0 引 言

　　電力電子變壓器PET(Power-Electronic Transformer)作為一種新型的電力變壓器，得到了國內(nèi)外研究人員越來越多的關(guān)注,。它是一種含有電力電子變換器且通過高頻變壓器實(shí)現(xiàn)磁耦合的變電裝置,。PET在完成常規(guī)的變壓、隔離和傳遞能量的同時(shí),，還可起到電能質(zhì)量控制器的作用,，是一種多功能的新型變壓器。將其用于配電系統(tǒng)既可實(shí)現(xiàn)降壓又可保證電能質(zhì)量[1],。

　　兩臺(tái)或數(shù)臺(tái)PET并聯(lián)運(yùn)行是變壓器的一種重要運(yùn)行方式,，具有重要的研究價(jià)值。但當(dāng)前國內(nèi)外對(duì)于PET的研究主要集中于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略上,，對(duì)其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用及其運(yùn)行特性的研究相對(duì)薄弱,。文獻(xiàn)[2]采用主從式控制方案解決并聯(lián)PET輸出交流側(cè)的并聯(lián)均流問題;文獻(xiàn)[3]對(duì)并聯(lián)PET負(fù)載發(fā)生階躍變化以及帶非線性負(fù)載的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行了仿真研究,。本文對(duì)配電用并聯(lián)PET負(fù)荷分配的控制策略進(jìn)行研究，并對(duì)典型操作進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真[2,3] ,。

　　1 PET的基本結(jié)構(gòu)和控制策略

　　PET的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為交-交-交變換器和交-直-交-直-交雙直流變換器,。前者結(jié)構(gòu)簡單，但可控性不高：后者結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，控制策略完善,，實(shí)用性較強(qiáng)。典型的交-直-交-直-交雙直流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示,。

　　PET原邊的電壓型PWM整流電路采用解耦的電壓,、電流雙閉環(huán)控制，無論變壓器的負(fù)載是感性還是容性,，只要在一定的范圍內(nèi),，都可使電網(wǎng)的功率因數(shù)接近1;原邊的單相逆變電路實(shí)現(xiàn)高頻逆變，采用開環(huán)控制即可,。為減小變壓器的體積和重量,，變壓器導(dǎo)磁材料采用鐵氧體等高導(dǎo)磁磁芯。變壓器副邊整流電路用于實(shí)現(xiàn)高頻整流,，對(duì)配電變壓器不考慮能量的雙向流動(dòng),，故其采用不控整流電路。為輸出恒壓,、恒頻的交流電壓,，PET副邊逆變電路采用電壓閉環(huán)控制[4]。

　　2 PET并聯(lián)運(yùn)行控制原理

　　兩臺(tái)或數(shù)臺(tái)PET并聯(lián)運(yùn)行是提高系統(tǒng)可靠性和擴(kuò)大容量的一種有效途徑,，有關(guān)PET并聯(lián)運(yùn)行的研究尚不夠深入,。PET副邊逆變器與US的逆變器工作原理一致，而多臺(tái)UPS的并聯(lián)運(yùn)行方面的成果比較豐富[5-7],在研究PET的并聯(lián)問題時(shí)可以借鑒,。

　　目前提出的PET并聯(lián)控制方法主要有：集中控制方式,、主從控制方式、分布邏輯控制方式和無互連線控制方式[2],。本文主要針對(duì)兩臺(tái)無互連線的PET的并聯(lián)運(yùn)行問題進(jìn)行研究,。圖2是兩臺(tái)PET并聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其原方接于同一公共母線,。

　　為了避免并聯(lián)變壓器出現(xiàn)環(huán)流,，各臺(tái)PET的二次側(cè)電壓的頻率、幅值,、相位必須保持一致;為實(shí)現(xiàn)并聯(lián)變壓器之間有功負(fù)荷和無功負(fù)荷的穩(wěn)定分配,，各臺(tái)PET應(yīng)具有有功調(diào)差特性和無功調(diào)差特性。具有調(diào)差特性的PET副邊逆變器控制結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

　　PET二次側(cè)電壓的頻率,、幅值和相位取決于逆變器的PWM脈沖的正弦調(diào)制信號(hào),，正弦調(diào)制信號(hào)的特征與頻率給定值f0、相位給定值ρ0和幅值給定值有關(guān),。取f0=50Hz以保證額定頻率,。ρ0對(duì)應(yīng)于有功負(fù)荷P0時(shí)的電壓初相角(一般取為0，引入有功補(bǔ)償系數(shù)Kp>0),，則可形成有功調(diào)差特性

　　ρ=ρ0-KpP(1)

