一种对称式混合变压器集成滤波参数设计方法与流程

本发明涉及电力电子，具体涉及一种对称式混合变压器集成滤波参数设计方法。

背景技术：

1、对称式混合变压器中的两侧换流器通常需要配置交流侧滤波电感和滤波电容，以限制开关谐波、电流纹波及谐振放大。现有参数设计多将变压器和换流器分别处理：变压器侧依据额定容量、额定电压和短路电压百分数完成短路阻抗设计，换流器侧再独立选取外接滤波电感和滤波电容。

2、该处理方式通常将绕组漏感视为寄生参数，未将绕组漏感作为滤波电感纳入统一计算，容易造成外接滤波电感重复配置，或者因实际绕组漏感与设计滤波电感叠加而使等效滤波电感偏离目标值。部分现有设计还依据单侧换流器参数或单一谐振频率进行校核，未同时处理两侧绕组漏感分配、两侧换流器开关频率、控制带宽及主要谐波频段之间的对应关系。当两侧参数不一致时，单侧计算结果不能完整反映另一侧谐振频率；滤波电容按经验取值时，也可能使谐振频率落入工频、主要谐波、开关频率及边带或控制带宽附近。上述分离设计机制会导致滤波参数与变压器参数不匹配，产生滤波衰减不足、无功容量超限、补充电感偏大或局部谐振放大的问题，因而需要解决两侧绕组漏感、换流器参数与滤波参数之间缺少统一整定和谐振避让校验的问题。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种对称式混合变压器集成滤波参数设计方法，用于至少解决如何将两侧绕组漏感纳入两侧换流器滤波参数统一设计，并在满足滤波性能要求和电容工程约束的条件下使两侧谐振频率避开禁止谐振频段的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、获取变压器参数、绕组阻抗分配关系、换流器参数及滤波设计参数；由变压器参数折算短路电抗并按绕组阻抗分配关系确定两侧绕组漏感；以两侧绕组漏感为两侧换流器主滤波电感，由滤波设计参数确定两侧等效滤波电感、两侧单相等效滤波电容及两侧滤波电容；由变压器参数及换流器参数确定禁止谐振频段，由两侧等效滤波电感及两侧单相等效滤波电容确定两侧谐振频率；任一侧谐振频率落入禁止谐振频段时，调整两侧等效滤波电感或两侧滤波电容，直至两侧谐振频率避开禁止谐振频段；输出滤波参数。

4、在一种可能的实施方式中，对称式混合变压器包括双绕组变压器和分别与双绕组变压器两侧绕组串联的两侧换流器；变压器参数包括额定容量、额定电压、短路电压百分数、额定频率和变比，换流器参数包括开关频率和控制带宽，滤波设计参数包括等效负载、目标阻尼比、滤波性能要求和滤波电容连接方式，滤波性能要求包括开关频率处谐波衰减要求和电流纹波限值中的至少一种，绕组阻抗分配关系用于表征总漏感在双绕组变压器两侧绕组之间的分配比例。

5、在一种可能的实施方式中，根据变压器参数折算短路电抗，按绕组阻抗分配关系得到两侧绕组漏感，包括：根据额定容量、额定电压和短路电压百分数计算短路电抗，并根据变比将短路电抗折算至预设基准侧；根据折算后的短路电抗和额定频率确定总漏感，并按照绕组阻抗分配关系将总漏感分配为两侧绕组漏感。

6、在一种可能的实施方式中，根据滤波设计参数确定两侧等效滤波电感，包括：根据滤波性能要求分别确定第一侧目标滤波电感和第二侧目标滤波电感，两侧绕组漏感包括第一侧绕组漏感和第二侧绕组漏感；在第一侧绕组漏感小于第一侧目标滤波电感的情况下，根据二者之间的差值确定第一侧补充电感，在第一侧绕组漏感不小于第一侧目标滤波电感的情况下，将第一侧补充电感确定为零；在第二侧绕组漏感小于第二侧目标滤波电感的情况下，根据二者之间的差值确定第二侧补充电感，在第二侧绕组漏感不小于第二侧目标滤波电感的情况下，将第二侧补充电感确定为零；将第一侧绕组漏感与第一侧补充电感之和确定为第一侧等效滤波电感，将第二侧绕组漏感与第二侧补充电感之和确定为第二侧等效滤波电感，两侧等效滤波电感包括第一侧等效滤波电感和第二侧等效滤波电感。

