基于零序电压注入的电力电子变压器电压均衡控制

简介：
本研究提出了一种利用零序电压注入技术来优化电力电子变压器内部各模块间的电压分布，实现高效、稳定的能量传输与转换。 电力电子变压器（PET）在现代电网技术中的应用非常重要，与传统变压器相比，它具有体积小、重量轻、环保友好性高以及故障隔离能力强等特点。然而，在基于级联H桥的电力电子变压器中，直流侧电压平衡问题尤为突出，尤其是在输入电压和输出负载不对称的情况下。 本段落提出了一种新的控制策略来解决这一问题：零序电压注入法能够实现相间及相内直流电容电压的平衡控制。 首先来看一下级联型电力电子变压器的基本结构与工作原理。这种变压器通过串联多个H桥单元构成，每个H桥单元可以独立地完成从交流到直流再到交流的能量转换过程。由于其高效的变换效率和快速响应特性，该类型变压器广泛应用于高压直流输电及电力系统中。 在级联型电力电子变压器中，确保直流侧电压平衡是设备稳定运行的关键技术之一。不平衡的直流侧电压不仅会增加能量损耗、降低效率，还可能损坏设备本身。因此，如何有效控制这种不平衡成为研究中的重要课题。 本段落提出的零序电压注入方法是一种通过虚拟相位引入和dq坐标系下的计算来实现电压平衡的技术策略。具体来说： 1. 零序电压滞后90度被引入到一个虚拟的相位中。这是该技术的基础，使得零序电压可以以直流形式表示，并便于在dq坐标系中的处理。 2. 在dq坐标系统内建立了一个关于零序电压与有功功率之间关系的模型。这一模型是控制策略的核心部分，能精确地分配有功功率至各个单元，从而实现相间电压平衡。 3. 零序电压计算过程被简化，无需解决复杂的三角函数问题，使得算法更加高效且易于实施。 4. 对于处理单个H桥内直流电容的电压不平衡情况，则通过调整d轴占空比来达到控制目的。这一方法通过改变变换器的工作周期实现对各个单元直流电容电压的有效调节。 实验结果显示，上述提出的零序电压注入法能够有效地平衡级联型电力电子变压器中的直流侧电压，并提高设备运行效率及稳定性。 此外，本段落还提及了其他学者在处理直流侧电压不平衡问题上的研究。例如，文献[3]中提出了通过abc坐标系求解负序电压表达式来控制相间电压平衡的方法；然而这种方法涉及复杂的三角函数运算。另一项来自文献[4]的研究则提出了一种结合零序和负序的电压平衡控制算法，但仅限于单相电压跌落的情况研究。此外还有文献[5]探讨了级联H桥SVG采用零序电压注入实现相间电压平衡的方法，不过它并未考虑输入电压不对称的情形。 本段落所提出的零序电压注入方法不仅有助于解决电力电子变压器中的直流侧电压不平衡问题，并且在减少控制复杂性和提高效率方面做出了贡献。这种方法对于优化设计及实际电网应用具有重要的参考价值。