT三相電路拓撲，在Matlab的Simulink中搭建HDT的仿真模型，然后對HDT實現(xiàn)負載電壓及電網電流的基本功能進行仿真驗證。仿真時電網電壓模擬真實配電網場景，其他主要參數(shù)見表1。

表1 HDT仿真參數(shù)

Tab.1 The simulation parameters of HDT

圖6給出配電網中出現(xiàn)不正常工況時電網電壓及負載電流的波形。具體而言，HDT的負載側包含橋式不控整流電路，因而負載電流會發(fā)生明顯畸變。高壓側電網的電壓分別出現(xiàn)了驟降（=0.1s，電網電壓由120%的額定值驟降為80%的額定值）、突升（=0.16s，電網電壓由80%的額定值突升為120%的額定值）及不對稱（=0.22s，A、C相電壓由120%的額定值驟降為80%的額定值）。顯然，如果CVp和CVt均不投入運行（CVp開路，而CVt被旁路），HDT就相當于傳統(tǒng)配電變壓器，此時負載電壓也會相應發(fā)生波動，而電網電流也必然出現(xiàn)畸變。而當CVp和CVt參與運行時，負載電壓和電網電流的波形如圖7所示。

圖6 不正常工況下電網電壓及負載電流的波形

圖7 HDT補償后的電網電流及負載電壓波形

從圖7可以看出，當電網電壓發(fā)生突變時，負載電壓在經過一個短暫的過程之后便能重新恢復到額定值。此外，HDT網側繞組的電流能被控制為三相對稱的正弦波，進而電網電流也能被控制為正弦波，從而說明本文提出的HDT拓撲及負載電壓控制系統(tǒng)是合理的。

圖7顯示電網線電流sk明顯比相電流Psk的紋波要小。具體而言，sk中包含的與開關頻率相關的高次諧波含量明顯低于Psk。這是因為，本文對CVp進行PWM調制時，三相載波是同一個，這導致Psk中與開關頻率相關的高次諧波的三相相位基本相同，因而這些高次諧波也屬于零序。當采用三角形聯(lián)結時，這些高次零序電流無法注入到電網側，從而只能在高壓側繞組內部流通。從這一點來看，HDT高壓側采用三角形聯(lián)結還能減小PWM調制引起的高次諧波。這也可以看成本文將HDT高壓側設計成三角形聯(lián)結的另一個突出優(yōu)勢。

此外，從圖7可以看到，電網電壓發(fā)生突變，負載電流突變均會對負載電壓產生不同程度的影響，其中電網電壓造成的擾動持續(xù)時間明顯更長，因而是系統(tǒng)中的主要擾動。對于電網電流控制來講，畸變負載導致的畸變電流擾動則是影響電網電流控制效果的主要因素。從圖7可以看到，雖然電網電流整體上呈現(xiàn)正弦波，但在負載畸變電流突變的短暫瞬間，電網電流會出現(xiàn)一個“尖刺”。這是因為變換器輸出電流的最大變化率是有限的，對于突變瞬間，變換器其實是飽和輸出狀態(tài)，無法完全抑制突變擾動帶來的影響。此外，出現(xiàn)“尖刺”的時刻其實對應的是負載電流發(fā)生突變。由于本例中的負載電流突變已經十分接近理想階躍信號，而實際控制系統(tǒng)總存在慣性，需要一定的響應時間才能夠消除突變擾動帶來的影響，因而“尖刺”無法完全消除，在實際中，往往只能通過提高開關頻率和降低變換器連接電感等手段進一步減小。

為進一步驗證本文提出的HDT電路拓撲及內環(huán)控制系統(tǒng)的合理性。本文構建了一個低電壓等級的HDT小功率實驗樣機，具體包括信號采集和檢測調理電路、IGBT驅動電路、基于DSP(TMSF28335)的主控電路、HDT主變壓器和隔離變壓器本體以及由六個橋臂構建的CVp和CVt主電路。用三相可編程電源模擬突變及不對稱電網、用整流器及功率電阻模擬畸變負載、而用大容量直流電源支撐直流母線電容。具體樣機實物如圖8所示，相關實驗樣機的參數(shù)見表2。

