Leistungselektronischer Transformer mit adaptiver PLL-Technik für die Durchführung bei Spannungsstörungen
In diesem Artikel wird ein neues PET für Verteilungsnetze vorgeschlagen, das als flexibles Verteilungseinheit bezeichnet wird, und der Energieaustauschmechanismus zwischen Netzwerk und Last wird aufgezeigt. Ein 30 kW 600 VAC/220 VAC/110 VDC mittelfrequenz-isolierter Prototyp wurde entwickelt und demonstriert. Der Artikel präsentiert auch die Schlüsselsteuerstrategien des PET für Anwendungen in elektrischen Verteilungsnetzen, insbesondere unter Störbedingungen der Netzespannung. Darüber hinaus werden Stabilitätsprobleme im Zusammenhang mit dem netzgebundenen dreiphasigen PET diskutiert und durch eine impedanzbasierte Analyse überprüft. Der PET-Prototyp wurde getestet und hat die Spannungsstörungs-Ride-Through-Funktion bestanden.
1.Einführung.
Ein Verteilungstransformator ist die wichtigste und am häufigsten verwendete Ausrüstung in einem Verteilungsnetz, die für die Spannungsumwandlung und Spannungsisolation zuständig ist. Ein traditioneller Verteilungstransformator ist sehr zuverlässig; jedoch ist er groß und unhandlich. Die Harmonischen zwischen der Primär- und Sekundärseite können nicht isoliert werden, und zusätzliche Geräte sind erforderlich, um mögliche Ausfallprobleme zu überwachen und zu schützen. Heutzutage sind diese Nachteile echte Bedenken in der Wissenschaft und Industrie. Daher haben auf Leistungselektronik basierende Transformatoren, wie Power Electronic Transformers, intelligente universelle Transformatoren, Festkörpertransformatoren, Smart Transformers, Energierouter und andere, in den letzten 10 Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen, insbesondere für Anwendungen in der Luftfahrt, der Eisenbahnantriebstechnik, im Smart Grid und im Energielnternet. Ihre erste Nutzung kann in speziellen Anwendungen liegen, wo Kosten und Effizienz nachrangig gegenüber Größe und Gewicht sind.
2.Struktur und Spezifikationen des PET.
Für den mehrfach gewickelten mittelfrequenz-isolierten DC/DC-Wandler wird eine offene Steuerung mit fester Schaltfrequenz verwendet. Er wird als DC-Transformator bezeichnet und bietet eine unregulierte Ausgangsspannung. Durch die Reduzierung der Regelanforderungen und die Verengung des Eingangsspannungsbereichs kann der DC-Transformator eine höhere Effizienz und größere Leistung als der standardisierte regulierte Transformator erreichen, selbst wenn der Filterdrossel eliminiert wird. Dreiphasige Inverter bestehen aus drei identischen modularen einphasigen Vollbrückenh4-Invertern, die eine ausgezeichnete interne Lastungleichgewichtskorrekturfähigkeit besitzen, oder es müssen zusätzliche Steuermethoden zum dreiphasigen Inverter hinzugefügt werden. Die AC-Ausgangsspannung wird mit Doppelkreissteuerungen geregelt, wobei der äußere Kreis zur Regelung des RMS-Werts der Spannung eingestellt ist, während der innere Kreis den Momentanwert der Spannung regelt. Darüber hinaus unterstützt eine bipolare SPWM-Steuerstrategie die Blindleistung.
3.Schlüsselstrategien für PET zur Spannungsstörungs-Ride-Through-Funktion.
Für ein PET, das bei einer Spannungsstörung des Netzes betrieben wird, sind Beobachtbarkeit und Steuerbarkeit entscheidend. Die genaue und schnelle Erfassung der Frequenz und des Phasenwinkels der Netzespannung ist wesentlich, um die korrekte Erzeugung von Referenzsignalen sicherzustellen und den Netzkodex zu berücksichtigen, insbesondere für solche, die unter gängigen Netzdistorationen wie Harmonischen, Spannungsabfällen, Frequenzänderungen und Phasensprüngen arbeiten. Die dynamische Änderung der Netzespannung sollte für schnelle Steuerungsfragen berücksichtigt werden. Daher wurden zwei Schlüsselstrategien für das PET untersucht und in diesem Abschnitt separat vorgestellt, einschließlich der Designmethoden der Phasenregelung (PLL), der Steuerprinzipien und des Kleinsignalmodells des dreiphasigen PWM-Gleichrichters. Die Stabilitätsprobleme im Zusammenhang mit dem netzgebundenen dreiphasigen PET werden ebenfalls diskutiert.
4.Fazit.
In diesem Artikel wird ein neues PET für Verteilungsnetze vorgeschlagen, das als flexibles Verteilungseinheit bezeichnet wird. Die DC/DC-Isolation für die dreiphasigen Inverter wird durch einen kompakten mehrfach gewickelten Transformator implementiert, was die Systemkomplexität reduziert. Mit dem Fokus auf die Netzcodeprobleme des PET, wie die Spannungsstörungs-Ride-Through-Funktion und harmonische Resonanz, die bisher noch nicht begegnet sind, präsentiert dieser Beitrag detailliert die Schlüssel-PLL-Designmethoden unter verzerrten Netzbedingungen, die Steuerprinzipien, das Kleinsignalmodell und die Eingangsadmittanz des dreiphasigen PWM-Gleichrichters. Dies hilft, die harmonische Resonanz in leistungselektronikbasierten Stromsystemen mit PET zu verstehen.
Quelle: IEEE Xplore
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