一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法

本发明属于电力系统，具体涉及一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法。

背景技术：

1、电网的复杂故障会引起电压不对称、电压降等暂态扰动，严重影响分布式新能源、微电网和柔性负荷的安全运行。用户侧的各种非线性设备和微电网使得无功补偿和电能质量问题十分突出。通过系统设备的调节，可以有效解决终端设备低压穿越能力有限、电能质量差的问题。

2、配电变压器是配电网中处于变压和输变电交汇点的关键设备，传统低频变压器(lft)虽然具有价格低廉、可靠性高、效率高等优点，但存在潮流不可控、无故障阻断能力等缺点。近年来配电网中出现了多种系统设备，如统一电能质量调节器(upqc)、固态变压器(sst)等，但是，它们具有功能上的局限性，并且必须重复使用，这就带来了协同监管问题。

3、混合式配电变压器(hdt)是以配电变压器作为控制节点，对其进行改进设计后将变换器与之相集成的新型系统设备。与sst相比，hdt成本低，功率损耗小，外部短路故障时短路功率高。此外，当内部变换器发生故障时，hdt可以通过旁路变换器作为传统lft工作，可靠性高。

4、现有的hdt故障穿越研究没有考虑其自身安全运行约束的协调关系，也很少考虑多台变流器之间的容量协调，难以保证hdt在复杂故障条件下的高效安全运行。因此，如何在不同运行工况下实现hdt功率的协调控制，是提升hdt变流器容量利用率以及保障hdt故障下自身安全的关键。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法，保障了各类型工况下在进行无功补偿、电压支撑时混合式配电变压器本体的安全运行，提高了配电网供电可靠性和电能质量。

2、本发明采用的技术方案是：一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法，包括以下步骤：

3、基于混合式配电变压器本体设计和电网检测参数，选定符合混合式配电变压器安全运行约束条件的有功供给率和无功供给率；

4、基于有功供给率和无功供给率、负荷无功与有功功率比、原边绕组额定电压与当前正序电压的倍数关系，计算得到功率角；所述功率角为副边绕组与原边绕组电压相位差；

5、基于副边绕组正序d轴电压和电流，以及原边绕组的正序d轴电压，计算得到串联变流器正序d轴输入电流的指令值；

6、基于串联变流器正序d轴输入电流的指令值，串联绕组d轴和q轴的正序电压电流和负序电压电流，串联绕组0轴的电压和电流，串联变流器采用正负序同步旋转坐标系下的双闭环控制方式，生成三相调制波；并利用正弦脉宽调制技术产生脉冲驱动开关管；

7、基于功率角，并联绕组的d轴、q轴和0轴电压电流，并联变流器采用同步旋转坐标系下的双闭环控制方式，生成三相调制波；并利用正弦脉宽调制技术产生脉冲驱动开关管；

8、基于直流侧电压实际值与参考电压，通过pi控制器和脉宽调制技术，输出直流变流器开关信号。

9、本发明的有益效果是：本发明适用范围广，电网正常运行工况下能充分利用串并联变流器容量进行无功补偿，消纳分布式新能源发电；在重载低压、短路故障等非正常运行工况下能通过电压支撑保障用户侧可靠用电，同时还能防止hdt故障穿越期间越限损坏。

10、进一步地，本发明考虑变压器本体设计和电网检测参数，提出了安全运行约束条件和安全运行检测环节，保证用于协同功率的有功供给率和无功供给率能够满足变压器本体和所应用电网的安全需求，进一步保证了系统运行的稳定性。

11、进一步地，本发明通过解耦双同步参考坐标系锁相环对原边绕组电压进行锁相，当处于不平衡电压条件下时，能有效解耦负序分量的影响。

12、进一步地，本发明通过综合原边绕组、副边绕组、串联绕组和并联绕组的运行状态，求取串联绕组电流的指令值和功率角，以生成控制指令，用于串联变流器和并联变流器的控制，保证控制指令能够有效符合系统当前的运行需求。

13、进一步地，本发明所采用串联变流器控制方法将串联变流器作为正弦电流源运行，控制电网电流的幅值并使其对称；发生不对称故障时，串联变流器将承受不对称电压，因此采用正负序同步旋转坐标系下的双闭环控制方式，引入电流状态反馈解耦及输入电压扰动前馈补偿，提高了系统的动态性能。

14、进一步地，本发明所采用的并联变流器控制方法，将并联变流器作为正弦电压源运行，控制负载电压的幅值并使其对称；并联变流器采用同步旋转坐标系下的双闭环控制方式，引入了电感电流和电容电压的交叉解耦，改善了系统的动态特性。

15、进一步地，本发明所采用的直流变流器控制方法能够有效维持直流侧电压，并且适时提供或吸收有功功率，保证系统的稳定运行。

技术特征：

1.一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法，其特征在于：所述功率角δ表示为：

3.根据权利要求2所述的一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法，其特征在于：负荷无功与有功功率比由副边绕组的三相电压和三相电流经clark变换后的电压u2α，u2β和电流i2α，i2β表示为：

4.根据权利要求3所述的一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法，其特征在于：混合式配电变压器安全运行约束条件包括：

5.根据权利要求4所述的一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法，其特征在于：串联变流器正序d轴输入电流的指令值表示为：

6.根据权利要求5所述的一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法，其特征在于：串联变流器采用正负序同步旋转坐标系下的双闭环控制方式生成三相调制波的过程包括：

7.根据权利要求5所述的一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法，其特征在于：并联变流器采用同步旋转坐标系下的双闭环控制方式，生成三相调制波的过程包括：

8.根据权利要求7所述的一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法，其特征在于：通过解耦双同步参考坐标系锁相环对原边绕组三相电压进行锁相，得到原边绕组电压相位。

9.根据权利要求8所述的一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法，其特征在于：将原边绕组的三相电压结合原边绕组电压相位进行park变换得到原边绕组的d轴和q轴电压后，经由二倍频陷波器处理后，得到原边绕组的d轴正序电压；

10.根据权利要求9所述的一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法，其特征在于：将串联绕组的三相电压和电流结合原边绕组电压相位进行park变换得到串联绕组的dq0轴电压和电流后，再对dq轴电压和电流用二倍频陷波器处理，得到串联绕组dq轴正序电压和电流；

技术总结本发明公开了一种混合式配电变压器分层功率协调控制方法，包括以下步骤：选定符合混合式配电变压器安全运行约束条件的有功供给率和无功供给率；基于有功供给率和无功供给率、负荷无功与有功功率比、原边绕组额定电压与当前正序电压的倍数关系，计算得到功率角；计算串联变流器正序d轴输入电流的指令值；串联变流器采用正负序同步旋转坐标系下的双闭环控制方式；并联变流器采用同步旋转坐标系下的双闭环控制方式；基于直流侧电压实际值与参考电压，通过PI控制器和脉宽调制技术，输出开关信号控制直流变换器。本发明保证混合式配电变压器在复杂故障条件下的高效安全运行和用户侧可靠用电。技术研发人员：尹昕,胡家玄,赖锦木,尹项根,陈卫,肖繁受保护的技术使用者：武汉理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25