电力电子变压器自治运行控制策略解析

电力电子变压器自治运行控制策略解析

朱诗源

东莞市粤顺电力工程有限公司 广东东莞 523000

摘要：随着我国新型储能技术的不断发展和应用，促使我国传统配电网系统需要作出适当的调整，这样才能满足电力资源保持持续稳定供应的目标。变压器作为电网系统运行重要的设备，在新形势下，传统的工频变压器已经无法满足配电网稳定运行的现实需求，电力电子变压器技术在配电网系统中的应用，能够满足电能变换的应用需求。基于此，本文重点分析了电力电子变压器自治运行控制策略，为提升配电网系统协调管理水平提供可靠的参考。

关键词：电子变压器；运行控制；策略

前言

随着分布式发电以及储能技术在电网系统中的接入应用，促使电网系统电负荷运行的稳定性受到影响，需要选择新型的变压器设备和技术方法，保持电网运行的稳定性。电力电子变压器属于一种新型的装置，相比传统的变压器具有更多的应用优势，通过对电力电子变压器自治运行控制策略的研究，能实现不同电力特征电能间的有效转换，满足电网电压能量的协调性管理需求。

一、电力电子变压器结构分析

通过对模块化并采用多个电平换流器的电力电子变压器的拓扑结构开展深入分析，能够进一步掌握其应用性能以及运行控制对策。对于电力系统中选择的高压输入级应根据整个系统运行的实际情况，采用模块化多电平变换器结构，这样才能达到电力系统稳定运行的需求，在使用过程中需要使用桥臂模块和串联电抗器La的组成结构，其中，结构中的子模块大部分情况下应采用级联模式。高压输入级在电力系统中的应用可以参考模块化多电平转换器的基础性控制措施，基于模块化多电平变换器子模块的能量分布和电压运行过程中遵循的平衡性规律，推导了整个结构中每个子模块的电容器电平控制平衡策略，以确保直流电压能够始终保持稳定的运行状态[1]。根据模块化多电平变换器环流模式运行的规律和特征，在电网系统应用过程中能够采用通用环流控制方式，减少了负序坐标和相位解耦的环节。中间隔离级会将输入的高直流电压根据系统运行的需求合理地转变为高频交流电压，并充分利用高频变压器将系统中的电压降低，然后在次级侧转换回较低的直流电压。在系统运行过程中受到输入电压等级过高因素的影响，需要采用串联输入和并联输出两种方式相结合的方法。

二、交直流配电网特性分析

利用低压直流连接中低压交直流才能满足配电网稳定运行的现实需求。随着光伏发电技术的日益成熟并接入电网系统中，在每个配电网中基本上都接入了小容量的 分布式光伏发电获得的电源，对于一些规模较大的配电网还接入了超级电容与燃料电池等储能单元。在多个储能设备在电网中合并的情况下促使10kV 主网运行的稳定性受到了影响，因此，需要将10kV 主网接入中压交流的重要端口，这样才能保持电网初始电压运行频率的稳定性，并且还能够对电压运行频率与直流配电网母线电压的稳定性发挥支撑作用。但是在孤岛模式下应用此种模式，会促使交直流配电网与主网间产生不规则性的断联情况，因此，需要将储能单元作为整个系统运行安全性和稳定性的重要支撑。由于主电网在运行功率上起到的支撑作用显著不足，配电网系统中负荷所需要的功率都是利用小容量分布式电源作为重要供给支撑，这就充分体现出配电网中功率协调的重要性，因此，配电网间高速精准的功率传输是保证配电网持续稳定运行的基础保证，同时也是电力电子变压器实现精准控制的核心[2]。

