一种电子变压器系统及其操作方法与流程

本发明涉及变压器领域，尤其是一种电子变压器及其操作方法。

背景技术：

1、电力系统中所采用的大多还是传统的铁心油浸式电力变压器，随着电力系统的快速发展，传统变压器的缺陷和不足越来越凸显出来，如：重量重、体积大，不带负载运行时，对器件的损耗较大；铁芯磁饱和会造成系统中谐波的产生，致使电网中出现很大的励磁涌流；一侧的谐波会侵入另一侧导致故障的扩大；一次侧的电压幅值波动会影响二次侧输出电压；负载的变化会影响输出电压等。

2、与传统电力变压器一样，电力电子变压器可以实现电压变换、电气隔离和电能传输，但没有上述传统铁心油浸式电力变压器的缺点。此外，电力电子变压器还可以对功率因数进行校正、调节输出电压、抑制谐波等。

3、电力电子变压器本身既有直流环节又有交流环节。而常规的光伏发电设备需要将直流电逆变为交流电，再供设备使用或通过常规的铁心式变压器上网。直流用电设备需要将交流电整流为直流才能使用，储能设备需要将直流电整流为交流电才能充电并且释放电能时需要将直流电逆变为交流电。

4、在分布式光伏发电场所，设备容量较小，采用单相变压器可减少设备投资具有更高的性价比。在此场所将光伏发电设备及直流用电设备甚至储能设备并接于电流电子变压器的直流环节，并且采用电力电子变压器控制器统一控制上述设备即可构成具备光伏并网、储能、交直流供电的多功能单相电力电子变压器。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例，在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中所存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种光伏并网单相电力电子变压器拓扑结构。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种电子变压器系统，包括，高压输入部分，包括第一h桥模块，即b1、b2、b3；

5、直流隔离部分，包括高压部分、高频变压器以及低压部分，并于输出端连接交流输出部分和直流输出部分；

6、光伏子串输入部分，包括boost电路；

7、储能电池输入部分，包括boost buck双向变换电路；

8、所述高压输入部分通过所述第一h桥模块整流电信号进入所述直流隔离部分进行二次整流，输出交流或直流电；

9、所述光伏子串输入部分和储能电池输入部分集成再生能源和储能系统的接入。

10、作为本发明所述一种电子变压器系统的一种优选方案，其中：所述b1、b2、b3串联通过电抗器l连接交流10kv配网的线电压；

11、且所述b1、b2、b3分别于直流侧并联有高压直流电容c1、c2、c3。

12、作为本发明所述一种电子变压器系统的一种优选方案，其中：所述高压部分是由，同所述高压输入部分同数量的h桥组成，即b4、b5、b6；

13、所述高压部分的h桥直流侧同第一h桥模块一一连接，交流侧同所述高频变压器上的高压绕组一一连接；

14、所述低压部分是由，同所述高压部分同数量的h桥组成，即b7、b8、b9，所述低压部分的h桥直流侧同所述高频变压器(t)上的低压绕组一一连接。

15、作为本发明所述一种电子变压器系统的一种优选方案，其中：所述交流输出部分包括，直流电容c4及末端h桥b10；

16、所述直流电容c4一侧连接所述低压部分的h桥直流侧，另一侧连接末端h桥b10的直流侧，电信号从所述h桥b10的交流侧输出连接交流负载；

17、所述直流输出部分由多个buck降压电路组成，所有buck降压电路输入端均连接所述低压部分h桥直流侧，输出段分级输出直流电压。

18、作为本发明所述一种电子变压器系统的一种优选方案，其中：所述boost电路输入端并联光伏板，输出端连接所述低压部分h桥的直流侧；

19、所述boost buck双向变换电路输入端连接储能电池，输出端连接所述低压部分h桥的直流侧。

20、作为本发明所述一种电子变压器系统的一种优选方案，其中：所述h桥均为igbt等电力电子开关或二极管。

21、本发明的有益效果：实现了一种多维度供电，且空载损耗和励磁涌流小、的电子变压器，减少逆变及整流的损耗成本。

22、鉴于电力电子变压器需要在进行并网、储能、多维度供电等工作时通过合适的操作逻辑及规则进行操作。

23、因此，本发明所要解决的技术问题是提供一种光伏并网单相电力电子变压器拓扑结构的控制方法。。

24、为解决上述技术问题，本发明还提供如下技术方案：一种电子变压器操作方法，包括所述一种电子变压器系统，以及，采用dq旋转坐标系下的pid控制，通过控制h桥电路的pwm信号，实现单位功率因数运行，从而稳定直流侧电压或交流负荷端电压的稳定和调节；