圖8 HDT實驗樣機

基于小功率樣機，開展電網電壓由80%額定電壓突升至120%額定電壓再突降回80%額定電壓的實驗。負載仍包含三相不控整流負載。相關實驗波形如圖9所示。

表2 HDT實驗樣機參數(shù)

Tab.2 The experimental parameters of HDT

圖9 HDT電網電流及負載電壓控制實驗波形

圖9顯示，當電網電壓突變時，在HDT的控制下，經過很短時間，負載電壓便能夠恢復到額定值，從而驗證了負載電壓控制功能的有效性。此外，從右邊的局部波形可以看出，當負載電流畸變時，在HDT的補償作用下，電網電流能夠被控制為與電網電壓同相位的正弦波形，從而進一步驗證了HDT對于畸變電流調控功能的有效性。

5 結論

本文提出一種改進型的HDT電路拓撲，并建立其動態(tài)數(shù)學模型，基于PI控制器設計HDT電網電流及負載電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，得到以下結論：

1）將隔離變壓器布置于配電網高壓側，而高壓側采用三角形聯(lián)結方式，其余繞組采用星形中性線引出接法，PWM變換器采用半橋結構的HDT電路拓撲是合理的。

2）基于等效電路導出的HDT動態(tài)模型能夠清晰揭示HDT的基本工作原理，客觀反映HDT運行時遇到的各類擾動。模型指出HDT的負載電壓控制系統(tǒng)與電網電流控制系統(tǒng)耦合很弱，可以獨立設計。

3）采用PI控制器構建HDT的內環(huán)控制系統(tǒng)能滿足HDT的對于負載電壓及電網電流的基本功能。

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Dynamic Model and Inner Loop Control System of Hybrid Distribution Transformer

Liu Yibin1,2Liang Deliang1,2Wang Yuheng1,2Gao Yachen1,2Zhang Lishi1,2

（1. State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment School of Electrical Engineering Xi’an Jiaotong University Xi’an 710049 China 2. Shaanxi Key Laboratory of Smart Grid Xi’an 710049 China）

Comparing with the traditional distribution transformer, hybrid distribution transformer (HDT) can regulate the partial load power by the integrated PWM converters. Therefore, HDT can not only change the voltage rate and transfer the load power just as the traditional transformer, but also can control the grid current and load voltage in real time. Hence, HDT is a promising equipment for the intelligence of the active distribution network. In this paper, an improved HDT configuration and the three-phase circuit scheme of HDT is presented. In this scheme, the converter with sample topology can be applied and the rated voltages of all the units can be easily determined. Based on the equivalent circuit of the present HDT, the transfer function model is established, then the PI controller is adopted to construct the inner control system of HDT. Both the simulation and experiment are performed in the condition of nonlinear load and fluctuated grid voltage. The results shows that the grid side current can be regulated to be sinusoidal, symmetrical and unit power factor, the load voltage can be controlled to be stable. Which verifies the correctness of the established dynamic model and the presented control strategy.

Active distribution network, equivalent circuit, hybrid distribution transformer, PI controller, transfer function

TM421

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.L90170

陜西省2018年重點研發(fā)計劃資助項目(2018ZDCXL-GY-07-05)。

2020-06-30

2020-10-29

柳軼彬 男，1988 年生，博士研究生，研究方向為混合式配電變壓器磁集成與優(yōu)化控制。E-mail：yanerwuming@126.com

梁得亮 男，1967年生，教授，博士生導師，研究方向為智能配電網系統(tǒng)協(xié)同設計及冗余高效控制。E-mail：dlliang@mail.xjtu.edu.cn（通信作者）

（編輯 赫蕾）