[发明专利]一种可变比电压调节和电流补偿的自耦变压器及方法

说明书

本发明提供的一种可变比电压调节和电流补偿的自耦变压器及方法，因为采用了双向软开关(由IGBT与二极管反并联而成)代替了机械开关，通过改变PWM控制器设置的占空比D和变压器的变比N₁/N₂，实现对电网电压的可变比控制。进而在电网侧各种原因产生电网电压波动的情况下，维持电压不发生畸变。基于有源电力滤波器的可变比电压调节电流补偿混合式自耦变压器是一种新型变压器，将传统变压器与电力电子技术相结合，具有很好的可控性，可用于解决目前普遍存在的电能质量问题。该变压器能够同时实现电压侧的无级调压电压补偿和电流补偿功能。

【技术领域】

本发明属于变压器技术领域，具体涉及一种可变比电压调节和电流补偿的自耦变压器及方法。

【背景技术】

随着智能电网的发展和电力电子技术的发展，一方面，网络中引入了越来越多的智能设备，但随之而来的，它也会引起很多问题，例如电压骤降或骤升以及功率因数降低。在配电网中，配电变压器起着至关重要的作用，传统的配电变压器在电网电流和自定义电压方面没有可控性，无法满足智能电网的需求。

除此之外，现有的配电变压器，往往在一次侧直接采用PWM逆变，对电压幅值大小进行调制，来实现对电网电压的控制。但是，现有的配电变压器对各开关的开关频率和耐压程度均有较高要求，导致了各开关器件的高损坏率，降低了系统的稳定性和电能质量。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种可变比电压调节和电流补偿的自耦变压器及方法，用于解决现有技术中传统的配电变压器在电网电流和自定义电压方面没有可控性，难以满足智能电网需求，且开关器件损坏率高的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种可变比电压调节和电流补偿的自耦变压器，包括主边绕组和副边绕组，所述主边绕组和电网侧连接，副边绕组和负载侧连接；

主边绕组中的每一相串联有一个无极调压控制模块，所述无极调压控制模块的末端连接至中性点；每一个无极调压控制模块包括并联的第一开关和第二开关，所述第一开关和第二开关均为双向可控电子软开关，第一开关和第二开关各自连接有一个PWM脉冲宽度调制块；

所述自耦变压器的期望变比为N，第一开关连接绕组的变比为N₁，第二开关连接绕组的变比为N₂，N₁NN₂；第一开关的占空比为D，第二开关的占空比为1-D；

主边绕组中的每一相中部分绕组并联有一个有源电力滤波器。

本发明的进一步改进在于：

优选的，每一个双向可控电子软开关包括两个反向串联的绝缘栅双极型晶体管，每一个绝缘栅双极型晶体管反向并联一个二极管。

优选的，所述PWM脉冲宽度调制块控制绝缘栅双极型晶体管中的门级开关。

优选的，N₁和N₂之间的差值为DN₁+(1-D)N₂。

优选的，有源电力滤波器包括三个滤波电路，每一个滤波电路包括一个电感和电容，三个电感同时和PWM变流器连接，PWM变流器连接至电容；三个滤波电路连接至PWM变流器。

优选的，所述三相全桥逆变电路并联有一个母线电容。

一种上述自耦变压器的可变比电压调节和电流补偿方法，当自耦变压器需要进行升压时，同时打开三相的第一开关，闭合三相的第二开关，PWM脉冲宽度调制块调节占空比D获得目标电网电压；当自耦变压器需要进行降压时，同时打开三相的第二开关，闭合三相的第一开关，PWM脉冲宽度调制块调节占空比1-D获得目标电网电压；