电力电子变压器控制策略研究

电力电子变压器控制策略研究

尚祖阳

中国民用航空东北地区空中交通管理局黑龙江分局  黑龙江省  15000

摘要：电力电子变压器作为电力系统中的关键元件，其性能和控制策略对电力系统的稳定性和效率有着重要影响。随着电力系统的复杂化和智能化发展，对电力电子变压器的控制策略提出了更高的要求。传统的变压器控制方法难以适应系统对快速响应、高效能转换和稳定运行的需求，因此，需要更先进的控制策略来满足电力系统的要求。本文将深入研究电力电子变压器控制的策略，以及其在电力系统中的实际应用，希望推动电力电子变压器控制策略的创新和应用，为电力系统的可持续发展提供有力支持。

关键词：电力电子变压器；控制策略

引言

随着我国对电力的需求不断增大，电力技术人员就需要不断研发覆盖范围更广，供电性能更加稳定的电力系统，其电力技术系统需要持续扩大，逐渐形成数量众多的电网技术系统、超大型电网技术系统，使得电力技术系统逐渐变得更加复杂化。为了有效控制维持电网技术运行的安全性、稳定性，相关技术人员就需要对具备远距离控制技术的输配电技术系统以及容量较大的配电技术系统进行全面优化，使其能够最大限度地进行控制，避免因为非线性负载强度增加导致的电压闪变的现象。

1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。

2电力电子变压器控制策略的现状与挑战

电力电子变压器作为电力系统中的重要组件，其控制策略在电力领域中具有重要地位。控制策略的选择和优化直接影响到电力电子变压器的性能和稳定性。本文将探讨电力电子变压器控制策略的现状以及面临的挑战，并提出一些可能的解决方案。

电力电子变压器是电力系统中的关键设备，用于实现电能的变换、传输和分配。在不同的电力应用中，电力电子变压器需要根据具体的要求采用不同的控制策略，以确保电能的高效传输和稳定运行。然而，随着电力系统的不断发展和电力需求的增加，电力电子变压器的控制策略也面临着新的挑战和机遇。目前，电力电子变压器的控制策略主要包括传统的PID控制、模型预测控制、自适应控制等多种方法。每种方法都有其适用的场景和局限性。例如，传统的PID控制在一些简单的电力电子变压器应用中表现出色，但在复杂的系统中可能无法满足要求。模型预测控制可以更好地处理非线性系统，但需要较高的计算能力。自适应控制可以根据系统的动态特性进行调整，但需要更多的实验数据和建模工作。

面临的挑战之一是电力电子变压器控制策略的复杂性。随着电力系统的智能化和自动化程度不断提高，控制策略需要更多的功能和性能，以满足不同场景下的需求。同时，电力电子变压器通常处于恶劣的工作环境中，如高温、高湿度等，控制策略的稳定性和可靠性也面临挑战。另一个挑战是电力电子变压器控制策略的优化。随着电力系统的不断发展，控制策略需要不断优化，以适应新的电力需求和技术进步。优化控制策略可以提高电力电子变压器的性能和效率，降低能源浪费，但也需要大量的研究和实验工作。

电力电子变压器控制策略的现状与挑战是一个复杂而重要的课题。通过深入研究和创新，我们可以更好地理解电力电子变压器控制策略的特点和问题，并提出更有效的解决方案，以满足不断发展的电力需求。在接下来的研究中，我们需要密切关注电力电子变压器控制策略的发展趋势，为电力系统的稳定运行和可持续发展做出贡献。

3电力电子变压器控制策略的优化与改进

电力电子变压器在现代电力系统中扮演着至关重要的角色，其控制策略的优化与改进对于提高电力系统的可靠性、效率和可持续性具有重要意义。本节将探讨电力电子变压器控制策略的现有问题，并提出一些可能的优化和改进方法。

目前，电力电子变压器控制策略面临着多方面的挑战。首先，电力系统的复杂性不断增加，需要更加智能化和自适应的控制策略来应对不断变化的电力需求。其次，电力电子变压器通常工作在恶劣的环境条件下，如高温、高湿度等，因此其控制策略需要具备良好的稳定性和可靠性。再者，电力电子变压器在不同应用场景下具有不同的性能要求，因此需要灵活的控制策略来满足不同的需求。为了解决这些问题，需要对电力电子变压器的控制策略进行优化和改进。一种常见的方法是采用模型预测控制（Model Predictive Control，MPC）策略，该策略基于系统的数学模型，可以更好地处理非线性和时变性系统。MPC策略可以实时调整控制参数，以适应不同的工作条件，提高系统的稳定性和性能。

另一个优化策略是采用自适应控制方法，该方法可以根据系统的动态特性实时调整控制参数，以应对系统的变化和不确定性。自适应控制可以提高电力电子变压器的鲁棒性，降低系统故障的风险。此外，近年来人工智能（Artificial Intelligence，AI）技术的发展为电力电子变压器的控制策略优化提供了新的思路。通过机器学习和深度学习技术，可以建立更精确的系统模型，并实现智能化的控制策略。例如，基于神经网络的控制策略可以实时学习系统的动态特性，并做出相应的调整。

