一种适应不平衡和非线性负载的电力电子变压器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电力设备技术领域，尤其涉及电力电子变压器。
【背景技术】
[0002] 电力电子变压器（PowerElectronicTransformer,PET)又被称为固态变压器，是 实现电压变换、电气隔离、无功补偿和可再生能源并网接入等多种功能的智能化电力电子 设备，同时兼有交直流混合接口和继电保护的功能，应用前景十分广阔。低压配电网系统一 般为三相四线制结构，其负载多为不平衡非线性混合负载，这些负载除了会产生基波正序 电流外，还会向系统中注入负序、零序和谐波电流。而电力电子变压器可以通过合适控制对 配网电压形成支撑作用，抑制负序、零序和谐波电流对配电网的影响，同时还可以省去传统 配网中的谐波无功补偿装置。针对不平衡非线性负载的控制，现有的主流方法是在dq正序 旋转坐标系下转化为直流量进行控制。经过正序坐标变换后，正序谐波分量体现为降次的 交流量，负序基波分量体现为升次的交流量。而传统的比例积分控制器对交流量增益有限， 并不能很好的实现无稳态误差控制，甚至会降低配电网电力电子变压器的输出电压性能。 因此，采用合适的控制策略对于配电网电力电子变压器来说是非常重要的，同时对于所采 用控制器的参数进行合理的设计也成为急需解决的问题。
[0003] 现有的技术方案一：针对不平衡非线性混合负载产生的负序和谐波分量，通过在 基波电压电流环的基础上，叠加不平衡负载的负序控制环和非线性负载的谐波补偿控制 环。负载输出三相电压在不同角频率的dq旋转坐标系下经过低通滤波器后，可以将基波正 序、负序和谐波分量全部转换成直流量，可以实现PI控制器的无静差控制。另外该控制器 参数采用先计算内环PI参数后外环PI参数的方法。但该方案具有以下缺点：（1)使用较 多的旋转坐标变换和低通滤波器会增加控制的复杂程度和产生延时，影响控制精度。（2)控 制器内环和外环相互关联，单独设计内环或者外环参数不能保证系统的性能。现有的技术 方案二：针对不平衡负载产生的正序、负序和零序分量，将其转化到a(60坐标系下仍为交 流量。可以利用比例谐振控制器对交流分量增益大的特点，分别在a轴、0轴和〇轴上采 用比例谐振控制器，实现交流量的无差控制，但该技术方案具有以下缺点：（1)谐波分量在 a00坐标系下仍为同频次交流量，未考虑非线性负载的影响。（2)a(60轴只采用比例谐 振电压环控制器，缺少电流闭环影响系统的动态响应。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的在于克服了上述现有存在问题，提供一种电力电子变压器输出 级高电能质量控制策略及其参数设计方法，实现了对配电网不平衡和非线性负载的良好控 制性能。
[0005] 本实用新型提供的技术方案如下：
[0006] -种适应不平衡和非线性负载的电力电子变压器，所述的电力电子变压器拓扑结 构包括输入级、中间隔离级和输出级，输出级为三相四桥臂结构的逆变器，所述逆变器包括 四桥臂逆变电路和LC滤波电路，所述的四桥臂逆变电路由直流电解电容和八个带反并联 二极管的IGBT构成，所述的LC滤波电路由三相LC滤波器和第四桥臂中线电感构成，负载 中性点通过中线电感与第四桥臂中点相连；其特征在于：前三相桥臂的控制电路设有电压 外环PIR控制器和电流内环的PI控制器，第四桥臂的控制电路设有中线电流的PR控制器。
[0007] 所述输出级的控制电路包括：
[0008] 第一采样电路，用于获取低压直流侧母线电压ud。;并将低压直流侧母线电压udc发 送给DSP核心处理器；
[0009]第二采样电路，用于获取逆变器三相输出电压m，并将三相输出电压Ucia、 Ucib,u。。发送给DSP核心处理器；
[0010] 第三采样电路，用于获取逆变器三相电感电流iu、i&L、三相负载电流iM、U、i。。 和中线电流in，并将三相电感电流三相负载电流丨。3、4、丨。。和中线电流1发送给 DSP核心处理器；