三、电力电子变压器自治运行控制策略

（一）构建全局化的多端口传输模型

由于电力电子变压器端口之间的能量流一致性，需要构建电力电子变压器的全局多端口传输模型。由于电压级别和特性信号间存在显著的差异性，每个端口的运行状态要想实现一致性的运行目标具有一定的难度。充分考虑到孤岛模式下电力指标运行的特殊性，为了达到电力指标的正常运行值，就需要对端口的特性信息实施标准化处理，这样才能更加精准可靠地表达交流和直流配电网的负荷率，保持端口电力能量流的持续运行，促使端口的运行状态达到稳定运行的标准。通过对端口标准值的校准，能够精准掌握端口的弧垂特性曲线，再利用标准算法，得到具体的计算数值，赋予每个端口新的运行标准值，促使端口的特性曲线出现了变动，端口的负载率也随之发生波动，确保了端口之间的任意能量分布的合理性[3]。

（二）用下垂控制方法来控制

采用下垂控制方式的小容量分布式电源能够实现对工作点的优化和调整，主要依据是系统运行过程中采集到的公共连接点和输出功率的信息，在采用多个逆变器的情况下，能够实现设备之间的协调稳定运行。下垂控制的电力电子变压器的应用，相比传统的逆变器运行对系统的影响具有较大差别，具体体现在以下方面：首先，传统逆变器采用单个输出端口的运行方式，而下垂控制方式则能够实现多个逆变器在配网系统中协调运行；其次，电力电子变压器最大的应用特点是其具有多端口，每个端口都能够连接到不同的配电网中，为了确保接入后不对系统稳定性产生影响，就应协调每个端口的功率输出，不会对系统运行产生较大的波动。现阶段，关于电力电子变压器能量传输和平衡的研究不断深入，大致研究和讨论的重点是基于上级电网或控制器的调度规定，这也使得电力电子变压器在配电网应用过程中被动实施能量传输

[4]。

四、仿真验证分析

仿真条件：每个配电网根据设备和线路的建设情况，都保持稳定的电力负荷量。可以对不同时间段电力负荷量进行设计，在时间段1期间，每个凹陷曲线的平移为0；在第2时间段，中压AC和DC配电网的弧垂曲线的位移分别增加到0.4和0.3；在第3时间段，中压直流配电网的弧垂曲线的平移量增加到0.5。

通过分析的结果可以看到，在时间段1期间，每个弧垂曲线的平移均保持不变，每个配电网在运行过程中都根据相等的负荷率输出功率。在第2个时间段，中压AC和DC配电网的弧垂曲线的位移值分别变为0.4和0.3。在这种情况下基于相关公式，计算出的负荷率与模拟结果相同。这也充分说明了在配网系统运行期间中压交流和直流配电网的负荷率都出现了明显的提高，获得的仿真结果显著高于低压交流和直流配电网。在配网运行的第3时间段，当中压直流配电网弧垂曲线的位移增加到0.5时，中压负荷率也体现出了高于低压交直流配电网络的情况。从仿真试验所获得的结果，充分证明了在电网系统运行过程中，采用自主运行控制策略能够满足电网系统稳定运行的现实需求，并且能够对不同配电网间的电力传输效率进行调节，保证电能的整体质量，为系统中不同电压等级电能的协调有效管理提供了技术支持，通过获得的弧垂曲线变化规律，能够掌握每个配电网电能需求，进而实现对电压及负荷率的科学调整。

结束语：

现代化科技的进步发展，促使光伏发电和储能设备在电网系统中接入并应用，电力资源作为经济发展依赖的重要能源，需要在新设备和新技术的应用下，保持电网系统的持续稳定运行。从当前电网系统运行的实际情况来看，充分利用电力电子变压器自治运行控制策略，能够对电网电能进行协调管理，并为电力系统的建设和发展提供可靠的运行保障。

参考文献：

[1]刘海军,李刚,王志凯,等.面向中高压智能配电网的电力电子变压器建模方法与控制策略研究[J].电力系统保护与控制,2017, 45(2):

9.

[2]胡丽萍,孙英云,王春斐,等.基于广义下垂控制的电力电子变压器运行策略优化组合[J].电力系统自动化,2020,44(3):9.

[3]张海洋,王明渝.级联式电力电子变压器的电压平衡控制策略[J].现代电力,2020,37(1):6.

[4]王新磊,钟建伟,田浩.级联型电力电子变压器逆变级虚拟同步机控制策略[J].电工技术,2023(6):42-43.