PET原边的电压型PWM整流电路采用解耦的电压、电流双闭环控制,无论变压器的负载是感性还是容性,只要在一定的范围内,都可使电网的功率因数接近1;原边的单相逆变电路实现高频逆变,采用开环控制即可。为减小变压器的体积和重量,变压器导磁材料采用铁氧体等高导磁磁芯。变压器副边整流电路用于实现高频整流,对配电变压器不考虑能量的双向流动,故其采用不控整流电路。为输出恒压、恒频的交流电压,PET副边逆变电路采用电压闭环控制。
两台或数台PET并联运行是提高系统可靠性和扩大容量的一种有效途径,有关PET并联运行的研究尚不够深入。PET副边逆变器与US的逆变器工作原理一致,而多台UPS的并联运行方面的成果比较丰富,在研究PET的并联问题时可以借鉴。
目前提出的PET并联控制方法主要有:集中控制方式、主从控制方式、分布逻辑控制方式和无互连线控制方式[2]。本文主要针对两台无互连线的PET的并联运行问题进行研究。图2是两台PET并联系统结构图,其原方接于同一公共母线。
为了避免并联变压器出现环流,各台PET的二次侧电压的频率、幅值、相位必须保持一致;为实现并联变压器之间有功负荷和无功负荷的稳定分配,各台PET应具有有功调差特性和无功调差特性。具有调差特性的PET副边逆变器控制结构图如图3所示。
PET二次侧电压的频率、幅值和相位取决于逆变器的PWM脉冲的正弦调制信号,正弦调制信号的特征与频率给定值f0、相位给定值ρ0和幅值给定值有关。取f0=50Hz以保证额定频率。ρ0对应于有功负荷P0时的电压初相角(一般取为0,引入有功补偿系数Kp>0),则可形成有功调差特性
U0对应于无功负荷Q=0时的电压幅值,引入无功补偿系数KQ>0,则可形成无功调差特性
对并联运行的各PET,ρ0和U0的值应相同,由于引入有功和无功补偿,当负荷变动时,并联运行的各PET将自动调节其输出电压的相位角和幅值,自动实现变压器间的功率稳定分配;为按变压器容量大小合理分配负荷,各PET以自身容量为基准的Kp和KQ的标幺值应该相等,一般取0.01~0.05。
显然,在这种控制方式下,不同负荷时供电频率不能保持为50Hz;而若为了保证频率质量,频率调差系数取值必须很小,这又不利于稳定分配并联PET间的有功负载。与其不同,本文采用的初相角调差特性,即可保持恒频供电,又可根据需要选合理的调差系数,实现有功负荷的稳定合理分配。参与并联的各PET的输出电压频率必须都等于50Hz才能保证正常运行。在图3中,由于对频率采用闭环PI控制,可以做到这一点。
并联运行PET的参数可能不完全一致,最常见的是限流电抗器或连接线电感参数不同。图3中的电压测量点特意设置于公共母线,即使对于PET参数不一致的情况,也可以保证并联PET间的功率稳定合理分配。如电压测量点位于各PET输出端,则不能保证这一点。
本文利用Matlab6.5/Simulink搭建了仿真模型,对两台同参数PET的并联运行进行了仿真。系统主要参数为:PET额定容量10kVA,额定电压240/110V;PET2额定容量10kVA,额定电压240/110V系统频率50Hz,高频变压器频率1000Hz,IGBT开关频率 9000Hz;KP、KQ硒均取标幺值0.01,频率给定值f0取50Hz,相位给定值ρ0取0,幅值给定值U0取标幺值为1.0。
1.两台PET同时投入并联运行(情况1)
1.0s 时,两台PET在低压侧由空载投入并联运行,承担功率因数为0.8的综合性负载。有关变量波形如图4-图6所示。由图可以看出,两台PET对应变量的波形一致。并联运行后所承担的负载电流相等,实现了均流控制以及有功、无功负荷的稳定分配,且频率保持恒定值不变。
4 结 论
本文基于有功和无功调差特性方程建立了PET控制策略及模型,基于该模型对PET并联运行动态过程进行仿真研究。仿真结果表明,该控制策略可以在保持额定供电频率的前提下,实现有功、无功负荷的稳定分配,且动态特性良好。
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