近年來，一種基于電力電子變換技術(shù)的新型電網(wǎng)配電變壓裝置，即PET，受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。它不僅體積小、重量輕，而且具有交直流轉(zhuǎn)換能力，可靈活地將各種分布式發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)，比傳統(tǒng)變壓器更能適應(yīng)智能電網(wǎng)環(huán)境下用戶對電能的個性化需求。

　　在三電平結(jié)構(gòu)中，開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力僅為兩電平拓撲的一半，因此可以成倍提升輸入級的電壓，解決PET在配電系統(tǒng)中的實用化問題，且不存在開關(guān)管直接串聯(lián)電路中的器件均壓問電力系統(tǒng)及其自動化。

　　題。與模塊串并聯(lián)拓撲相比，可以減少所用器件的數(shù)量，提高PET的可靠性并降低成本。但目前國內(nèi)還未見公開發(fā)表的有關(guān)三電平結(jié)構(gòu)PET的相關(guān)。這里在上述的基礎(chǔ)上提出改進的三電平PET，設(shè)計了三相系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的控制策略，并通過仿真驗證了其拓撲和控制策略的有效性。

　　2三電平PET電路介紹為三電平PET的拓撲結(jié)構(gòu)。其工作原理為：輸入級將高壓工頻交流電經(jīng)整流后變成直流電，在隔離級被調(diào)制成高頻方波加載到高頻變壓器，降壓后在次級又還原成直流電，比較后經(jīng)輸出級逆變成三相低壓工頻交流電。由于中間隔離級的存在，在電源發(fā)生電壓波動、頻率閃變、諧波注入或負載投切時，三電平PET能避免系統(tǒng)側(cè)與負載側(cè)的相互影響，維持初、次級良好的電壓電流波形，且輸出恒定的電壓。

　　2.1輸入級系統(tǒng)的輸入級采用二極管箝位式三電平PWM整流器，每一個橋臂由4個功率開關(guān)構(gòu)成，因此每一個主功率開關(guān)所承受的電壓峰值只有兩電平PWM整流器的一半，而且三電平PWM整流器有27個開關(guān)矢量，因此其在開關(guān)頻率不是很高的情況下也能保證網(wǎng)側(cè)良好的電流波形，其諧波和畸變率大大小于兩電平PWM整流器。高頻的PWM整流器可以保證網(wǎng)側(cè)電流與電源之間功率因數(shù)為1. 2.2中間隔離級系統(tǒng)的中間隔離級在原有三電平PET基礎(chǔ)上作了改進，采用零電壓開關(guān)半橋三電平DC/DC變換器，對配電變壓器不考慮能量的雙向流動，故在變壓器次級采用全橋不控整流電路，開關(guān)管兩端并聯(lián)電容為其自身結(jié)電容。與兩電平PET中的DC/DC變換器相比，通過變換器初級2只中點箝位二極管使得4只開關(guān)管電壓應(yīng)力僅為輸入直流電壓的一半，且通過諧振電感Lk對4只開關(guān)管上的并聯(lián)結(jié)電容進行充放電，使相應(yīng)的結(jié)電容兩端電壓達到零，實現(xiàn)零電壓開關(guān)，飛躍電容Cs用來將2對開關(guān)管開關(guān)過程連接起來，這樣能有效減小開關(guān)損耗，提高變換器效率。

　　2.3輸出級由于隔離級己將高壓直流電變換為約600V的低壓直流電，且PET輸出目標(biāo)也是380V低壓用電，在此電壓等級下，目前的IGBT器件己足夠成熟可靠，因此輸出級采用兩電平PWM逆變器，并輔以LC濾波器。

　　3控制策略3.1輸入級控制輸入級的控制策略需要實現(xiàn)整流輸出直流電壓可控及網(wǎng)側(cè)電流與電源之間單位功率因數(shù)運行等，因此采用在d，坐標(biāo)系下的電壓電流雙閉環(huán)控制策略，為輸入級的控制原理。

　　為保證三電平PET各環(huán)節(jié)間的電壓平衡，必須對三電平PWM整流器的中點電壓進行控制。

　　設(shè)中點處上電容電壓為Um，下電容電壓為Um，由可知一對小矢量對中點電壓的影響正好相反，定義使ud（！1大、Um減小的為正小矢量，反之為負小矢量。當(dāng)采用變比例因子精確中點電壓控制方法時，定義比例因子：：U為中點電壓偏差期望值。

　　除上式外，還需將p限制在1以內(nèi)。這里對該方法進行進一步改進，結(jié)合網(wǎng)側(cè)電流方向來先判斷小矢量的正負屬性。

　　利用此方法，根據(jù)中點電壓偏差實時調(diào)整正負小矢量的作用時間，達到更精確的中點電壓控制，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　3.2中間隔離級控制為抑制網(wǎng)側(cè)電源波動及負載突變等對隔離級輸出直流電壓的影響，隔離級控制策略需實現(xiàn)隔離級輸出電壓可控及恒定?？紤]到控制方案的簡化，這里設(shè)計了一種電壓單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)方法。

　　在的隔離級框圖中，定義VTi，VT4為超前管，VT2，VT3為滯后管，對開關(guān)管驅(qū)動信號采用移相控制的方法，VTi和VT4，VT2和VT3分別成180.互補導(dǎo)通，VTi，VT4分別超前VT2，VT3?個相位，稱為移相角。在控制方案設(shè)計中通過調(diào)節(jié)移相角的大小即可控制輸出電壓的大小。因此將輸出直流電壓實際值U.與設(shè)定值U.之間的偏差通過PI調(diào)節(jié)器，其輸出為移相角，作用到移相PWM控制器上得到4個開關(guān)管的控制脈沖，從而實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)。為隔離級的控制原理。