电力电子变压器控制策略的优化与改进是一个复杂而重要的研究领域。通过采用先进的控制方法，如MPC、自适应控制和人工智能技术，可以不断提高电力电子变压器的性能和效率，从而更好地满足电力系统的需求。

4电力电子变压器控制策略

4.1AC/DC变换器控制策略

为保证电力电子变压器安全、稳定、高效地工作，针对本系统设计一套控制方案，包括输入级AC/DC变换器的控制策略，输出级DC/DC变换器的控制策略。通过对电力电子变压器主电路拓扑分析和参数的初步计算，拟定的电力电子变压器的控制策略方案为：针对本系统AC/DC变换器和DC/DC变换器的控制策略分别选择电压平衡和功率平衡控制策略。其中，电压平衡控制策略主要负责调节输出电压均衡，单位功率因数输入，正弦输入电流等；功率平衡控制策略主要负责保证各单元DC/DC变换器所传输的功率均等，即DC/DC变换器等效为相同大小的负载。前后两个控制策略共同完成中间直流电压平衡调节的目标，确保系统稳定运行。输入级AC/DC变换器控制策略。不同单元的直流侧电压，平均电压的参考电压（或单元的直流侧参考电压），平均直流电压。该平衡策略首先对系统总体的平均电压进行控制，得到每个H桥的平均输出电压指令，然后再根据每个级联H桥直流侧电容电压的不平衡程度进行独立的补偿控制。当各级联H桥直流侧电容电压相等时，每个桥的输出电压指令均为平均输出电压指令；电压不平衡时，需针对各桥的直流电压与各桥的参考电压指令的偏离程度在平均输出电压指令的基础上设置补偿，即所谓的独立电压补偿平衡控制。通过控制各桥对有功功率的吸收，以达到调节直流侧电容电压的目的。

4.2DAB控制

面对单相模块级联型H桥DAB模块的负载特性不一致所导致的功率失衡问题，在整流级采用公共占空比和电压辅助环来调节，但该方法无法保证DAB模块的功率均衡，因此通过协调控制来实现输出电压和传输功率平衡。本文采用电压跟随控制方法作为底层控制，以及整流级占空比有功分量反馈控制作为顶层控制。

4.3DC/DC变换器控制策略

输出级DC/DC变换器控制策略。各单元输入直流电压；各单元输出电流平均值；输出直流电压；各个DC/DC变换器进行移相控制的移相角。以直流输入电压作为前馈控制，经PI调节得到直流电流参考值，各单元输出电流的平均值与其比较，再经PI调节得到对应单元的移相角，从而控制各单元的传输功率相等，同时稳定直流输出电压。由控制框图可知，在控制中引入DC/DC变换器的输入电压作为前馈控制，经过一个PI电压调节器输出直流电流的参考值，各单元输出电流的平均值与对应的参考电流进行比较，再经过一个PI电流调节器得到对应单元的移相角，从而控制各单元的传输功率相等，同时给负载提供稳定的输出电压。

5电力电子变压器控制策略的实际应用与效果评估

电力电子变压器控制策略的实际应用是该领域研究的关键部分，它直接影响了电力系统的性能和效率。本节将讨论电力电子变压器控制策略在实际应用中的情况，并对其效果进行评估。

电力电子变压器控制策略在不同应用领域中得到了广泛的应用。例如，在电力传输和分配系统中，电力电子变压器可以用于电压控制、无功功率补偿和电流过载保护等方面。在电动车充电站和电力电池管理系统中，电力电子变压器控制策略可以实现高效的电能转换和储存。此外，在工业生产和航空航天领域，电力电子变压器也扮演着重要的角色。在实际应用中，电力电子变压器控制策略的效果评估是至关重要的。这需要考虑多个因素，包括系统的性能、稳定性、效率和可靠性等。一种常见的评估方法是通过仿真和实验来验证控制策略的有效性。通过模拟不同工况和故障情况，可以评估控制策略在不同情况下的性能。同时，实际实验可以验证仿真结果，并对控制策略进行优化和改进。此外，还需要考虑控制策略的成本效益。电力电子变压器控制策略的实施和维护成本需要与其性能和效益相匹配。因此，需要综合考虑成本、性能和效益等多个因素，以确定最佳的控制策略。

结语

电力电子变压器控制策略在实际应用中具有广泛的应用前景，并且需要不断进行效果评估和优化。通过合理的应用和评估，可以更好地满足电力系统的需求，提高电力系统的可靠性和效率。在未来的研究中，我们还需要不断探索新的应用领域和改进方法，以推动电力电子变压器控制策略的发展。

参考文献：

[1]李华.电力电子变压器在电能转换中的应用与研究[J].电气技术，2020，46(10)：117-123。

[2]刘洋.基于人工智能的电力电子变压器控制策略优化[J].电力电子技术，2021，45(2)：36-42。