一种分散储能的电力电子变压器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电力设备技术领域，尤其涉及电力电子变压器。
【背景技术】
[0002] 随着电网系统发展，传统电力变压器逐渐显露出一些缺点，如：负载过大时，会导 致输出电压下降、产生谐波；无论是原方还是副方发生故障时，另一侧都会受到影响；功能 单一，没有电压调节、功率因数校正和功率潮流控制等功能。
[0003] 电力电子变压器（Power Electronic Transformer，PET)是近年来随着半导体技 术的发展而逐步发展起来的新型电力变压器，其充分利用了变流器和高频变压器的优点， 克服了传统变压器的缺点，还可以实现故障隔离，电能质量控制，分布式直流电源接入等功 能，符合主动电网和微网等现代智能电网建设的需求，发展迅速。但是，它不能补偿电压中 断，对深度电压跌落也无能为力。电力电子变压器作为主网与主动配电网或微网等下级电 网的接口，在主网出现恶劣工况时，比如电压大幅度波动或跌落，需要保障下级电网能平稳 度过异常工况；在主网突然出现故障时，需要保障下级电网能顺利离网运行。在主网非正常 工作期间保障下级电网正常工作，电力电子变压器不仅仅需要高动态响应的控制功能，还 需要有足够的能量支持。针对电力电子变压器的储能需求，国内已逐渐展开了研究，并提出 了一些储能方法。
[0004] 现有技术方案是利用电力电子变压器的低压直流母线，在母线上接入超级电容储 能系统，储能系统与母线之间使用DC/DC功率变换电路，进行相应的控制，实现超级电容与 直流母线之间的充放电。现有技术方案的缺点：（1)超级电容集中储能，能量密度比一般储 能电池小；（2)储能系统与电力电子变压器之间增加了额外的DC/DC功率变换电路，需两套 控制系统，且成本高。（3)隔离级采用全桥结构，开关管电压应力难以平衡，电流和电压控 制能力不强。 【实用新型内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种通过分散的储能单元 实现储能的电力电子变压器。本实用新型能够保障特殊工况下电力电子变压器足够的能量 支持，并避免了大容量电池的使用。
[0006] 为了实现本实用新型的目的，本实用新型的技术方案如下：
[0007] -种分散储能的电力电子变压器，其特征在于：所述电力电子变压器包括级联整 流级、分散储能级、隔离级、输出级；
[0008] 其中，所述电力电子变压器的输入端的每一相都接入H桥模块的输入端，H桥模块 的输出端和与之相应的储能模块的输入端连接，储能模块的输出端和与之相应的隔离级的 输入端连接；所述H桥模块、与H桥模块相应的储能模块和与储能模块相应的隔离模块组成 功率单元；在电力电子变压器的每一个单相上都接入η个功率单元和一个输出模块，H桥模 块的输入端作为功率单元的输入端，功率单元的输入端与电网连接，相内级联连接，相间星 形连接；隔离模块的输出端为功率单元的输出端，功率单元的输出端并联，与输出模块的输 入端连接；
[0009] 每一个单相上的所有H桥模块构成该单相上的级联整流级，每一个单相上的所有 储能模块构成该单相上的分散储能级，每一个单相上的所有隔离模块构成该单相上的隔离 级，输出级由一个输出模块构成。
[0010] 所述H桥模块为由四个带反并联二级管的IGBT构成的可控全桥整流电路。
[0011] 所述储能模块包括一个Buck-Boost变换器、滤波电感和储能电池，储能电池通过 滤波电感和Buck-Boost变换器相连接。
[0012] 所述隔离模块为双向半桥变换器，双向半桥变换器的两边为对称结构，左右两个 半桥通过中间的高频变压器连接。
[0013] 所述输出模块为全桥DC/AC逆变器。
[0014] 所述的分散储能级控制储能电池的充放电，主电网正常工况下，对储能电池进行 充电，直至电荷量百分比SoC达到额定值，进入平衡状态；平衡状态下，控制一个充放电周 期内储能电池电荷量的平衡；主电网在电压短时中断或深度跌落时，控制储能电池放电。
[0015] 所述的储能电池充放电的电路包括一个切换开关、两个加法器、两个减法器、两个 比例控制器和两个积分器。
[0016] 本实用新型的工作原理为：主电网交流电由级联整流级进行电压和功率控制后 (功率控制包括相间功率平衡控制和相内级联H桥模块间功率平衡控制），得到稳定的悬浮 直流电压，其中，k代表相（k e a，b，c)，i代表级数（i e 1~n)，悬浮的直流电总数量 为3η。
[0017] 分散储能级采用IAI电路接入储能电池，通过IAI电路控制储能电池的充放电，保 证主网非正常工况下电力电子变压器所需的能量支撑，也可以作为功率缓冲器减少由于功 率波动引起的电力电子变压器电压波动，正常工况下对储能电池进行充电。同时，通过IAI 电流控制，使储能电池与直流侧能量有功功率解耦。3η个储能电池组分散接入也避免了集 中大容量电池的使用，减少了控制难度。
[0018] 隔离级的DHB结构通过移相控制实现功率在变压器高压直流侧（HV)和低压直流 侦U(LV)的双向流动，即H2L模式。同时，通过谐振控制器滤除二脉波，保证低电流纹波输出， 实现开关器件的热应力平衡，使电流输出能力增强。
[0019] 输出级DC/AC全桥逆变器使用电感电流内环和电容电压外环的双闭环控制，这里 的电感和电容取自LC滤波电路。电感电流内环能够快速抑制负载扰动影响，获得较好的 系统动态响应性能；电压外环可以改善输出电压波形，提高输出精度。
[0020] 本实用新型技术方案带来的有益效果
[0021] (1)电力电子变压器实现储能，保障特殊工况下电力电子变压器足够的能量支持。 如主网电压深度跌落时，电力电子变压器及其下级电网仍能稳定运行。
[0022] (2)储能电池分散接入，避免了大容量电池的使用。
[0023] (3)分散接入的储能电池可以缓冲电力电子变压器内部功率波动，稳定直流侧电 压。
[0024] (4)整流级和储能电池之间采用IAI接口，实现了有功功率解耦和更为简单的控 制。
[0025] (5)隔离级采用半桥结构，实现功率的双向流动的同时，平衡开关管电压应力，提 高了电力电子变压器的输出能力。
【附图说明】
[0026] 图1为本实用新型分散储能的电力电子变压器优选实施例的整体拓扑结构图；
[0027] 图2为本实用新型分散储能的电力电子变压器中的功率单元拓扑结构图；
[0028] 图3为本实用