電力電子變壓器并聯運行動態仿真

引 言

電力電子變壓器PET（Power－Electronic Transformer）作為一種新型的電力變壓器，得到了國內外研究人員越來越多的關注。它是一種含有電力電子變換器且通過高頻變壓器實現磁耦合的變電裝置。PET在完成常規的變壓、隔離和傳遞能量的同時，還可起到電能質量控制器的作用，是一種多功能的新型變壓器。將其用于配電系統既可實現降壓又可保證電能質量[1]。

兩臺或數臺PET并聯運行是變壓器的一種重要運行方式，具有重要的研究價值。但當前國內外對于PET的研究主要集中于其拓撲結構和控制策略上，對其在電力系統中的應用及其運行特性的研究相對薄弱。文獻[2]采用主從式控制方案解決并聯PET輸出交流側的并聯均流問題；文獻[3]對并聯PET負載發生階躍變化以及帶非線性負載的動態過程進行了仿真研究。本文對配電用并聯PET負荷分配的控制策略進行研究，并對典型操作進行動態仿真[2,3] 。

1 PET的基本結構和控制策略

PET的基本拓撲結構分為交-交-交變換器和交-直-交-直-交雙直流變換器。前者結構簡單，但可控性不高：后者結構復雜，控制策略完善，實用性較強。典型的交-直-交-直-交雙直流拓撲結構如圖1所示。

PET原邊的電壓型PWM整流電路采用解耦的電壓、電流雙閉環控制，無論變壓器的負載是感性還是容性，只要在一定的范圍內，都可使電網的功率因數接近1；原邊的單相逆變電路實現高頻逆變，采用開環控制即可。為減小變壓器的體積和重量，變壓器導磁材料采用鐵氧體等高導磁磁芯。變壓器副邊整流電路用于實現高頻整流，對配電變壓器不考慮能量的雙向流動，故其采用不控整流電路。為輸出恒壓、恒頻的交流電壓，PET副邊逆變電路采用電壓閉環控制[4]。

2 PET并聯運行控制原理

兩臺或數臺PET并聯運行是提高系統可靠性和擴大容量的一種有效途徑，有關PET并聯運行的研究尚不夠深入。PET副邊逆變器與US的逆變器工作原理一致，而多臺UPS的并聯運行方面的成果比較豐富[5-7],在研究PET的并聯問題時可以借鑒。

目前提出的PET并聯控制方法主要有：集中控制方式、主從控制方式、分布邏輯控制方式和無互連線控制方式[2]。本文主要針對兩臺無互連線的PET的并聯運行問題進行研究。圖2是兩臺PET并聯系統結構圖，其原方接于同一公共母線。

為了避免并聯變壓器出現環流，各臺PET的二次側電壓的頻率、幅值、相位必須保持一致；為實現并聯變壓器之間有功負荷和無功負荷的穩定分配，各臺PET應具有有功調差特性和無功調差特性。具有調差特性的PET副邊逆變器控制結構圖如圖3所示。