[0011]DSP核心处理器，用于对所采集的输入信号进行控制算法计算，通过事件管理器中 比较单元输出PWM驱动脉冲给IGBT驱动单元，同时对电气采样值进行程序保护；
[0012]IGBT驱动电路，用于接收DSP核心处理器发出的PffM脉冲并进行信号放大来驱动 IGBT；
[0013] 硬件保护电路，用于对相关电压电流值进行硬件电路保护，同时结合软件保护和 IGBT保护进行故障信号汇总，通过触发光耦从而控制主电路二次保护。
[0014] 所述输入级每相采用级联H桥拓扑，每相级联H桥由n个单相PffM整流模块组成， 中性点采用星形连接方式。
[0015] 所述中间隔离级为双主动桥结构。
[0016] 相对于现有技术，本实用新型技术方案带来的有益效果：
[0017] (1)控制外环采用比例积分谐振电压控制器，能有效解决dq旋转坐标系下PI控制 器针对交流量增益有限的问题，减小稳态误差；控制内环采用比例积分控制器，有效地提高 了系统的动态性能；
[0018] (2)第四桥臂独立采用改进比例谐振控制器，能对基频不平衡电流进行有效控 制；
【附图说明】
[0019] 图1是本实用新型的优选实施例的逆变器的结构图；
[0020] 图2是本实用新型的优选实施例的逆变器的控制流程图；
[0021] 图3是本实用新型的优选实施例的逆变器的控制策略；
[0022] 图4是本实用新型的优选实施例的逆变器控制系统的d轴控制框图；
[0023]图5是本发明的优选实施例的对数频率特性曲线；
[0024] 图6是本发明的优选实施例的时域阶跃响应曲线；
[0025]图7是本发明的优选实施例的KRh增大时的极点分布趋势；
[0026] 图8是本发明的优选实施例的系统Bode图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合实施例对本实用新型做进一步说明：
[0028] 本实用新型所采取的技术方案如下：本实用新型采用的配电网三相电力电子变压 器主电路结构包括输入级、中间隔离级和输出级三个部分，所述输入级为每相采用级联H 桥多电平结构，连接方式为星形连接；所述中间隔离级采用双主动桥结构，实现能量的双向 流动；所述输出级采用三相四桥臂逆变器拓扑结构，可以灵活控制不平衡电流。前三相桥臂 采用基于输出电压外环和电感电流内环的双闭环控制方法，第四桥臂采用基于中线电感电 流的独立控制方法。
[0029] 本实用新型以不平衡负载和常用的开关电源、变频器等三相整流型非线性负载为 例，主要考虑其中主要的5次负序、7次正序谐波分量，对于含有其它次谐波的非线性负载 也可以作类似处理。将输出电压中的基波正序、负序和5、7次谐波分量通过基波正序dq变 换得到的分别是直流分量、2倍基频和6倍基频分量。本实用新型前三相桥臂采用基于比例 积分谐振的输出电压外环和基于比例积分的电感电流内环控制，第四桥臂采用基于比例谐 振的中线电流独立控制方法。同时利用频域理论中频率特性曲线和根轨迹等相关方法对控 制器参数进行分频段整定，满足稳定性的同时兼顾系统的稳态误差和鲁棒性要求。
[0030] 输出级的控制电路包括第一采样电路，用于获取低压直流侧母线电压ud。；第二 采样电路，用于获取逆变器三相输出电压IWIU、I，即电容电压；第三采样电路，用于获取 逆变器三相电感电流L、三相负载电流iM、i。。和中线电流in;DSP核心处理器，用 于对所采集的输入信号进行控制算法计算，输出相应的PWM驱动脉冲，并对电气采样值进 行程序保护；IGBT驱动电路，用于对控制电路的信号进行放大来驱动IGBT;硬件保护电路， 用于对相关电压电流值进行硬件电路保护，同时结合软件保护故障信号和IGBT故障信号 进行主电路保护。
[0031] 其具体实施过程为：
[0032] (1)在每个采样周期的起始点，DSP(数字信号处理器）控制器通过A/D采样电路 分别对逆变器三相负载输出电压UciaUcibUc^电感电流Hbik、负载电流1。丄丄。及中线电流 1进行采样，并将采样数据送给控制器进行处理。
[0033] (2)逆变器采取第四桥臂独立控制方式。前