[发明专利]一种自耦电力电子变压器电路拓扑及其控制方法

说明书

本发明涉及一种自耦电力电子变压器电路拓扑及其控制方法，所述自耦电力电子变压器电路拓扑包括6条桥臂电力变换模块组（100）和6条同步串联补偿电力变换模块组（200），所述6条桥臂电力变换模块组（100）首尾端依次连接，形成六边形电路接线，桥臂电力变换模块组（100）首尾相接处为连接端；所述6条同步串联补偿电力变换模块组（200）的一端分别连接所述6个连接端，所述6条同步串联补偿电力变换模块组（200）的另一端按照顺序交错接入原方三相（300）和副方三相（400）。该电路拓扑及其控制方法可控性强，适应性强，效率高。

技术领域

本发明涉及电力电子控制领域，具体涉及一种含同步串联补偿环节的自耦电力电子变压器电路拓扑及其控制方法。

背景技术

传统电力变压器承担电压变换和功率输送等作用，广泛应用在电力系统中。传统电力变压器具有效率高、经济性好、可靠性高、结构简单等特点，但是存在明显缺点，如空载损耗大、输送功率不可控、电能质量不可控、交流电频率不可调和调压困难等。例如，中国台湾地区电网额定频率为60Hz，而中国大陆则为50Hz，传统电力变压器无法实现闽台电力系统互联互通，须采取变频措施；由于南方电网和国家电网辖区内电力系统是同频交流异步的超大规模电力系统，所以闽粤电力系统交流同步联网困难。

目前柔性直流输电、直流背靠背输电、电力电子变压器等可实现变频的技术可以解决上述问题，并已经在电网中应用，但以上技术方案存在电力变换环节复杂、控制系统繁杂问题，多级电力变换还造成系统损耗较大问题；基于六边形变换拓扑的自耦电力电子变压器在满足交流电力直接变换功能的同时，还可以最大程度上简化系统，降低系统成本和运行损耗。然而，基于六边形变换拓扑的自耦电力电子变压器正常运行时必须满足严格的无功约束条件，否则将增加内部环流和系统损耗，不能满足对无功功率灵活控制要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自耦电力电子变压器电路拓扑及其控制方法，可控性强，适应性强，效率高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种自耦电力电子变压器电路拓扑，包括6条桥臂电力变换模块组(100)和6条同步串联补偿电力变换模块组(200)，所述6条桥臂电力变换模块组(100)首尾端依次连接，形成六边形电路接线，桥臂电力变换模块组(100)首尾相接处为连接端；所述6条同步串联补偿电力变换模块组(200)的一端分别连接所述6个连接端，所述6条同步串联补偿电力变换模块组(200)的另一端按照顺序交错接入原方三相(300)和副方三相(400)。

进一步地，所述桥臂电力变换模块组(100)由桥臂电抗器(110)和N个H桥变换器模块(120)串联组成，所述同步串联补偿电力变换模块组(200)由串联电抗器(210)和M个H桥变换器模块(220)串联组成，N和M均为大于等于1的整数。

进一步地，按如下步骤建立自耦电力电子变压器的三相静止坐标系模型及控制系统模型：

步骤S11：建立自耦电力电子变压器的三相静止坐标系模型；

步骤S12：原副方三相频率解耦变换；

步骤S13：将三相静止坐标系变换成同步旋转坐标系dq0的频率解耦的电压和电流关系；

步骤S14：建立自耦电力电子变压器的频率解耦的前馈解耦控制系统模型。

进一步地，所述步骤S11具体为：根据基尔霍夫电压和电流定律，各电压和电流满足如下关系：

i_LA+i_LB+i_LC＝i_Lu+i_Lv+i_Lw＝0 (5)