Improved Control Method for Three-port Power Electronic Transformer Based on Magnetic Integration

LIAO Zhixian; LI Binbin; SUO Zhiwen; HAN Linjie; ZHAO Xiaodong; XU Dianguo

doi:10.7500/AEPS20220927004

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Improved Control Method for Three-port Power Electronic Transformer Based on Magnetic Integration

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Improved Control Method for Three-port Power Electronic Transformer Based on Magnetic Integration
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 11, Pages: 133-143(2023)
- 作者机构：
  
  1.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江省哈尔滨市 150001
  2.广西师范大学电子与信息工程学院/集成电路学院，广西壮族自治区桂林市 541004
  3.国网经济技术研究院有限公司，北京市 102209
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52177173)
- DOI：10.7500/AEPS20220927004
  CLC：
- Received：27 September 2022，
  
  Revised：2023-01-07，
  
  Published：10 June 2023
- 稿件说明：
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廖志贤,李彬彬,索之闻等.磁集成三端口电力电子变压器的改进控制方法[J].电力系统自动化,2023,47(11):133-143.

LIAO Zhixian,LI Binbin,SUO Zhiwen,et al.Improved Control Method for Three-port Power Electronic Transformer Based on Magnetic Integration[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(11):133-143.
廖志贤,李彬彬,索之闻等.磁集成三端口电力电子变压器的改进控制方法[J].电力系统自动化,2023,47(11):133-143. DOI： 10.7500/AEPS20220927004.

LIAO Zhixian,LI Binbin,SUO Zhiwen,et al.Improved Control Method for Three-port Power Electronic Transformer Based on Magnetic Integration[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(11):133-143. DOI： 10.7500/AEPS20220927004.

摘要

针对现有多端口电力电子变压器磁性元件体积大、功率变换单元多、成本高的问题，提出基于磁集成的三端口拓扑及控制策略。将传统拓扑的6个桥臂电感和大量的高频变压器集成为3个集成变压器，从而减小磁性元件体积。在变压器副边绕组接1个三相桥即可构建低压直流端口，极大地减少功率变换单元数目。利用桥臂电压的直流、工频和高频分量分别控制中压直流、中压交流和低压直流端口功率，实现多端口功率调控。为提高中压直流端口电能质量，将桥臂电压的高频分量设计为三相对称的六阶梯波，使其激发的电流分量在三相回路中相互抵消，从而实现中压直流端口高频电流纹波消除。最后，建立了4 MW仿真模型进行验证，结果证明了所提拓扑和控制策略的有效性。

Abstract

Aiming at the problems of large magnetic component volume

multiple power conversion units and high cost of the existing multi-port power electronic transformer (PET)

this paper proposes a three-port topology and its control strategy based on magnetic integration. To reduce the volume of the magnetic component

six arm inductors and multiple high-frequency (HF) transformers in the traditional topology are simplified into three integrated transformers. The low-voltage direct current (LVDC) port can be obtained by connecting a three-phase bridge to the secondary winding of the transformer

thus saving a great number of power conversion units. To achieve multi-port power control

the DC

line-frequency and HF components of the arm voltage are used to control the power at medium-voltage DC (MVDC)

medium-voltage AC (MVAC) and LVDC ports

respectively. To improve the power quality of the MVDC port

the HF component of the arm voltage is designed as a three-phase symmetrical six-step waveform

so that the current components excited by it could cancel each other in the three-phase circuit

thus the HF current ripple of the MVDC port can be eliminated. Finally

a 4 MW simulation model is established to verify the effectiveness of the proposed topology and its control strategy.

关键词

Keywords

references

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