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電力電子干式變壓器并聯(lián)運行動力學(xué)的Matlab仿真

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文章來源:北京創(chuàng)聯(lián)匯通電氣 ????? 發(fā)布時間: 2021-03-15 05:15:00
導(dǎo)讀:作為一種新型的電力干式變壓器,電力電子變壓器越來越受到國內(nèi)外研究者的關(guān)注。它是一種含有電力電子變換器,通過高頻干式變壓器實現(xiàn)磁耦合的電力變換裝置。PET是一種新型多功

作為一種新型的電力干式變壓器,電力電子變壓器越來越受到內(nèi)外研究者的關(guān)注。它是一種含有電力電子變換器,通過高頻干式變壓器實現(xiàn)磁耦合的電力變換裝置。PET是一種新型多功能干式變壓器,它不僅完成常規(guī)變換、隔離和能量轉(zhuǎn)移,還起到電能質(zhì)量控制器的作用。在配電系統(tǒng)中使用,不僅可以降低電壓,還可以保證電能質(zhì)量。兩個或多個并聯(lián)運行是干式變壓器的一種重要運行方式,具有重要的研究價值。然而,目前內(nèi)外對聚酯的研究主要集中在它的拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略上,而對它在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用及其運行特性的研究相對薄弱。采用主從控制方案,解決并聯(lián)PET輸出交流側(cè)并聯(lián)均流問題。模擬了階躍載荷和非線性載荷作用下并聯(lián)聚酯載荷的動態(tài)過程。本文研究了并行聚酯負荷分配的控制策略,并對典型運行進行了動態(tài)仿真。

1 pet的基本結(jié)構(gòu)和控制策略

PET的基本拓撲分為交流-交流-交流變換器和交流-DC-交流-DC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,實用性強。典型的交流-DC-交流-DC-DC拓撲如圖1所示。

PET一次側(cè)電壓源PWM整流電路采用解耦電壓電流雙閉環(huán)控制,只要干式變壓器負載在一定范圍內(nèi)為感性或容性,電網(wǎng)的功率因數(shù)即可接近1;初級單相逆變電路實現(xiàn)高頻逆變,采用開環(huán)控制。為了減小干式變壓器的體積和重量,干式變壓器的導(dǎo)磁材料是鐵氧體和其他導(dǎo)磁磁芯。干式變壓器的二次整流電路用于實現(xiàn)高頻整流,配電干式變壓器不考慮能量的雙向流動,因此采用無控整流電路。PET二次逆變電路為了輸出恒壓恒頻交流電壓,采用電壓閉環(huán)控制。

2聚酯并聯(lián)運行控制原理

兩臺或多臺聚酯裝置并聯(lián)運行是提高系統(tǒng)可靠性和擴大系統(tǒng)容量的有效途徑,但對聚酯裝置并聯(lián)運行的研究還不夠深入。PET二次逆變器的工作原理與美逆變器相同,在多個UPS并聯(lián)運行方面有豐富的成果[5-7],在研究PET并聯(lián)運行時可以借鑒。目前提出的PET并行控制方式主要有集中控制方式、主從控制方式、分布式邏輯控制方式和非互聯(lián)控制方式[2]。本文研究了兩個不互連的聚酯裝置的并聯(lián)運行。圖2是兩個正電子發(fā)射斷層掃描并行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,它們的初級側(cè)連接到同一公共總線。

為了避免并聯(lián)干式變壓器中的環(huán)流,每個PET的二次側(cè)電壓的頻率、幅值和相位必須一致;為了實現(xiàn)并聯(lián)干式變壓器之間有功負荷和無功負荷的穩(wěn)定分配,每個聚酯都應(yīng)具有有功和無功功率差調(diào)節(jié)的特點。圖3為具有誤差調(diào)節(jié)特性的PET二次逆變器控制結(jié)構(gòu)圖。

PET二次側(cè)電壓的頻率、幅值和相位取決于逆變器PWM脈沖的正弦調(diào)制信號,正弦調(diào)制信號的特性與頻率給定值f0、相位給定值0和幅值給定值有關(guān)。取F0=50 Hz,保證額定頻率。0對應(yīng)于有功負荷P0的初始電壓相角(一般取0,引入有功補償系數(shù)KP > 0),那么有功差動調(diào)節(jié)特性=0-KpP(1) U0對應(yīng)于無功負荷Q=0的電壓幅值,引入無功補償系數(shù)KQ > 0,由于引入了有功和無功功率補償,可以對每個并聯(lián)運行的PET形成無功差動調(diào)節(jié)特性U=U0-KQQ(2), 當負載變化時,并聯(lián)運行的各臺PET會自動調(diào)整其輸出電壓的相角和幅值,自動實現(xiàn)干式變壓器之間的穩(wěn)定配電; 為了根據(jù)干式變壓器的容量合理分配負荷,各聚酯基于自身容量的Kp和KQ標準值應(yīng)相等,一般取0.01 ~ 0.05。并聯(lián)PET和逆變電源的有功功率分配是通過頻差調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。顯然,在這種控制模式下,供電頻率無法維持在50Hz在不同載荷下;但為了保證頻率質(zhì)量,頻差系數(shù)的值必須很小,不利于并聯(lián)PET之間有功負荷的穩(wěn)定分配。與此不同,本文采用了初相角差調(diào)節(jié)的特點,既能保持恒頻供電,又能根據(jù)需要選擇合理的差調(diào)節(jié)系數(shù),從而實現(xiàn)有功負荷的穩(wěn)定合理分配。每個參與并聯(lián)的PET的輸出電壓頻率必須等于50Hz,以保證正常運行。在圖3中,這是可以做到的,因為頻率采用閉環(huán)PI控制。并聯(lián)運行的PET的參數(shù)可能不完全一致,但較常見的是限流電抗器或連接線的電感參數(shù)不同。圖3中的電壓測量點刻意設(shè)置在公共母線上,即使PET參數(shù)不一致,也能保證并聯(lián)PET之間穩(wěn)定合理的功率分配。如果電壓測量點位于每個聚酯輸出端,這是無法保證的。 #p#分頁標題#e#

3模擬分析

本文利用Matlab6.5/Simulink建立仿真模型,模擬兩臺參數(shù)相同的聚酯裝置的并聯(lián)運行。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,高頻干式變壓器頻率1000Hz,IGBT開關(guān)頻率9000Hz。KP和KQ硒含量為0.01,頻率f0為50Hz,相位0為0,振幅U0為1.0。

3.1

兩臺PET同時投入并聯(lián)運行(情況1)

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

 

 

 

 

 

3.2  PET2加入并聯(lián)運行(情況2)

PET1 帶載運行,1.0s時PET2由空載狀態(tài)投入,兩臺PET并聯(lián)運行。有關(guān)波形如圖7和圖8所示。由圖可見,PET1由單機運行狀態(tài)切換至并聯(lián)運行狀態(tài)后,其承擔的負載電流、有功和無功負荷均有所下降,下降部分由PET2來承擔,較終兩臺并聯(lián)PET之間實現(xiàn)了均流控制以及有功、無功負荷的穩(wěn)定分配且具有良好的動態(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PET并聯(lián)運行動態(tài)過程進行仿真研究。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,實現(xiàn)有功、 無功負荷的穩(wěn)定分配,且動態(tài)特性良好。

來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

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