一种三相配网型电力电子变压器及配置优化方法与流程

本发明涉及电气设备，尤其涉及一种电力电子变压器优化方法及装置。

背景技术：

1、固态变压器(solid state transformer，sst)又称电力电子变压器(powerelectronic transformer，pet)，是一种将电力电子变换技术和基于电磁感应原理的高频电能变换技术相结合，实现将一种电力特征的电能转变为另一种电力特征的电能的静止电气设备。电力电子变压器具有电气隔离、功率主动控制、可提供多电压等级的交直流接口，可实现能量路由器、电网潮流调度以及不同电网制式接口装备，以应对电能的多向流动发展趋势。与常规变压器相比，sst有很多优点，其突出特点在于可以实现原方电流、副方电压以及功率的灵活控制。sst应用于电力系统后将会改善电能质量，提高系统稳定性，实现灵活的输电方式以及电力市场下对功率潮流的实时控制。现阶段sst除用于新能源智能微网领域，在传统电网中，主要用于解决配电网的电压扰动问题。通常，sst需经过多级变换，如图1所示，目前经典的变换拓扑为ac-dc变换器+高频隔离型dc-dc+dc-ac变换器，系统变换环节需要经过2级dc环节(支撑电容cdh和cdl)，内部需要布置大量的支撑电容，影响系统的体积和功率密度。支撑电容配置过大，从系统层面不经济、体积庞大且控制的响应速度越慢，滞后性越大；支撑电容配置过小，导致直流电压波动较大，严重时引发振荡，影响整体装置及系统稳定性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：支撑电容配置过大，从系统层面不经济、体积庞大且控制的响应速度越慢，滞后性越大；支撑电容配置过小，导致直流电压波动较大，严重时引发振荡，影响整体装置及系统稳定性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种三相配网型电力电子变压器配置优化方法，包括：

3、低压输出侧a相、b相和c相的工频电压经低压侧支撑电容和电感滤波，且通过预设控制算法进行电压移相；

4、将移相后的各相位电压进行相间混联后汇集至母线，以将三相配网系统的二倍频分量移相成3n倍频分量，n为大于1的自然数。

5、可选地，所述将移相后的各相位电压相间混联后汇集至母线，包括：

6、分别将低压输出侧a相、b相和c相的链路中的第一端口汇集得到r相、第二端口汇集得到s相和第三端口汇集得到t相；

7、将所述r相、s相和t相输出至母线。

8、为解决上述技术问题，本发明提供了一种三相配网型电力电子变压器，包括：高压侧级联的h桥模块、dc-dc双向变换器和低压侧h桥模块相间混联后由汇集端口输出至母线；

9、所述汇集端口包括：由低压输出侧a相、b相和c相的链路中的第一端口汇集得到r相、第二端口汇集得到s相和第三端口汇集得到t相。

10、可选地，所述三相配网型电力电子变压器包括igbt、igct、ipm或sic mosfet。

11、可选地，所述三相配网型电力电子变压器的拓扑包括：两电平、三电平、h桥级联、链式、mmc型式。

12、可选地，所述三相配网型电力电子变压器设置有滤波器。

13、与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

14、应用本发明的一种三相配网型电力电子变压器及配置优化方法，低压输出侧a相、b相和c相的工频电压经低压侧支撑电容和电感滤波，且通过预设控制算法进行电压移相；将移相后的各相位电压进行相间混联后汇集至母线，以将三相配网系统的二倍频分量移相成3n倍频分量，n为大于1的自然数。

15、采用a相、b相和c相低压直流端子混联的方式降低了高压侧支撑电容和低压侧支撑电容的容值，从而提升了整体装置的功率密度，减小整体装置的体积，降低应用场景对装置体积的约束压力。此外，较小的纹波电压可以方便接入其他新能源及储能变换装置，无需考虑并网下直流电压波动较大问题，电网系统运行中，尤其是向电网回馈能量路径下，可提升整体装置电能质量，大大提升新能源及储能接入的友好度。而且，采用a相、b相和c相低压直流端子混联的方式，无需新增硬件lc滤波器或其他有源二倍频控制装置，实现简单，操作容易。

技术特征：

1.一种三相配网型电力电子变压器配置优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的三相配网型电力电子变压器配置优化方法，其特征在于，所述将移相后的各相位电压进行相间混联后汇集至母线，包括：

3.一种三相配网型电力电子变压器，其特征在于，包括：高压侧级联的h桥模块、dc-dc双向变换器和低压侧h桥模块相间混联后由汇集端口输出至母线；

4.根据权利要求3所述的三相配网型电力电子变压器，其特征在于，所述三相配网型电力电子变压器包括igbt、igct、ipm或sic mosfet。

5.根据权利要求3所述的三相配网型电力电子变压器，其特征在于，所述三相配网型电力电子变压器的拓扑包括：两电平、三电平、h桥级联、链式、mmc型式。

6.根据权利要求3所述的三相配网型电力电子变压器，其特征在于，所述三相配网型电力电子变压器设置有滤波器。

技术总结
本发明公开了一种三相配网型电力电子变压器及配置优化方法，该方法包括：低压输出侧A相、B相和C相的工频电压经低压侧支撑电容和电感滤波，且通过预设控制算法进行电压移相；将移相后的各相位电压进行相间混联后汇集至母线，以将三相配网系统的二倍频分量移相成3N倍频分量，N为大于1的自然数。应用本发明的三相配网型电力电子变压器及配置优化方法，采用A相、B相和C相低压直流端子混联的方式降低了高压侧和低压侧支撑电容容值，从而提升了整体装置的功率密度，减小整体装置的体积，降低应用场景对装置体积的约束压力。而现有技术中，要获得相同的电压纹波范围需要大容量的支撑电容，增大系统体积，成本以及功率密度。

技术研发人员：苏亮亮,张志学,陈涛,罗文广,刘华东,窦泽春,尚敬,梅文庆,胡云卿,乐文韬,易康,张超,徐东昇
受保护的技术使用者：中车株洲电力机车研究所有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13