[发明专利]电压幅值与相角独立控制的可控变压器装置及其控制方法

权利要求书

1.一种电压幅值与相角独立控制的可控变压器装置，其特征在于该装置包括：可控三相变压器（1）、第一功率单元（2）、第二功率单元（8）、测量与控制模块（3）、串联绕组单元（4）、输入电压互感器(5)和输出电压互感器(6)构成：

所述的可控三相变压器（1）的副边包含主接头（12）、正分接头（13）、负分接头（11），以及每相各自输出2组变比为N的独立绕组，其中0<N<0.2；

每相的串联绕组单元（4）由可控三相变压器（1）的另外两相、且电压极性相反的各1组独立绕组串接而成；

所述的第一功率单元（2）由第一开关功率管（S₁）、第二开关功率管（S₂）、第一滤波电感（L_f1）第一滤波电容（C_f1）和第二滤波电容（C_f2）组成；

所述的第二功率单元（8）由第三开关功率管（S₃）、第三开关功率管（S₄）、第二滤波电感（L_f2）第三滤波电容（C_f3）和第四滤波电容（C_f4）组成；

所述的第一开关功率管（S₁）、第二开关功率管（S₂）、第三开关功率管（S₃）和第四开关功率管（S₄）均由2个绝缘栅双极型晶体管反向串联构成；

所述的第一开关功率管（S₁）的一端接所述的可控三相变压器（1）副边的正分接头（13），所述的第二开关功率管（S₂）的一端接负分接头（11），该第一组开关功率管（S₁）的另一端和第二组开关功率管（S₂）的另一端相连且该连接点与所述的第一滤波电感（L_f1）的一端相连，该第一滤波电感（L_f1）的另一端分别与所述的串联绕组单元（4）的一端、第四开关功率管（S₄）的一端、第二滤波电容（C_f2）的一端相连，第二滤波电容（C_f2）的另一端与所述的可控三相变压器（1）的副边主接头（12）相连，所述的串联绕组单元（4）的另一端与第三开关功率管（S₃）的一端相连，所述的第三开关功率管（S₃）另一端和第四开关功率管（S₄）另一端相连且该连接点与所述的第二滤波电感（L_f2）的一端相连，该第二滤波电感（L_f2）的另一端连接输出电源或负载，

所述的第一滤波电容（C_f1）接在所述的可控三相变压器（1）副边的正分接头（13）和负分接头（11）之间，所述的第三滤波电容（C_f3）跨接在第三开关功率管（S₃）与第四开关功率管（S₄）不相连的两端之间，所述的第四滤波电容（C_f4）的一端与串联绕组单元（4）中2个串接绕组的连接点相连，第四滤波电容（C_f4）的另一端连接输出电源或负载端， 

所述的输入电压互感器(5)的一侧与可控三相变压器原边输入电压主电路相连，电压信号输出端与所述的测量与控制模块（3）的电压信号输入端口相连；

所述的输出电压互感器(6)，一侧与可控三相变压器副边输出电压主电路相连，电压信号输出端与所述的测量与控制模块（3）的电压信号输入端口相连；

所述的测量与控制模块（3）的控制信号输出端分别与所述的第一开关功率管（S₁）第二开关功率管（S₂）、第三开关功率管（S₃）和第四开关功率管（S₄）的控制端相连，该测量与控制模块（3）与上位机相连。

2.根据权利要求1所述的电压幅值与相角独立控制的可控变压器装置，其特征在于所述的测量与控制模块（3）是数字信号处理器、单片机或计算机。

3.利用权利要求1所述的电压幅值与相角独立控制的可控变压器装置进行输出电压幅值与相角控制的方法，其特征在于，该方法包括下列具体步骤：

1）设可控三相变压器正负分接头变比分别为（1+N）和（1-N），可控三相变压器三相输入电压分别为：

V_ain=sin(ω₀t)

V_bin=sin(ω₀t+120°)(1)

V_cin=sin(ω₀t-120°)

其中，V_ain为A相输入电压、V_bin为B相输入电压、V_cin为C相输入电压；

2）通过脉宽调制对第一开关功率管、第二开关功率管、第三开关功率管和第四开关功率管的占空比进行调节：

设第一开关功率管和第二开关功率管的占空比为D₁，设第三开关功率管和第四开关功率管的占空比为D₂，其中，0≤D₁≤1，0≤D₂≤1；

3）计算A相输出电压，公式如下：

V_aout=V_ain[(1+N)D₁+(1-N)(1-D₁)](2)

+(NV_bin-NV_cin)D₂

4）将步骤1）中V_ain，V_bin，V_cin代入公式（2）得到：

(3)

5)输出电压幅值为：

6）输出电压移相角度θ为：

。