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专利号: 2023107503299
申请人: 东北电力大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种直接式AC/AC型混合配电变压器的建模方法,其特征在于,包括如下步骤:首先分析直接式AC/AC型混合配电变压器系统运行特性,然后构建基于松弛二端口网络理论的混合式配电变压器模型;

所述直接式AC/AC型混合配电变压器系统包含一台三相三绕组工频配电变压器与三组AC/AC模块,所述三相三绕组工频变压器包括三个一次侧主绕组、三个二次侧主绕组以及六个用于电气隔离的二次侧辅助绕组,每个所述二次侧主绕组的一个输出端与负荷连接,另一个输出端与每组AC/AC模块的一个输出端连接,每组所述AC/AC模块的另一个输出端接地;

三组AC/AC模块分别为:AC/AC‑A、AC/AC‑B、AC/AC‑C;三个一次侧主绕组分别为wA1、wB1、wC1;三个二次侧主绕组分别为wa、wb、wc;六个用于电气隔离的二次侧辅助绕组包括wa2、wb2、wc2,其中一次侧绕组与二次侧主绕组之间的变比为nTR,其中一次侧绕组与二次侧辅助绕组之间的变比为naux,每个二次侧主绕组的一个输出端与负荷连接;

每个所述AC/AC模块包含两个AC/AC变换器,每个AC/AC变换器的输入端与变压器的一个二次侧辅助绕组相连,第一个AC/AC变换器的一个输出端与二次侧主绕组相连,另一个输出端与第二个AC/AC变换器的一个输出端连接,第二个AC/AC变换器的一个输出端接地;

六个AC/AC变换器分别是AC/AC‑Ac、AC/AC‑Ab、AC/AC‑Ba、AC/AC‑Bc、AC/AC‑Ca、AC/AC‑Cb;其中,任一的AC/AC变换器的输入电压与输出电压均具有式(1)关系:uout(t)=D(t)·uin(t)    (1)

其中,uout(t)为AC/AC变换器的输出侧电压,uin(t)为AC/AC变换器的输入侧电压,D(t)为AC/AC变换器的占空比;故设定Da、Db、Dc为六个AC/AC变换器占空比;其中,Da是变换器AC/AC‑Ab、AC/AC‑Ac的占空比,Db是变换器AC/AC‑Ba、AC/AC‑Bc的占空比,Dc是变换器AC/AC‑Ca、AC/AC‑Cb的占空比;

每个所述AC/AC变换器的两个输出端之间连接旁路开关,当旁路开关闭合时,AC/AC变换器退出运;

考虑变压器的运行损耗,基于状态空间平均法建立混合式配电变压器的松弛二端口模型;

混合式配电变压器系统中的任一AC/AC模块的状态空间模型如下:

其中,

其中,LFb、LLb、CFb、CLb、LFc、LLc、CFc、CLc为AC/AC变换器AC/AC‑Ba、AC/AC‑Ca的输入/出滤波器的电感电容参数,ZL为HDT输出侧负载;

假设混合式配电变压器系统三相对称平衡,考虑变压器运行时的损耗,将变压器的阻抗等效到二次侧,则三个变压器构成的松弛二端口网络ATA、ATB、ATC;将模块AC/AC‑A划分为6个松弛二端口网络AF1、AD1、AL1、AF2、AD2、AL2;依据拓扑连接关系能知,AF1、AD1、AL1级联,AF2、AD2、AL2级联,如公式6‑7所示;为了便于观测运行状态以及进行潮流计算,计算混合式配电变压器的状态空间平均模型的戴维南等效参数;

其中:

依据所构建的混合式配电变压器的松弛二端口模型,推导混合式配电变压器戴维南等效参数,构建能进行潮流计算的混合式配电变压器支路电路模型;

鉴于ATB与AAC/AC‑b是级联关系同时考虑到等效过程,由此推导出三相混合式配电变压器系统的戴维南等值电路的相关参数,如式(8)‑(10)所示:其中,uTx为混合式配电变压器的x相二次侧主绕组的输出电压,uAC/AC‑x为AC/AC‑x模块的输出电压,ZTx为混合式配电变压器的x相传统工频变压器等效阻抗,ZAC/AC‑x为模块AC/AC‑x的等效阻抗;将上述混合式配电变压器输出电压和等效阻抗进一步细分;uTx为传统工频变压器的二次侧输出电压,ZTx为传统工频变压器的等效阻抗,它们由传统工频变压器的电路模型表示,uAC/AC‑x与ZAC/AC‑x由一条由二者参数构成的支路表示;故得到混合式配电变压器所在支路在电力系统网络计算中电路模型;

该模型包含两条支路,线路lij为现有配电变压器支路,其变压器变比与等效阻抗为传统工频配电变压器的参数,线路ljk为新增支路,其中uAC/AC‑x为AC/AC模块输出电压向量,ZAC/AC‑x为AC/AC模块等效阻抗;在分析混合式配电变压器电力系统运行状态时,用ZTx与ZAC/AC‑x之和表示混合式配电变压器运行时的电压降落,在计算电力系统最优潮流时,根据传统功率注入模型,线路中的同步电压源可以等效为对节点j、k的注入功率Pj、Qj、Pk、Qk,如式(11)所示;以Pj、Qj、Pk、Qk作为变量,对支路潮流进行凸优化处理,以此来建立支路潮流方程,进而求系统的潮流最优解;

依据式8,三相混合式配电变压器系统的柔性变比nHDT如式(12)所示;

综上得到混合式配电变压器系统的支路电路模型,依据其运行原理,得到其调控策略,将采样的瞬时电压值与额定值进行对比,通过降低二者差值,使控制后的调节电压不断向理论值靠近;当电力电子变换器发生故障时,AC/AC模块的旁路开关闭合,使其退出混合式配电变压器主电路,即混合式配电变压器工作于传统工频变压器模式;当负载电压发生波动时旁路开关断开,AC/AC模块通过PI调节器调节电力电子变换器的控制信号从而实现维持负载侧电压恒定目标。