7、在一种可能的实施方式中，根据两侧等效滤波电感及滤波设计参数确定两侧滤波电容，包括：根据两侧等效滤波电感、等效负载和目标阻尼比确定两侧单相等效滤波电容；根据两侧单相等效滤波电容、滤波电容连接方式和电容工程约束确定两侧滤波电容，电容工程约束包括额定电压约束、额定电流约束和无功容量约束中的至少一种。

8、在一种可能的实施方式中，根据两侧单相等效滤波电容、滤波电容连接方式和电容工程约束确定两侧滤波电容，包括：在滤波电容连接方式为每相独立连接或星形连接的情况下，将两侧单相等效滤波电容分别确定为各侧每相支路电容，并在各侧每相支路电容均满足电容工程约束的情况下，将各侧每相支路电容分别确定为两侧滤波电容；在滤波电容连接方式为三角形连接的情况下，按照线电压与相电压之间的电压关系分别对两侧单相等效滤波电容进行折算，得到各侧三角形支路电容，并在各侧三角形支路电容均满足电容工程约束的情况下，将各侧三角形支路电容分别确定为两侧滤波电容。

9、在一种可能的实施方式中，由变压器参数及换流器参数得到禁止谐振频段，包括：以额定频率为基准确定工频频段和主要谐波频段，以开关频率为基准确定开关频率及边带频段，根据控制带宽确定控制带宽频段；将工频频段、主要谐波频段、开关频率及边带频段和控制带宽频段合并，得到禁止谐振频段。

10、在一种可能的实施方式中，两侧等效滤波电感包括第一侧等效滤波电感和第二侧等效滤波电感，两侧单相等效滤波电容包括第一侧单相等效滤波电容和第二侧单相等效滤波电容；根据第一侧等效滤波电感和第一侧单相等效滤波电容确定第一侧谐振频率，根据第二侧等效滤波电感和第二侧单相等效滤波电容确定第二侧谐振频率，两侧谐振频率包括第一侧谐振频率和第二侧谐振频率。

11、在一种可能的实施方式中，调整两侧等效滤波电感或两侧滤波电容，包括：根据两侧谐振频率与禁止谐振频段之间的位置关系调整两侧滤波电容，得到调整后两侧滤波电容；在调整后两侧滤波电容满足电容工程约束的情况下，基于调整后两侧滤波电容更新两侧滤波电容；在调整后两侧滤波电容不满足电容工程约束，且增加任一侧等效滤波电感能够使同一侧谐振频率向禁止谐振频段之外的低频方向移动的情况下，根据两侧谐振频率与禁止谐振频段之间的位置关系、两侧绕组漏感和滤波性能要求确定两侧补充电感，并基于两侧补充电感更新两侧等效滤波电感；在更新两侧滤波电容的情况下，按照滤波电容连接方式将更新后的两侧滤波电容转换为更新后两侧单相等效滤波电容，并根据两侧等效滤波电感和更新后两侧单相等效滤波电容重新确定两侧谐振频率；在更新两侧等效滤波电感的情况下，根据更新后的两侧等效滤波电感和两侧单相等效滤波电容重新确定两侧谐振频率；根据禁止谐振频段重新进行谐振避让校验。

12、在一种可能的实施方式中，输出经谐振避让校验的滤波参数，包括：在两侧谐振频率均避开禁止谐振频段、两侧等效滤波电感满足滤波性能要求且两侧滤波电容满足电容工程约束的情况下，将两侧等效滤波电感和两侧滤波电容作为滤波参数输出。

13、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

14、通过获取变压器参数、绕组阻抗分配关系、换流器参数及滤波设计参数，实现了变压器参数与两侧换流器滤波设计条件的统一输入。通过由短路电抗确定总漏感并按绕组阻抗分配关系形成两侧绕组漏感，使两侧绕组漏感能够直接作为两侧换流器主滤波电感，减少绕组漏感与外接滤波电感分离设计造成的参数重复。通过依据滤波性能要求确定两侧等效滤波电感，并结合等效负载、目标阻尼比和滤波电容连接方式确定两侧滤波电容，实现了两侧等效滤波电感与两侧滤波电容的联动整定。通过将工频频段、主要谐波频段、开关频率及边带频段和控制带宽频段合并形成禁止谐振频段，能够分别校验第一侧谐振频率和第二侧谐振频率。通过在任一侧谐振频率落入禁止谐振频段时调整两侧等效滤波电感或两侧滤波电容，使输出的滤波参数同时满足滤波性能要求、电容工程约束和两侧谐振避让条件，形成可直接用于两侧换流器滤波配置的滤波参数。