学术简报｜不平衡负荷下输出并联型电力电子变压器的优化控制策略
广西电网有限责任公司电力科学研究院、国家电能变换与控制工程技术研究中心（湖南大学）、广西电网有限责任公司北海供电局的研究人员周柯、葛钦等，在2018年《电工技术学报》增刊1上撰文指出，输出电压的对称性是评价电力电子变压器（PET）性能的重要指标，造成PET输出电压不对称的主要原因在于不平衡负荷的存在。
针对模块化输出并联型电力电子变压器，提出基于其拓扑特点的不平衡运行优化策略。首先，简析PET输出级模块化并联的运行策略，建立输出级的控制模型。然后，分析不平衡负荷对电力电子变压器输出电压的不利影响，进而对经典的输出级主从控制策略进行改进，在不改变主电源模块运行的基础上，从电源进行功率跟随控制。最后，通过仿真和硬件在环实验共同验证了该文提出拓扑结构和控制策略的有效性及可行性。
电力电子变压器（Power Electronics Transformer, PET）是一种基于大功率电力电子变换技术实现电压变换及控制和能量传递的新型智能电力变压器。
它不仅具有传统变压器的基本功能，还具有其自身优点：①可以实现功率的双向流动，无功补偿及功率因数校正；②兼有断路器功能，可瞬时关断故障电流；③提高系统运行的稳定性等。
考虑到器件耐压等级等方面限制，在高电压大容量应用场合，通常需要采用多个单元进行串并联，其中模块化级联型结构已经成为主流趋势。
目前电力电子变压器拓扑结构研究主要针对三级型开展，该拓扑结构具有电能质量隔离、故障隔离、能量调度灵活等优势，能够满足智能电网发展的要求。三级型PET主要由输入级、中间级与输出级构成，可以适用于中低压配电系统。
其中三级型PET输出级可以采用单台大功率逆变器独立运行和模块化小功率逆变器并联运行。模块化小功率逆变器并联运行结构具有较好的冗余特性，具备较好的扩容与接口扩展能力。
对电力电子变压器输出级逆变器而言，主要可分为下垂控制和主从控制。下垂控制虽然具有较好的即插即用功能，但多电压源并联对功率均分与环流抑制要求严格；尤其针对多逆变器直接并联的系统，其惯性较小，控制难度相对更大。
主从控制系统相比下垂控制系统在控制难度上大大降低，在面对不平衡等特殊工况时主从控制的不对等性愈加体现了其控制的优越性。同时，该策略只需将主变换器电流信息传递给各从变换器，通信数据量小，控制算法简单，易于执行和模块化扩展。
电网中存在的大量不平衡负载必将降低电力电子变压器输出级公共母线处的电压质量，对于电能质量敏感用户来讲是不可接受的。因此，无论采用主从控制或下垂控制，提高电力电子变压器输出级供电质量是电力电子变压器亟需解决的问题。
针对这一问题，本文以主从控制作为研究的对象，在满足负荷功率需求的前提下，增加了从逆变器的负序跟踪策略。而电网中不平衡负荷引起负序分量是造成电压不对称的主要原因[16-20]。根据这一特点，对电力系统中电流负序分量进行分离和跟踪。
理论分析和公式推导证明了该方法的可行性，最后通过仿真和硬件在环实验进一步验证了本文电力电子变压器输出级主从控制策略的有效性。
图13 本文PET输出级RT-LAB实验平台
低压配电网的非对称性负荷等会直接降低电力电子变压器的供电质量，进而影响配电网及其相关设备的稳定性运行。为此，本文提出了一种级联型电力电子变压器输出级多逆变器并联配合运行的控制策略。其中主从逆变器的额定容量均为60kW。
其主要思路：首先选定主逆变器，对它采用电压电流双环控制，电压环控制输出电压为额定值，并产生逆变器的参考基准电流。从逆变器则采用电流闭环控制，通过设置合理参数来实现从逆变器输出电流跟踪基准电流。将主逆变器视为电压源用以提供稳定电压，从逆变器视为电流源以补偿不平衡负荷产生的负序电流，同时可提供一定量的正序电流功率。
该控制策略的优点具体如下。
1）全部基波负序电流及部分基波正序电流由从逆变器补偿。主逆变器由传统电压电流双闭环控制，负责维持输出级电压和频率的稳定。解放了主从逆变器控制要求的同时提高了电压质量。
2）主逆变器和从逆变器的控制算法相对独立、简单且易于实现。
3）综上所述，仿真及实验结果验证了本文所提电力电子变压器输出级主从控制策略的有效性及可行性。