基于三电平拓扑的龙岩干式变压器研究

　　近年来，一种基于变换技术的电网变压装置，即PET，受到国内外学者的广泛关注。它不仅体积小、重量轻，而且具有交直流转换能力，可灵活地将各种分布式发电系统接入电网，比传统龙岩干式变压器更能适应电网环境下用户对电能的个性化需求。

　　在三电平结构中，开关管承受的电压应力仅为两电平拓扑的一半，因此可以成倍提升输入级的电压，解决PET在系统中的实用化问题，且不存在开关管直接串联电路中的器件均压问系统及其自动化。

　　题。与模块串并联拓扑相比，可以减少所用器件的数量，提高PET的可靠性并降低成本。但目前国内还未见公开发表的有关三电平结构PET的相关。这里在上述的基础上提出改进的三电平PET，设计了三相系统中各环节的控制策略，并通过仿真验证了其拓扑和控制策略的有效性。

　　2三电平PET电路介绍为三电平PET的拓扑结构。其工作原理为：输入级将高压工频交流电经后变成直流电，在隔离级被调制成高频方波加企业账号：1611 0032 092 00213 086载到高频龙岩干式变压器，降压后在次级又还原成直流电，最后经输出级逆变成三相低压工频交流电。由于中间隔离级的存在，在电源发生电压波动、频率闪变、谐波注入或负载投切时，三电平PET能避免系统侧与负载侧的相互影响，维持初、次级良好的电压电流波形，且输出恒定的电压。

　　2.1输入级系统的输入级采用二极管箝位式三电平PWM器，每一个桥臂由4个功率开关构成，因此每一个功率开关所承受的电压峰值只有两电平PWM器的一半，而且三电平PWM器有27个开关矢量，因此其在开关频率不是很高的情况下也能保证网侧良好的电流波形，其谐波和畸变率大大小于两电平PWM器。高频的PWM器可以保证网侧电流与电源之间功率因数为1. 2.2中间隔离级系统的中间隔离级在原有三电平PET基础上作了改进，采用零电压开关半桥三电平DC/DC变换器，对龙岩干式变压器电 话：0635-8888299不考虑能量的双向流动，故在龙岩干式变压器次级采用全桥不控电路，开关管两端并联电容为其自身结电容。与两电平PET中的DC/DC变换器相比，通过变换器初级2只中点箝位二极管使得4只开关管电压应力仅为输入直流电压的一半，且通过谐振电感Lk对4只开关管上的并联结电容进行充放电，使相应的结电容两端电压达到零，实现零电压开关，飞跃电容Cs用来将2对开关管开关过程连接起来，这样能有效减小开关损耗，提高变换器效率。

　　2.3输出级由于隔离级己将高压直流电变换为约600V的低压直流电本公司生产的SCRBH15非晶合金干式变压器，SGBH15非晶合金变压器（10KV级），SCRBH15非晶合金卷铁芯干式变压器 S9、S11.S13系列6-35KV油浸式变压器、SCB10.SCB11系列6-35KV干式变压器、非晶合金、有载调压电力变压器等级低损耗电力变压器，技术标准严格采用国际GB1094.1、2-1996；GB/T6451-1999，并在同行中率先获得ISO9001质量体系认证证书和PCCC产品认证证书。主导产品“华盈”牌电力变压器达到同行业领先水平。公司成立以来，本着创新发展的目标，购进了先进的生产检测设备，引进了国际先进的企业管理模式和工艺，建立了高效灵敏的信息反馈系统和完整的售后服务体系。公司早在1997年就率先通过了ISO9001质量管理体系认证，并于2016年成功换版为ISO9001：2008质量管理体系认证，在2016年九月份获得ISO14001：2004环境管理体系认证，在2017年5月份获得中国国家强制性产品认证（3C认证），使产品质量有了很大的提高，产品服务更贴近于用户需求。，且PET输出目标也是380V低压用电，在此电压等级下，目前的IGBT器件己华盈非晶合金变压器有限公司足够成熟可靠，因此输出级采用两电平PWM龙岩干式变压器，并辅以LC滤波器。

　　3控制策略3.1输入级控制输入级的控制策略需要实现输出直流电压可控及网侧电流与电源之间单位功率因数运行等，因此采用在d，坐标系下的电压电流双闭环控制策略，为输入级的控制原理。

　　为保证三电平PET各环节间的电压平衡，必须对三电平PWM器的中点电压进行控制。

　　设中点处上电容电压为Um，下电容电压为Um，由可知一对小矢量对中点电压的影响正好相反，定义使ud（！1大、Um减小的为正小矢量，反之为负小矢量。当采用变比例因子精确中点电压控制方法时，定义比例因子：：U为中点电压偏差期望值。

　　除上式外，还需将p限制在1以内。这里对该方法进行进一步改进，结合网侧电流方向来先判断小矢量的正负属性。

　　利用此方法，根据中点电压偏差实时调整正负小矢量的作用时间，达到更精确的中点电压控制，提高了系统稳定性。

　　3.2中间隔离级控制为抑制网侧电源波动及负载突变等对隔离级输出直流电压的影响，隔离级控制策略需实现隔离级输出电压可控及恒定。考虑到控制方案的简化，这里设计了一种电压单闭环PI调节方法。

　　在的隔离级框图中，定义VTi，VT4为超前管，VT2，VT3为滞后管，对开关管驱动信号采用控制的方法，VTi和VT4，VT2和VT3分别成180.互补导通，VTi联系人：陈经理，VT4分别超前VT2，VT3―个相位，称为角。在控制方案设计中通过调节角的大小即可控制输出电压的大小。手 机：13287501888因此将输出直流电压实际值U.与设定值U.之间的偏差通过PI调节器，其输出为角，作用到PWM控制器上得到4个开关管的控制脉冲，从而实现对输出电压的调节。为隔离级的控制原理。

