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摘要：近年来，随着我国科技的快速发展，电力电子变压器优化运行控制也越来越受到关注。针对应用于交直流配电网的电力电子变压器，分析了输入级MMC子模块电容电压波动的机理，结合电力电子变压器的特殊结构，提出了一种优化运行控制策略，通过在DC/DC变换器的控制环节上增加电流修正量，以减小输入级MMC子模块电容电压波动。利用Matlab建立了电力电子变压器的仿真模型，通过仿真验证了控制策略的有效性。
关键词：电力电子变压器;优化运行;控制策略
引言
电力电子变压器是一种综合型的装置，该装置在运行过程中，将电力电子器件与变压器进行了有效组装，改变了传统变压器的运行方式，能够更好地对电网能量进行管理，保证电网系统的稳定运行。
1PET结构
PET结构主要是基于MMC的PET拓扑，其结构主要分为三个部分：高压输入级、中间隔离级及低压输出级。其中，中间隔离级的作用主要是将较高的直流电压通过高压变压器的处理，变为较低的直流电压，再将其输出。通常情况下，输入系统中的电压都比较高，会使用直流变换器将相关部分进行串联或并联。需要注意的是低压输出级在运行过程中，一般会使用三相四桥臂逆变器，将中间隔离级产生的低压直流电压，转变为符合用户使用标准的交流电压。三相四桥臂逆变器与传统的三相逆变器相比，其输出的电压更稳定，保证了电能输出的质量。
2交直流配电网特征分析
3.1含PET的交直流配电网结构
在含有PET的电力系统运行过程中，电网体系中包含多个储能单元，主要有风电机、光伏、蓄电池、燃料电池以及超级电容等。含PET的交直流配电网结构主要是通过中压和低压直接端口与直流配电网进行连接。同时，在并网模式的运行下，在中压交流端口接入10kV主网，以支撑交流配电网母线的电压和频率。为进一步提高配电网的准确性和快速性，控制中心使用的是含PET的交直流配电网结构。这种结构的优势是在缺少主网功率表支撑的情况下，能够协调功率。
2.2孤岛模式下配电网特征分析
孤岛模式下，交直流配电网中的DG和PET的功率输出都适用于f-P和V-Q下垂特性。在这种下垂特性下，会导致中压和低压配电网特性发生变化。但可以通过逆变器输出串联电感，以调整电流环IP参数，从而引入适宜的控制方法，进而促使中压和低压配电网中的逆变器适用于这种下垂特性。直流配电网DG在考虑功率的过程中，仅仅需要考虑有功功率和直流电压的关系，不需要考虑无功功率以及频率。在适用的运行过程中，为简化分析的程序，稳态时，忽略线路阻抗等诸多因素的影响，并认为DG单元输出的电压是相同的。依据国家规定的相应标准，本研究允许的电压偏差以及正常频率偏差允许值分别为额定电压和频率依次分别为±5%，±3%。
3优化运行控制策略
3.1全局化的多端口传输模型
为了让电力电子变压器各个端口的能量流动保持一致，建设电力电子变压器全局化多端口传输模型，如图1所示。因为电压等级与特征信号中间具有差异，各个端口的运行状态难以达到统一。因为配电网于孤岛模式下的运行特性，所以对于各个端口特征信号应予以标幺化，用来表达交流、直流配电网的负荷率，从而协调端口能量流动，对各个端口的运行状态进行统一。经过标幺后，各个端口的下垂特性曲线如图2所示。结合图1与图2，经过计算发现，通过对KN（N=1,2,3,4,）值的改变，上下平移端口的特性曲线，将各个端口的负荷率进行更改，从而达到端口间能量的随意分配。利用这种方法，可以让能量形成双向流动，电力电子变压器可以四象限运行，从而形成光伏接入直流侧，不需要逆变器。
3.2应用下垂控制方法进行控制
下垂控制方法现在已经被广泛应用在小容量分布式电源的控制中。运用下垂控制的小容量分布式电源，能够按照公共连接点的信息以及输出的功率，对工作点进行自动准确调整，实现多台逆变器间运行的协调。本文利用下垂控制的电力电子变压器和传统应用的下垂控制的逆变器有差异：传统逆变器通常只有一个输出口，利用下垂控制让多个逆变器能够协调应用；而电力电子变压器则属于多端口装置，各个端口与不同的配电网络连接，运行时需要对各个端口的功率输出进行协调，从而保障整个装置的传输功率达到平衡。目前电力电子变压器能量输送和平衡的探讨基本皆为利用上级电网或者控制器的调度规定，电力电子变压器被动地完成能量传输，本文则应用下垂控制完成电力电子变压器每个端口相应的功率平衡，和各个端口连接的不同配电网络电能质量的最佳控制，对柔性变电站的无人值守以及智能优化运行有利。
4仿真验证
为了进一步验证PET优化运行控制策略的实施效果，应建立PET相应的仿真系统，并结合实际系统运行中的数据情况，计算出各配电网的功率变化表，如表1所示。在时段1时，中压交流、中压直流、低压交流及低压直流的负荷量都为0.1MW，输出功率分别是中压交流及中压直流均为0.125MW、低压交流及低压直流的输出功率均为0.075MW；时段2时，中压交流的负荷量增加到0.4MW，其他配电网的负荷量没有变化，而中压交流及中压直流的输出功率变为0.219MW，低压交流与低压直流的输出功率均变为0.131MW；时段3时，中压交流的负荷量变为0.4MW，中压直流的负荷量变为0.3MW，低压交流与低压直流的负荷量仍保持在0.1MW，中压交流与中压直流的输出功率变为0.028MW，低压交流与低压直流的输出功率变为0.169。通过仿真结果表明，自治运行控制策略的实施，能够有效调节电网中的传输功率，并完成对电网能量的协调管理。
结语
综上所述，随着我国社会经济有着突飞猛进的发展，分布式发电、电力电子以及储能等技术也得到了一定提升，而在配电网里的用户侧分布式可再生发电含量所占比例也开始不断攀升，直流负荷以及分布式储能等供电需求逐渐浮现，配电网里在电网与使用者、高压与中压配电网、中压与低压配电网间互相交流的需要日益提升。本文通过对电力电子变压器优化运行控制策略应用于孤岛模式下，表达了一种在孤岛模式里应用的电力电子变压器优化运行控制策略，通过一系列的研究表明，此策略是有一定效果，并且可以进行实际运用。实际上，随着我国科技研究的进步，我国能源发展以及技术也得到了相应的改善，其中电力发展是与经济发展有相互促进作用的。就目前境况来看，对于电力电子变压器优化运行控制策略的应用研究是促进电力系统发展的重要措施，也是促进我国经济发展的努力方向之一，所以对其进行研究不仅可以保障其有效性，为我国电力发展提供助力，也可以帮助我国经济有所发展。
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论文作者:冯博
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/17
标签：电力论文; 电压论文; 电子变压器论文; 低压论文; 端口论文; 中压论文; 逆变器论文; 《电力设备》2018年第34期论文;