電力電子干式變壓器并聯(lián)運行動(dòng)力學(xué)的Matlab仿真

作為一種新型的電力干式變壓器，電力電子變壓器越來(lái)越受到內外研究者的關(guān)注。它是一種含有電力電子變換器，通過(guò)高頻干式變壓器實(shí)現磁耦合的電力變換裝置。PET是一種新型多功能干式變壓器，它不僅完成常規變換、隔離和能量轉移，還起到電能質(zhì)量控制器的作用。在配電系統中使用，不僅可以降低電壓，還可以保證電能質(zhì)量。兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)運行是干式變壓器的一種重要運行方式，具有重要的研究?jì)r(jià)值。然而，目前內外對聚酯的研究主要集中在它的拓撲結構和控制策略上，而對它在電力系統中的應用及其運行特性的研究相對薄弱。采用主從控制方案，解決并聯(lián)PET輸出交流側并聯(lián)均流問(wèn)題。模擬了階躍載荷和非線(xiàn)性載荷作用下并聯(lián)聚酯載荷的動(dòng)態(tài)過(guò)程。本文研究了并行聚酯負荷分配的控制策略，并對典型運行進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真。

1 pet的基本結構和控制策略

PET的基本拓撲分為交流-交流-交流變換器和交流-DC-交流-DC變換器。前者結構簡(jiǎn)單，但可控性不高；后者結構復雜，控制策略完善，實(shí)用性強。典型的交流-DC-交流-DC-DC拓撲如圖1所示。

PET一次側電壓源PWM整流電路采用解耦電壓電流雙閉環(huán)控制，只要干式變壓器負載在一定范圍內為感性或容性，電網(wǎng)的功率因數即可接近1；初級單相逆變電路實(shí)現高頻逆變，采用開(kāi)環(huán)控制。為了減小干式變壓器的體積和重量，干式變壓器的導磁材料是鐵氧體和其他導磁磁芯。干式變壓器的二次整流電路用于實(shí)現高頻整流，配電干式變壓器不考慮能量的雙向流動(dòng)，因此采用無(wú)控整流電路。PET二次逆變電路為了輸出恒壓恒頻交流電壓，采用電壓閉環(huán)控制。

2聚酯并聯(lián)運行控制原理

兩臺或多臺聚酯裝置并聯(lián)運行是提高系統可靠性和擴大系統容量的有效途徑，但對聚酯裝置并聯(lián)運行的研究還不夠深入。PET二次逆變器的工作原理與美逆變器相同，在多個(gè)UPS并聯(lián)運行方面有豐富的成果[5-7]，在研究PET并聯(lián)運行時(shí)可以借鑒。目前提出的PET并行控制方式主要有集中控制方式、主從控制方式、分布式邏輯控制方式和非互聯(lián)控制方式[2]。本文研究了兩個(gè)不互連的聚酯裝置的并聯(lián)運行。圖2是兩個(gè)正電子發(fā)射斷層掃描并行系統的結構圖，它們的初級側連接到同一公共總線(xiàn)。

為了避免并聯(lián)干式變壓器中的環(huán)流，每個(gè)PET的二次側電壓的頻率、幅值和相位必須一致；為了實(shí)現并聯(lián)干式變壓器之間有功負荷和無(wú)功負荷的穩定分配，每個(gè)聚酯都應具有有功和無(wú)功功率差調節的特點(diǎn)。圖3為具有誤差調節特性的PET二次逆變器控制結構圖。

PET二次側電壓的頻率、幅值和相位取決于逆變器PWM脈沖的正弦調制信號，正弦調制信號的特性與頻率給定值f0、相位給定值0和幅值給定值有關(guān)。取F0=50 Hz，保證額定頻率。0對應于有功負荷P0的初始電壓相角(一般取0，引入有功補償系數KP > 0)，那么有功差動(dòng)調節特性=0-KpP(1) U0對應于無(wú)功負荷Q=0的電壓幅值，引入無(wú)功補償系數KQ > 0，由于引入了有功和無(wú)功功率補償，可以對每個(gè)并聯(lián)運行的PET形成無(wú)功差動(dòng)調節特性U=U0-KQQ(2)， 當負載變化時(shí)，并聯(lián)運行的各臺PET會(huì )自動(dòng)調整其輸出電壓的相角和幅值，自動(dòng)實(shí)現干式變壓器之間的穩定配電； 為了根據干式變壓器的容量合理分配負荷，各聚酯基于自身容量的Kp和KQ標準值應相等，一般取0.01 ~ 0.05。并聯(lián)PET和逆變電源的有功功率分配是通過(guò)頻差調節來(lái)實(shí)現的。顯然，在這種控制模式下，供電頻率無(wú)法維持在50Hz在不同載荷下；但為了保證頻率質(zhì)量，頻差系數的值必須很小，不利于并聯(lián)PET之間有功負荷的穩定分配。與此不同，本文采用了初相角差調節的特點(diǎn)，既能保持恒頻供電，又能根據需要選擇合理的差調節系數，從而實(shí)現有功負荷的穩定合理分配。每個(gè)參與并聯(lián)的PET的輸出電壓頻率必須等于50Hz，以保證正常運行。在圖3中，這是可以做到的，因為頻率采用閉環(huán)PI控制。并聯(lián)運行的PET的參數可能不完全一致，但較常見(jiàn)的是限流電抗器或連接線(xiàn)的電感參數不同。圖3中的電壓測量點(diǎn)刻意設置在公共母線(xiàn)上，即使PET參數不一致，也能保證并聯(lián)PET之間穩定合理的功率分配。如果電壓測量點(diǎn)位于每個(gè)聚酯輸出端，這是無(wú)法保證的。 #p#分頁(yè)標題#e#

3模擬分析

本文利用Matlab6.5/Simulink建立仿真模型，模擬兩臺參數相同的聚酯裝置的并聯(lián)運行。系統主要參數為：PET額定容量10kVA，額定電壓240/110v；PET2額定容量10kVA，額定電壓240/110V，系統頻率50Hz，高頻干式變壓器頻率1000Hz，IGBT開(kāi)關(guān)頻率9000Hz。KP和KQ硒含量為0.01，頻率f0為50Hz，相位0為0，振幅U0為1.0。

3.1

1.0s時(shí)，兩臺PET在低壓側由空載投入并聯(lián)運行，承擔功率因數為0.8的綜合性負載。有關(guān)變量波形如圖4-圖6所示。由圖可以看出，兩臺PET對應變量的波形一致。并聯(lián)運行后所承擔的負載電流相等，實(shí)現了均流控制以及有功、無(wú)功負荷的穩定分配，且頻率保持恒定值不變。

3.2  PET2加入并聯(lián)運行（情況2）

PET1 帶載運行，1.0s時(shí)PET2由空載狀態(tài)投入，兩臺PET并聯(lián)運行。有關(guān)波形如圖7和圖8所示。由圖可見(jiàn)，PET1由單機運行狀態(tài)切換至并聯(lián)運行狀態(tài)后，其承擔的負載電流、有功和無(wú)功負荷均有所下降，下降部分由PET2來(lái)承擔，較終兩臺并聯(lián)PET之間實(shí)現了均流控制以及有功、無(wú)功負荷的穩定分配且具有良好的動(dòng)態(tài)響應性能。

4  結  論

本文基于有功和無(wú)功調差特性方程建立了PET控制策略及模型，基于該模型對PET并聯(lián)運行動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿真研究。仿真結果表明，該控制策略可以在保持額定供電頻率的前提下，實(shí)現有功、 無(wú)功負荷的穩定分配，且動(dòng)態(tài)特性良好。