基于电力电子变压器并联运行动态仿真

　　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[5-7],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

　　ρ=ρ0-KpP （1）

　　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

　　U=U0-KQQ （2）

　　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。

　　文献[2,8]提出采用频率调差特性进行并联PET以及逆变电源的有功功率分配。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[3]。

　　3 仿真分析

　　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。

　　3.1 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。

　　3.2 PET2加入并联运行（情况2）

　　PET1带载运行，1.0s时PET2由空载状态投入，两台PET并联运行。有关波形如图7和图8所示。由图可见，PET1由单机运行状态切换至并联运行状态后，其承担的负载电流、有功和无功负荷均有所下降，下降部分由PET2来承担，最终两台并联PET之间实现了均流控制以及有功、无功负荷的稳定分配且具有良好的动态响应性能。

　　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。