　　U0對(duì)應(yīng)于無功負(fù)荷Q=0時(shí)的電壓幅值,，引入無功補(bǔ)償系數(shù)KQ>0，則可形成無功調(diào)差特性

　　U=U0-KQQ(2)

　　對(duì)并聯(lián)運(yùn)行的各PET,，ρ0和U0的值應(yīng)相同,，由于引入有功和無功補(bǔ)償，當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)時(shí),，并聯(lián)運(yùn)行的各PET將自動(dòng)調(diào)節(jié)其輸出電壓的相位角和幅值,，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)變壓器間的功率穩(wěn)定分配;為按變壓器容量大小合理分配負(fù)荷，各PET以自身容量為基準(zhǔn)的Kp和KQ的標(biāo)幺值應(yīng)該相等,，一般取0.01～0.05。

　　文獻(xiàn)[2,8]提出采用頻率調(diào)差特性進(jìn)行并聯(lián)PET以及逆變電源的有功功率分配,。顯然,，在這種控制方式下，不同負(fù)荷時(shí)供電頻率不能保持為50Hz;而若為了保證頻率質(zhì)量,，頻率調(diào)差系數(shù)取值必須很小,，這又不利于穩(wěn)定分配并聯(lián)PET間的有功負(fù)載。與其不同,，本文采用的初相角調(diào)差特性,，即可保持恒頻供電，又可根據(jù)需要選合理的調(diào)差系數(shù),，實(shí)現(xiàn)有功負(fù)荷的穩(wěn)定合理分配,。參與并聯(lián)的各PET的輸出電壓頻率必須都等于50Hz才能保證正常運(yùn)行。在圖3中,，由于對(duì)頻率采用閉環(huán)PI控制,，可以做到這一點(diǎn)。

　　并聯(lián)運(yùn)行PET的參數(shù)可能不完全一致,，最常見的是限流電抗器或連接線電感參數(shù)不同,。圖3中的電壓測量點(diǎn)特意設(shè)置于公共母線，即使對(duì)于PET參數(shù)不一致的情況,，也可以保證并聯(lián)PET間的功率穩(wěn)定合理分配,。如電壓測量點(diǎn)位于各PET輸出端，則不能保證這一點(diǎn)[3]。

　　3 仿真分析

　　本文利用Matlab6.5/Simulink搭建了仿真模型,，對(duì)兩臺(tái)同參數(shù)PET的并聯(lián)運(yùn)行進(jìn)行了仿真,。系統(tǒng)主要參數(shù)為：PET額定容量10kVA，額定電壓240/110V;PET2額定容量10kVA,，額定電壓240/110V系統(tǒng)頻率50Hz,，高頻變壓器頻率1000Hz，IGBT開關(guān)頻率9000Hz;KP,、KQ硒均取標(biāo)幺值0.01,，頻率給定值f0取50Hz，相位給定值ρ0取0,，幅值給定值U0取標(biāo)幺值為1.0,。

　　3.1 兩臺(tái)PET同時(shí)投入并聯(lián)運(yùn)行(情況1)

　　1.0s時(shí)，兩臺(tái)PET在低壓側(cè)由空載投入并聯(lián)運(yùn)行,，承擔(dān)功率因數(shù)為0.8的綜合性負(fù)載,。有關(guān)變量波形如圖4-圖6所示。由圖可以看出,，兩臺(tái)PET對(duì)應(yīng)變量的波形一致,。并聯(lián)運(yùn)行后所承擔(dān)的負(fù)載電流相等，實(shí)現(xiàn)了均流控制以及有功,、無功負(fù)荷的穩(wěn)定分配,，且頻率保持恒定值不變。

　　3.2 PET2加入并聯(lián)運(yùn)行(情況2)

　　PET1帶載運(yùn)行,，1.0s時(shí)PET2由空載狀態(tài)投入,，兩臺(tái)PET并聯(lián)運(yùn)行。有關(guān)波形如圖7和圖8所示,。由圖可見,，PET1由單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)切換至并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)后，其承擔(dān)的負(fù)載電流,、有功和無功負(fù)荷均有所下降,，下降部分由PET2來承擔(dān)，最終兩臺(tái)并聯(lián)PET之間實(shí)現(xiàn)了均流控制以及有功,、無功負(fù)荷的穩(wěn)定分配且具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能,。

　　4 結(jié)論

　　本文基于有功和無功調(diào)差特性方程建立了PET控制策略及模型，基于該模型對(duì)PET并聯(lián)運(yùn)行動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行仿真研究,。仿真結(jié)果表明,，該控制策略可以在保持額定供電頻率的前提下，實(shí)現(xiàn)有功,、 無功負(fù)荷的穩(wěn)定分配,，且動(dòng)態(tài)特性良好。