[发明专利]一种工频电力电子变压器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工频电力电子变压器及其实现方法，属于电力电子技术应用于电网的电能传输及电能质量治理领域，涉及配电网的负序和无功治理装置，适用于配电网中的变电所。

背景技术

现有的电力电子变压器(Power Electronic Transformer，PET)是一种含有电力电子变换器且通过高频变压器实现磁耦合的变电装置，它通过电力电子变换技术和高频变压器实现电力系统中的电压变换和能量传递，改善供电电能质量。

由于现有的电力电子变压器采用五级变换结构，且直接将电力电子设备接入电网，故其容量低、效率低、可靠性低。在电力系统中，负荷总存在某种程度的不对称，当这种不对称负荷接入电网时，传统电力电子变压器的低压侧会出现负序电流，且功率因数也偏低，因而改善电能质量的效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是提高电力电子变压器改善电能质量的效果，提出一种工频电力电子变压器及其实现方法。

本发明采用如下技术方案：一种工频电力电子变压器，其特征在于，包括三绕组工频变压器、电压源换流器VSC₁、电压源换流器VSC组、直流电容器、控制器，所述的三绕组工频变压器高压侧与高压输电线路相连，所述的三绕组工频变压器高压侧装有测量元件HT；所述三绕组工频变压器的低压第一绕组与负载相连，所述三绕组工频变压器低压侧上装有测量元件LT，所述测量元件LT与所述电压源换流器VSC组的交流侧相连；所述电压源换流器VSC₁、所述电压源换流器VSC组的交流端分别与所述三绕组工频变压器的高压侧和所述三绕组工频变压器的低压第一绕组相连，所述电压源换流器VSC₁、所述电压源换流器VSC组直流侧背靠背连接在一起，所述直流电容器并联在所述电压源换流器VSC₁、所述电压源换流器VSC组的直流侧之间，所述直流电容器的两端装有直流电容电压测量元件DCPT；所述控制器分别与所述测量元件HT、所述测量元件LT、所述直流电容电压测量元件DCPT、所述电压源换流器VSC₁、所述电压源换流器VSC组相连。

更进一步地说，所述控制器包括输入环节、控制环节、人机界面子系统、输出环节，所述输入环节与所述控制环节相连，所述控制环节与所述输出环节相连，所述输出环节与所述电压源换流器VSC₁、所述电压源换流器VSC组相连接，控制环节与所述人机界面子系统相连，用于显示和设定运行参数。

更进一步地说，所述输入环节包括高压侧信号采集单元、低压第一绕组信号采集单元、直流电容电压采集单元、输入信号处理单元，所述高压侧信号采集单元与所述测量元件HT相连，所述低压第一绕组信号采集单元与所述测量元件LT相连，所述直流电容电压采集单元与所述直流电容电压测量元件DCPT相连，输入环节通过HT、LT将三绕组工频变压器高压侧的电流、电压以及低压第一绕组的电流、电压实时传输至输入信号处理单元，输入信号处理单元进行低压侧负序电流和无功电流的实时分解计算，得到低压侧的正序有功电流、正序无功电流、负序有功电流、负序无功电流四组电流分量；在不考虑零序有功电流和零序无功电流分量的条件下，对于上述可能存在的四组电流分量，其中：正序有功电流是不需要进行补偿的；负序有功电流需要优先补偿到零；负序无功电流和正序无功电流需要尽量补偿到零。

更进一步地说，所述控制环节由VSC₁控制模块和VSC组控制模块组成，通过对低压侧a相、b相、c相有功功率的平衡，以及各自输出无功功率的补偿，计算出产生作用于VSC₁、VSC组的控制信号。

更进一步地说，所述输出环节包括PWM生成电路和驱动放大电路，PWM生成电路将控制信号调制成PWM控制脉冲，驱动放大电路将PWM控制脉冲放大后驱动VSC₁、VSC组的电力电子开关器件。