(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211452566.9 (22)申请日 2022.11.21 (71)申请人 南京邮电大 学 地址 210023 江苏省南京市栖霞区亚 东新 城文苑路9号 (72)发明人 徐霄　董安奇　高辉　黎倩婷　 (74)专利代理 机构 南京正联知识产权代理有限 公司 32243 专利代理师 张玉红 (51)Int.Cl. H02J 3/06(2006.01) H02J 3/16(2006.01) H02J 3/24(2006.01) H02J 3/38(2006.01) H02M 5/458(2006.01)H02M 5/10(2006.01) (54)发明名称 一种面向有源配电网的混合变压器及其控 制方法 (57)摘要 本发明属于变压器技术领域， 公开了一种面 向有源配电网的混合变压器及其控制方法， 混合 变压器由变压器绕组和功率变换器构成； 变压器 绕组由高压三相绕组、 低压三相绕组和低压三相 控制绕组构成； 功率变换器由两个全控型碳化硅 换流器以背靠背的形式相连构成， 并通过滤波电 感分别和高、 低压三相控制绕组相连； 当混合变 压器作为有源配电网配电变压器时， 通过对比装 置低压侧馈线所连新能源并网渗透率与装置所 在区域配电网新能源最大承载力二者间的大小 关系， 低压侧可在电压 ‑频率控制和有功 ‑无功控 制两套控制策略间无缝切换， 实现新能源渗透率 不高时恒压恒频控制及新能源渗透率过高时潮 流控制， 在确保新能源安全并网的同时， 改善有 源配电网的供电质量。 权利要求书6页 说明书14页 附图10页 CN 115498648 A 2022.12.20 CN 115498648 A 1.一种面向有源配电网的混合变压器， 其特征在于， 所述混合变压器包括一个高压三 相绕组、 一个低压三相绕组、 一个低压三相控制绕组和一个背靠背 型功率变换器， 各绕组均 为星形连接且中性点接地； 高压三相绕组与低压三相绕组、 高压三相绕组与低压三相控制 绕组对应相分别通过缠绕铁芯进行磁反应耦合； 所述高压三相绕组各相绕组选定匝数位置分别引出端口， 并与 所述背靠背型功率变换 器一侧的三相交流端口通过三相断路器相连， 所述背靠背 型功率变换器另一侧的三相交流 端口与低压三相控制绕组的对应相端口也 通过三相断路器相连； 所述高压三相绕组的非接地端口通过高压侧母线与上级电网相连， 所述低压三相绕组 通过低压侧母线与下游负载及新能源相连。 2.根据权利要求1所述的一种面向有源配电网的混合变压器， 其特征在于， 所述背靠背 型功率变换器由两个相同的全控型功率变换器以背靠背的形式相连， 每个全控型功 率变换 器分别含有三对桥臂且以全桥的形式相连， 每对桥臂由两个碳化硅金氧半场效晶体管串联 构成， 两个全控型功率变换器的直流侧 通过电容组进行耦合， 电容组由两个规格相同电容 以串联的形式构成且其连接点接地， 两个全控型功 率变换器的交流侧以串联滤波电感的形 式分别与高压三相绕组的绕组引出端口及三相控制绕组的三相端口相连。 3.一种面向有源配电网的混合变压器的控制方法， 其特征在于， 利用权利要求1 ‑2任一 项所述的混合变压器， 当前时刻混合变压器所在区域新能源最大承载力由当前时刻低压侧 母线允许最大短路电流、 各节点最大电压偏差及配变最大允许反送功率这三类电网安全允 许约束条件共同决定， 分别测算各类约束 条件刚好达到其边界值时对应的新能源总发电功 率， 并取三个计算结果中的最小值将其作为当前时刻下目标区域配电网新能源的最大安全 接入功率， 将其占当前总负荷功 率的百分比作为当前时刻该区域配电网新能源的最大承载 力； 当前时刻混合变压器所在区域新能源并网渗透率为该时刻点新能源总发电功率占当 前总负荷功率的百分比。 4.根据权利要求3所述的一种面向有源配电网的混合变压器的控制方法， 其特征在于， 所述混合变压器依据所在区域配电网任意时刻新能源并网渗透率与当前时刻该区域新能 源最大承载力二者间的大小关系， 进 行装置低压侧在电压 ‑频率控制和有功 ‑无功控制两套 控制策略间的无缝切换， 实现新能源低渗透率时的供电电压调节以及新能源渗透率过高时 的反送潮流限制， 具体为： 任意时刻时， 当监测到的混合变压器所在区域配电网新 能源并网渗透率小于或等于当 前时刻下测算得到的该区域新能源最大承载力时， 装置低压侧采用电压 ‑频率控制， 控制低 压侧母线电压幅值及频率恒定在设定值上； 当监测到的目标区域配电网新能源并网渗透率 大于当前时刻下测算得到的该区域新能源最大承载力时， 混合变压器低压侧采用有功 ‑无 功控制， 将低压侧母线监测到的反送潮流控制在设定值上， 通过限制反送潮流的方式来保 障目标区域内新能源的安全接入。 5.根据权利要求4所述的一种面向有源配电网的混合变压器的控制方法， 其特征在于， 所述混合变压器高压侧采用无功 ‑直流母线电压控制具体为： a.依据背靠背型功率变 换器直流母线电压测量值 udc和参考值 计算混合变压器高压权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 115498648 A 2侧输入电流 d轴分量的参 考标幺值 ， 如下式所示： 式中，s为拉普拉斯算子， Udc,b为背靠背型功率变换器直流母线电压的基准值， kpi和kii 分别为比例积分环节 i的比例系数和积分系数， i取值范围为[1,6]， G和T分别为一阶低通滤 波环节的增益系数和时间常数， DBlk为功率变换器闭锁信号， 功率变换器闭锁时DBlk为0， 否则DBlk为1； b.依据混合变压器高压侧无功功率测量值 Q1和参考值 Q1*计算混合变压器高压侧输入 电流q轴分量的参 考标幺值 ， 如下式所示： 式中，Sb为混合变压器视在功率的基准 值； c.将混合变压器高压侧三相电流测量值 iA1,iB1,iC1进行标幺化处理， 随后对其进行 Park变换以获取三相电流测量 值在d、q轴下各分量的标幺值 id1,pu和iq1,pu， 如下式所示： 式中，I1,b和θi1分别为混合变压器高压侧三相电流的基准 值和电角度； d.将混合变压器装置高压侧三相相电压测量值 uA1,uB1,uC1进行标幺化处理， 随后对其 进行Park变换 以获取三相电压测量值在 d、q轴下各分量的标幺值 ud1,pu和uq1,pu， 如下式所 示： 式中，U1,b和θu1分别为混合变压器高压侧三相 相电压的基准 值和电角度； e.由id1,pu、 、iq1,pu、 、ud1,pu和uq1,pu经电流内环处理后获取背靠背型变换器中全 控型功率变换器1交流侧三相相电压 d、q轴分量的参考标 幺值 和 ， 随后通 过Park逆变换获取 abc轴下的对应参考相电压 ， ， ， 如下列式子 所示：权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 115498648 A 3