電力電子變壓器自治運行控制策略

柳毅，劉晶

（湖北省電力有限公司檢修公司，武漢 430000）

1 引言

電力電子變壓器是一種綜合型的裝置，該裝置在運行過程中，將電力電子器件與變壓器進行了有效組裝，改變了傳統變壓器的運行方式，能夠更好地對電網能量進行管理，保證電網系統的穩定運行。

2 PET結構

PET結構主要是基于MMC的PET拓撲，其結構主要分為三個部分：高壓輸入級、中間隔離級及低壓輸出級。其中，中間隔離級的作用主要是將較高的直流電壓通過高壓變壓器的處理，變為較低的直流電壓，再將其輸出。通常情況下，輸入系統中的電壓都比較高，會使用直流變換器將相關部分進行串聯或并聯。需要注意的是低壓輸出級在運行過程中，一般會使用三相四橋臂逆變器，將中間隔離級產生的低壓直流電壓，轉變為符合用戶使用標準的交流電壓。三相四橋臂逆變器與傳統的三相逆變器相比，其輸出的電壓更穩定，保證了電能輸出的質量。

3 交直流配電網特征分析

3.1 含PET的交直流配電網結構

在含有PET的電力系統運行過程中，電網體系中包含多個儲能單元，主要有風電機、光伏、蓄電池、燃料電池以及超級電容等。含PET的交直流配電網結構主要是通過中壓和低壓直接端口與直流配電網進行連接。同時，在并網模式的運行下，在中壓交流端口接入10kV主網，以支撐交流配電網母線的電壓和頻率。為進一步提高配電網的準確性和快速性，控制中心使用的是含PET的交直流配電網結構。這種結構的優勢是在缺少主網功率表支撐的情況下，能夠協調功率。

3.2 孤島模式下配電網特征分析

孤島模式下，交直流配電網中的DG和PET的功率輸出都適用于f-P和V-Q下垂特性。在這種下垂特性下，會導致中壓和低壓配電網特性發生變化。但可以通過逆變器輸出串聯電感，以調整電流環IP參數，從而引入適宜的控制方法，進而促使中壓和低壓配電網中的逆變器適用于這種下垂特性。直流配電網DG在考慮功率的過程中，僅僅需要考慮有功功率和直流電壓的關系，不需要考慮無功功率以及頻率。在適用的運行過程中，為簡化分析的程序，穩態時，忽略線路阻抗等諸多因素的影響，并認為DG單元輸出的電壓是相同的。依據國家規定的相應標準，本研究允許的電壓偏差以及正常頻率偏差允許值分別為額定電壓和頻率依次分別為±5%，±3%。

4 孤島自治運行控制策略

4.1 全局化的多端口傳輸模型

在采用孤島自治運行控制策略的過程中，為了保證PET所有端口能量流動的統一性，相關人員應利用計算機軟件，建立全局化多端口的傳輸模型，如圖1所示。在圖1中，主要有四個端口，分別為 P1、P2、P3、P4。其中，端口 P1為高壓交流配電網與PET系統的連接口；端口P2為高壓直流配電網與PET系統的連接口；端口P3為低壓交流配電網與PET系統的連接口；端口P4為低壓直流配電網與PET系統否認連接口。通過P1、P2、P3、P4這四個端口，實現了 PET 的有效運用，并在此基礎上建立了PET全局化多端口傳輸模型。

圖1 全局化多端口傳輸模型

在該系統的運行過程中，由于各端口連接的電壓等級、信號特征各不相同，致使各端口的運行狀態很難統一。當電網系統處于孤島模式下時，相關人員應對各端口的能量流動情況進行標準化、統一化處理，協調不同能量的流動情況，保持各端口都處于穩定的運行狀態。實際上，在采用孤島自治運行控制策略的過程中，能量的流動是雙向的，技術人員應充分了解能量的運行狀態，調整逆變器的相關參數。

4.2 自治運行控制策略

目前，在我國電力系統的運行過程中，下垂控制方法的使用已經非常普遍，技術人員可以參照公共連接點的信息情況及運行功率等方面的因素，實現對工作點的有效控制，將多臺逆變器通過連接組合到一起，使其能夠協調運作，提高系統的運行能力[1]。與傳統的下垂控制逆變器不同，文中提到的PET下垂控制逆變器有多個輸出端口，而傳統下垂控制逆變器只有一個端口。換言之，通過對PET下垂控制逆變器進行控制，能夠通過其具備的多個端口，完成對多個配電網絡的控制。

5 仿真驗證

為了進一步驗證PET自治運行控制策略的實施效果，應建立PET相應的仿真系統，并結合實際系統運行中的數據情況，計算出各配電網的功率變化表，如表1所示。在時段1時，中壓交流、中壓直流、低壓交流及低壓直流的負荷量都為0.1MW，輸出功率分別是中壓交流及中壓直流均為0.125MW、低壓交流及低壓直流的輸出功率均為0.075MW；時段2時，中壓交流的負荷量增加到0.4MW，其他配電網的負荷量沒有變化，而中壓交流及中壓直流的輸出功率變為0.219MW，低壓交流與低壓直流的輸出功率均變為0.131MW；時段3時，中壓交流的負荷量變為0.4MW，中壓直流的負荷量變為0.3MW，低壓交流與低壓直流的負荷量仍保持在0.1MW，中壓交流與中壓直流的輸出功率變為0.028MW，低壓交流與低壓直流的輸出功率變為0.169。通過仿真結果表明，自治運行控制策略的實施，能夠有效調節電網中的傳輸功率，并完成對電網能量的協調管理。

表1 各配電網功率變化表

6 結論

通過本文的論述，分析了PET的結構組成，并從含PET的交直流配電網結構及孤島模式下配電網特征兩個方面，分析了交直流配電網的具體特征；之后，從全局化的多端口傳輸模型及自治運行控制策略兩個方面探究了孤島自治運行的控制策略；最后，本文對電力電子變壓器自治運行控制策略的有效性進行了仿真試驗驗證，表明這一方法能夠實現電網系統的有效運行。