　　3.3輸出級控制輸出級控制需要實現(xiàn)輸出恒壓恒頻的低壓三相交流電，當(dāng)網(wǎng)側(cè)電源波動或者負載投切時保持輸出電壓恒定。通常配電系統(tǒng)的負載為無源性質(zhì)，因此采用在d，坐標(biāo)系下基于瞬時值反饋的定交流電壓控制，為輸出級控制原理圖。將三相負載電壓的d，分量分別與各自值比較后的偏差量經(jīng)各自PI調(diào)節(jié)器，得到指令空間電壓矢量Ud，Uq，比較后經(jīng)過SVPWM得到開關(guān)管的驅(qū)動脈沖。d軸電壓值為負載相電壓幅值，q軸電壓4仿真研究為驗證該三電平PET電路的合理性和控制策略的有效性，針對10kV/380V配電系統(tǒng)環(huán)境下PET的穩(wěn)態(tài)運行及輸入電壓波動、頻率閃變、含有諧波、負載投切等特殊情況進行了仿真研究，采用PSCAD/EMTDC軟件仿真。其參數(shù)如下：輸入級，輸入電感Lr=15mH，輸入電阻R=0.5ft，輸出穩(wěn)壓聯(lián)結(jié)電容C=10nF，輸出濾波電感Lg=0.2mH；輸出級，濾波電感Lv=0.3mH，濾波電容Cv=300輸入級、隔離級、輸出級及高頻變壓器工作頻率均為5kHz，高頻變壓器變比8.6kV：1.5kV.穩(wěn)態(tài)運行為三電平PET穩(wěn)態(tài)運行時的仿真波形。

　　它在保證輸出級輸出電壓恒定的同時，使輸入電流及輸出電壓均為正弦波，且實現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)控制。由c可見，在VI承受電壓降為零時對其進行了開通與關(guān)斷，實現(xiàn)了零電壓開關(guān)。

　　經(jīng)快速傅里葉變換分析，其單相輸入電流總諧波畸變率約為1.04%，單相輸出電壓7HD0.93%.輸入電壓波動20%為輸入電壓波動時的仿真波形。在0.505s處，初級10kV系統(tǒng)輸入電壓出現(xiàn)20%的電壓上升，持續(xù)2個周期后恢復(fù)正常，在0.565s處輸入電壓又出現(xiàn)20%的電壓跌落，持續(xù)2個周期后恢復(fù)正常。從仿真結(jié)果可見，輸出電壓幾乎不受影響，有效抑制了輸入電壓的波動。

　　4.3輸入電壓發(fā)生頻率閃變?yōu)檩斎腚妷喊l(fā)生頻率閃變時的仿真波形。在0.505s處，輸入電壓出現(xiàn)10Hz的頻率跌落，持續(xù)2個周期后恢復(fù)正常，在0.565s處輸入電壓又出現(xiàn)10Hz的頻率上升，持續(xù)2個周期后恢復(fù)正常。由仿真結(jié)果可見，輸出電壓幾乎不受影響，能夠有效抑制輸入電壓頻率的閃變。

　　輸入電壓頻率閃變時的仿真波形4.4輸入電壓含基波幅值20%的5次、7次諧波為輸入電壓含有基波幅值20%的5次、7次諧波時的仿真結(jié)果。由FFT分析可知，單相輸出電壓的7HD0.97%，可見PET輸出仍維持了較好的正弦度。可見即使輸入電壓中有較多的諧波，由于隔離級的存在阻礙了諧波擴散，因此輸出電壓基本不受影響。

　?。╝）輸入電PR）輸+電壓輸入電壓含5，7次諧波時的仿真波形4.5負載投切為突加負載時的仿真波形，0.45s時突加66.7%的負載。由仿真可見，在突加負載后輸入電流變大，但仍維持正弦波且與輸入電壓之間功率因數(shù)為1.輸出電壓在突加負載時發(fā)生一定的波動，但馬上又恢復(fù)正常。說明負載投切對輸出電壓的影響能被有效抑制。中點電壓偏差始終保持平衡，在負載突加后略微變大，但始終保持在2V以內(nèi)，說明中點電壓控制達到了很好的效果。

　　5結(jié)論所提出的三電平PET在穩(wěn)態(tài)運行時能夠保持初級可控且良好的電壓電流波形，在輸入電壓波動、頻率閃變、含有諧波及負載投切等動態(tài)過程中上接第103頁）可見，Cuk電路拓撲實現(xiàn)了對蓄電池的脈沖式充電，與Boost變換器、Buck變換器相比，極大地提高了光伏電池效率。脈沖式充電法是一種新型充電方法，它米用充電與放電結(jié)合的方式，在充電一段時間后加一個放電瞬間，這樣能減少析氣的產(chǎn)生，從而解決快速充電過程中的極化問題。

　　不同變換器下的蓄電池充電電量波形此過程還可以減小電池內(nèi)阻、壓力、溫度，以及能量損耗，使電能更有效地轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來。脈沖充電法符合蓄電池的電能接受特性，在都能保持輸出電壓的恒定，有效地抑制了可能出現(xiàn)的擾動，實現(xiàn)了良好的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)。在結(jié)構(gòu)特點上三電平PET可在有效提高輸入電壓等級的同時降低開關(guān)損耗，使得PET的實用化變?yōu)榭赡?。另外，PET電路中的直流環(huán)節(jié)也為光伏發(fā)電等新能源系統(tǒng)以及儲能系統(tǒng)的直接接入提供了接口。目前，所提出的三電平PET的實驗樣機尚處在研制中，待樣機完成后可以直接應(yīng)用在6kV的配電系統(tǒng)中。