25、通过调节方波信号的移相比，控制功率的流向和大小，实现直流隔离部分高低压能量的双向传输；

26、采用最大功率跟踪控制方法或最大功率内定功率输出，实现光伏发电的最大化利用；

27、采用方波控制，通过调节占空比，控制电池的充放电过程以及输出的直流电压等级；

28、各部分协调控制完成直交流符合的稳定供电。

29、作为本发明所述一种电子变压器操作方法的一种优选方案，其中：对所述高压输入部分的igbt等电力电子开关或二极管的pwm控制包括，

30、将单相输入的正弦电流信号i等效为三相信号，并进行park变换得到id、iq，并根据id、iq进行pid控制；

31、利用旋转坐标系wt计算dq坐标变换所需的旋转角；

32、通过傅里叶变换得到电网电压的d轴电压vd；

33、采用载波移相spwm方法对igbt等电力电子开关完成pwm控制。

34、作为本发明所述一种电子变压器操作方法的一种优选方案，其中：对所述直流隔离部分的igbt等电力电子开关或二极管的pwm控制包括，

35、采用50％占空比方波pwm输入信号，通过调节高压部分和低压部分方波信号的半个周波内的移相比控制d的大小和方向，控制功率的流向和大小。

36、当0<d<1时，功率传输由高压部分传向低压部分；当-1<d<0时，功率低压部分传向高压部分，当d＝0时不传递功率。

37、作为本发明所述一种电子变压器操作方法的一种优选方案，其中：对所述交流输出部分的igbt等电力电子开关或二极管的pwm控制包括，

38、将交流负荷端实际电压vx等效为三相信号，根据三相信号进行park变换得到dq旋转坐标系中的定值ud、uq；

39、通过pid调节得到dq旋转坐标系中的参考电流id和iq；

40、根据电气相关知识计算得到交流输出侧d轴电压vd和q轴电压vq；

41、经dq0坐标系到abc坐标系变换得到三相电压，以a相电压ua为参考电压经载波调制pwm后作为交流输出部分中igbt等电力电子开关的pwm控制。

42、作为本发明所述一种电子变压器操作方法的一种优选方案，其中：对所述boost电路和boost buck双向变换电路中的igbt等电力电子开关或二极管的pwm控制包括，

43、所述光伏子串输入部分的boost电路采用最大功率跟踪mppt控制方法或最大功率内定功率输出；

44、储能电池输入部分的boost buck双向变换电路采用方波控制；

45、当电池电压为ub占空比为d时,控制d使ub/d大于所述直流隔离部分的低压部分h桥直流侧电压u时电池放电，小于u时电池充电；

46、所述boost buck双向变换电路通过控制方波占空比d可调节输出的电压等级,当权利要求2所述直流隔离部分的低压部分直流侧电压为u时，输出电压为u*d。

47、作为本发明所述一种电子变压器操作方法的一种优选方案，其中：所述各部分协调控制的方法包括，

48、交流输出部分及直流输出部分保持各自额定电压输出，其余部分根据直流隔离部分的低压部分h桥直流侧电压大小u，调整有功功率；

49、设k1和k2为裕度系数且k1＜1、k2>1，un为u的额定值；

50、当u＜un*k1时，判断光伏是否满功率发电，若没有，则加大发电功率；

51、当已满功率，判断储能电池是否可放电，若可放电，放电已到极限时，控制变压器直流隔离部分提高输入有功功率；

52、当un*k1≤u≤un*k2时，储能电池不充放电，判断光伏是否满功率发电，没有时加大光伏发电功率，使变压器高压部分及直流隔离部分提高输入有功功率减少；

53、若光伏已满功率，光伏发电及变压器直流隔离部分输入有功功率不变。

54、当u＞un*k2时，判断储能电池是否可加大充电功率，若可则加大，若不可加大或已充满，增大变压器直流隔离部分对变压器输入端输出

55、作为本发明所述一种电子变压器操作方法的一种优选方案，其中：

56、本发明的有益效果：根据直流侧电压的大小，协调控制光伏发电、储能电池充放电和直流隔离部分的功率传输，优先消纳光伏发电，减少对电网的冲击，并保证直流和交流负荷的稳定供电。