　　3.3输出级控制输出级控制需要实现输出恒压恒频的低压三相交流电，当网侧电源波动或者负载投切时保持输出电压恒定。通常系统的负载为源性质，因此采用在d，坐标系下基于瞬时值反馈的定交流电压控制，为输出级控制原理图。将三相负载电压的d，分量传 真：0635-8888109分别与各自值比较后的偏差量经各自PI调节器，得到指令空间电压矢量Ud，Uq，最后经过SVPWM得到开关管的驱动脉冲。d轴电压值为负载相电压幅值，q轴电压4仿真研究为验证该三电平PET电路的合理性和控制策略的有效性，针对10kV/380V系统环境下PET的稳态运行及输邮 箱：1262980066@qq.com入电压波动、频率闪变、含有谐波、负载投切等特殊情况进行了仿真研究，采用PSCAD/EMTDC软件仿真。其参数如下：输入级，输入电感Lr=15mH，输入电阻R=0.5ft，输出稳压地 址：山东聊城经济开发区华山路南首30号联结电容C=10nF，输出滤波电感Lg=0.2mH；输出级，滤波电感Lv=0.3mH，滤波电容Cv=300输入级、隔离级、输出级及高频龙岩干式变压器工作频率均为5kHz，高频龙岩干式变压器变比8.6kV：1.5kV.稳态运行为三电平PET稳态运行时的仿真波形。

　　它在保证输出级输出电压恒定的同时，使输入电流及输出电压均为正弦波，且实现了网侧单位功率因数控制。由c可见，在VI承受电压降为零时对其进行了开通与关断，实现了零电压开关。

　　经快速傅里叶变换分析，其单相输入电流总谐波畸变率约为1.04%，单相输出电压7HD0.93%.输入电压波动20%为输入电压波动时的仿真波形。在0.505s处，初级10kV系统输入电压出现20%的电压上升，持续2个周期后恢复正常，在0.565s处输入电压又出现20%的电压跌落，持续2个周期后恢复正常。从仿真结果可见，输出电压几乎不受影响，有效抑制了输入电压的波动。

　　4.3输入电压发生频率闪变为输入电压发生频率闪变时的仿真波形。在0.505s处，输入电压出现10Hz的频率跌落，持续2个周期后恢复正常，在0.565s处输入华盈做为变压器优质厂家为您郑重承诺：我们所有变压器保证全新全铜线，三年内在正常使用中出现质量问题给与保修保换，凡2000KVA以下产品全部现货供应，凡使用本公司的变压器在正常投入运行三年内一律实行三包。产品畅销、山东、新疆、内蒙古、甘肃、宁夏、陕西、山西、河北、河南、黑龙江、吉林、辽宁、四川、贵州、湖北、湖南等地。365天全程为您服务!本公司秉承“以人为本，科技创新，志在超越”的崇高信念，以可靠的产品质量，优惠的价格，完善的售后服务，精益求精，追求完美，竭力欢迎新老客户垂询合作，愿与广大客户共创双赢的美好明天。 电压又出现10Hz的频率上升，持续2个周期后恢复正常。由仿真结果可见，输出电压几乎不受影响，能够有效抑制输入电压频率的闪变。

　　输入电压频率闪变时的仿真波形4.4输入电压含基波幅值20%的5次、7次谐波为输入电压含有基波幅值20%的5次、7次谐波时的仿真结果。由FFT分析可知，单相输出电压的7HD0.97%，可见PET输出仍维持了较好的正弦度。可见即使输入电压中有较多的谐波，由于隔离级的存在阻碍了谐波扩散，因此输出电压基本不受影响。

　　（a）输入电PR）输+电压输入电压含5，7次谐波时的仿真波形4.5负载投切为突加负载时的仿真波形，0.45s时突加66.7%的负载。由仿真可见，在突加负载后输入电流变大，但仍维持正弦波且与输入电压之间功率因数为1.输出电压在突加负载时发生一定的波动，但马上又恢复正常。说明负载投切对输出电压的影响能被有效抑制。中点电压偏差始终保持平衡，在负载突加后略微变大，但始终保持在2V以内，说明中点电压控制达到了很好的效果。

　　5结论所提出的三电平PET在稳态运行时能够保持初级可控且良好的电压电流波形，在输入电压波动、频率闪变、含有谐波及负载投切等动态过程中上接第103页）可见，Cuk电路拓扑实现了对蓄电池的脉冲式充电，与Boost变换器、Buck变换器相比，极大地提高了光伏电池效率。脉冲式充电法是一种充电方法，它米用充电与放电结合的方式，在充电一段时间后加一个放电瞬间，这样能减少析气的产生，从而解决快速充电过程中的极化问题。

　　不同变换器下的蓄电池充电电量波形此过程还可以减小电池内阻、压力、温度，以及能量损耗，使电能更有效地转化为化学能储存起来。脉冲充电法符合蓄电池的电能接受特性，在都能保持输出电压的恒定，有效地抑制了可能出现的扰动，实干式变压器广泛用于局部照明、高层建筑 、机场，码头CNC机械设备等场所，简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器。冷却方式分为自然空气冷却（AN）和强迫空气冷却（AF）。自然空冷时，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时，变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行，或应急事故过负荷运行；由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负荷运行。现了良好的电能质量调节。在结构特点上三电平PET可在有效提高输入电压等级的同时降低开关损耗，使得PET的实用化变为可能。另外，PET电路中的直流环节也为光伏发电等新能源系统以及储能系统的直接接入提供了接口。目前，所提出的三电平PET的实验样机尚处在研制中，待样机完成后可以直接应用在6kV的系统中。