電力電子變壓器的控制策略

摘 要 電力電子變壓器是一種新型的只能變壓器，不僅具有變壓功能，還能并聯運行，不管是電壓，還是電流波形，都能靈活的控制，提高了電力系統的穩定性。本文主要對PET的控制策略進行了闡述。

【關鍵詞】電力電子 變壓器 控制策略

電力電子變壓器可以簡寫為PET，在國外，這方面的研究已經取得了新的突破，特別是在工業配電系統方面，PET收獲了不錯的成績。近些年，我國才開始研究PET，主要研究了PET新型拓撲以及控制策略，取得一定的進展，發揮了重要的作用。

1 PET提高電能質量的控制策略

1.1 AC/AC型PET控制策略

1.1.1 電壓有效值控制

這個控制策略不僅結構簡單，而且易于控制，不過，也存在不足之處，當輸入的電壓處于頻繁變化的狀態時，因為有效值計算電路會用去很多的計算時間，不能馬上抑制輸出電壓，從而造成嚴重的影響。

1.1.2 電壓瞬時值的控制

其控制策略的框圖見圖1，這個控制策略具有明顯的優勢，通過電壓瞬時值，PET的動態響應性能會得到很好的控制，可以快速的抑制不同動態電能，減小其對輸出電壓的副作用。

1.1.3 四級開關的控制策略

在開關動作時，如果電流突變，就會造成電壓過大，為了保護電力電子的器件，通過四級開關，短路現象得到了有效的預防，即使是無吸收電路，開關器件也可以安全的換向，進而減少了開關的損耗。

1.2 AC/DC/AC型PET控制策略

（1）輸入級的控制策略。在電力系統中，通過PET的輸入級控制，交流電壓會變成直流電壓，有利于調侃下一級的電路。對于傳統的整流電路，主要通過二極管、晶閘管來整流，這樣的方式對電網造成了很大的污染，如果選擇PWM技術，除了可以讓整流器網側電流的正弦化成為現實，還能隨意的改變功率因數，使能量可以雙向的流動。

（2）隔離級的控制策略。對于PET隔離級來說，通過一次側逆變器，是把輸入級的直流改變成為高頻的交流電，再通過變壓器藕合到二次側，經過整流器成為直流的電壓。

（3）輸出級的控制策略。對于PET輸出級，指的是把隔離級所輸出的直流電變成工頻的交流電。

2 無功優化控制策略

對于無功優化控制，主要方式為改變變壓器，一是有開關的分接頭，二是投切電容器，不過，這種控制經常造成電壓崩潰，從而引發大面積的停電現象。為了PET運行的穩定性，應以PET簡化模型為基礎，對于PET一次側，應選擇直流電壓的控制策略，并且，控制PET以及系統的無功功率，基于所帶負載，可將PET二次側控制策略歸為兩種：

（1）二次側帶有源負載，通過定功率進行控制。

（2）二次側系統帶無源負載，通過定交流電壓進行控制。

3 PET與發電機勵磁的協調控制策略

PET是新興的輸變電設備，除了具有傳統變壓器的功能，還可以靈活的控制一次側、二次側的運行，在很大程度上，增強了輸電系統的穩定性，并對遠距離的輸電提供的方案。優點：PET和發電機勵磁的控制更為協調，不管是交流側電壓幅值，還是相位都可以進行控制，并對電壓、電流以及功率進行了實時控制，同時，在暫態時，發電機勵磁控制增大了系統的阻尼，電源特性得到了良好的改善。

4 變壓器并聯運行的控制策略

4.1 主從控制策略

對PET進行主從控制時，主機可是1臺，也可能是多臺，通過恒壓、恒頻，可以穩定公共母線的頻率、頻率，使波形是正弦波，在主機之外，均屬于從機，通過對從機電流的有效控制，能夠使電流均衡。對于公共母線的電壓，主要靠主機來建立、維持，并且，為從機發送相應的控制指令。其優勢有：不用測量負載電流，很容易實現系統的擴展。對于負載電流的均衡性，PET和公共母線的線阻抗影響較小。缺點為：如果主機發生故障，系統不能正常的運行。

為了解決以上的問題，應該選擇1根信號聯絡線，以此來反映主機的工作情況，如果主機發生故障，系統就會自動地選擇一臺正常工作從機的PET，將其當作主機，確保系統能夠正常的工作。

4.2 集中式功率偏差控制策略

對于集中控制中心而言，主要取決于功率偏差的控制系統，對一個同步信號進行控制時，如果每臺并聯的PET所輸出的電壓頻率、相位相近，可以判定每臺PET電流偏差是因為電壓幅值的差異造成的。如果均流精度被再次增加，可通過有功或無功偏差量進行補償。有功電流取決于相角差，而無功電流則取決于電壓幅值差，相位可以通過有功偏差來補償，而電壓幅值可通過無功偏差進行補償。其優勢為：系統的均流效果比較好。缺點為：要對系統中的PET數量、總負載電流進行檢測，系統很難得到擴展。如果遇到單點故障，整個系統會處于癱瘓狀態。

4.3 并聯控制的策略

并聯控制的策略主要是針對各個中心環節的控制權，做到分散與獨立，讓各個模塊的單元可以獨立工作，把控制權交于各個PET，讓各個PET測定自己的功率、電壓，然后，傳遞于其它的模塊，同時，還能夠收到其它模塊發出的電壓信號等，通過有關基準的信號，做出綜合的判斷。

對于分散邏輯的控制，實現了"N+1”的運行模式，即使有1個模塊出現故障，其它的模塊依然可以正常工作。缺點為：在各模塊之間的聯絡線比較多，讓系統變得更加的復雜性，很大程度上降低了系統的可靠性。

4.4 無聯絡線控制的策略

基于調差原理，就無聯絡線的控制來說，主要是將PET控制電路進行獨立控制，通過公共母線的輸出電壓以及負載信息，再根據調差公式，調節電壓的幅值、頻率等。優勢：PET的并聯安裝比較自由，不受地理位置的約束。缺點：比起主從控制等，未能具有專門的電流分配環，不能同時獲知精確的輸出電壓，想要實現良好的均流效果，就要讓PET出口的電壓幅值等做出犧牲。

4.5 交直流混合并聯的控制策略

對于并聯運行的控制，前四種的控制策略都針對的是交流均流的問題，假設倆臺PET直流母線處于并聯狀態，除了處理交流均流的問題，也要處理直流均流的問題。

5 結語

由于外部條件復雜、多變，很多場所的電壓大，且功率高，因此，提出了新型的PET，然而，隨之也出現了很多故障，為了對電力系統的動態進行控制，應該優化PET拓撲結構，以及控制策略，只有這樣，才能滿足電力系統的實際需求。

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作者簡介

李松（1987-），男，湖北省襄陽市人。學士學位。助理工程師。

作者單位

武漢大學電氣工程與自動化 湖北省武漢市 430000endprint