本发明专利技术公开了一种故障工况下不间断运行的固态变压器及其调控方法，包括：互联的MMC子模块及IBDC；IBDC调制单元包括：比例放大器、比例积分控制器及方波调制器；比例放大器输入为所有子模块的电容电压的平均值与任一子模块的电容电压的差值，输出附加参考信号；比例积分控制器输入为低压直流侧的电压参考值与电压实际值作差后与附加参考信号相加；输出为IBDC输入电流参考值；方波调制器的输入为直流侧输入电流中的基频电流及二倍频电流分量与IBDC的输入电流参考值相加后经电流与移相角函数式得到的参考移相角，输出方波调制信号。本发明专利技术可实现故障暂态过程中子模块电容电压的平稳过渡和全工况下子模块电容电压波动抑制。制。制。
【技术实现步骤摘要】
一种故障工况下不间断运行的固态变压器及其调控方法
[0001]本专利技术涉及电力电子
，特别涉及一种故障工况下不间断运行的固态变压器及其调控方法。
技术介绍
[0002]可再生能源往往以分布式电源的形式接入配电网，转化为电能供给终端用户。然而，传统配电网的运行模式基本是以供方主导、单向辐射状供电为主，其配电一次控制设备(有载调压器、联络开关等)调控能力欠缺，难以满足可再生能源和负荷频繁波动时配电网的高精度实时运行优化需求，且在配网的规划设计阶段和运行管理中，均未考虑分布式电源的接入。随着分布式电源接入量的不断增加，更有电动汽车的快速普及，储能和可控负荷的持续增多，现有配电网架构已很难满足新能源消纳、灵活调控及用户对环境保护、供电可靠性、电能质量和优质服务的要求。
[0003]因此，随着电力电子技术的发展，未来配电系统将通过固态变压器形成网状的多电压等级交直流混合配电架构。固态变压器位于多类型配电网络的中心节点处，将取代传统的配电变压器，需要满足多端口、高变比、多电压形态、故障隔离、高效电能传输等基本需求，并实现多向功率可控、提供多种即插即用接口等高级功能。
[0004]经检索，周剑桥等在第二届Power Electronics and Application Conference and Exposition(PEAC)国际会议上发表的“Family of MMC-based SST topologies for Hybrid ACDC Distribution Grid Applications”(2018)论文中，提出了一种基于模块化多电平换流器(MMC)和双有源桥(DAB)的模块化固态变压器拓扑结构，实现多种交直流配电网的互联。申请号为：CN201910322108.5，名称为：抑制模块化固态变压器中电容电压波动的控制方法的中国专利，提出一种基于波动功率传递的模块化固态变压器电容优化方法，可将子模块电容容值减小至常规方法的15％，整体功率密度提高104％，具有较高的经济价值和应用价值。但该拓扑及方法仅针对稳态工况进行了设计，在中压直流故障发生时，MMC中子模块电容电压会大量超调，严重时会使得换流器闭锁，影响供电可靠性。
[0005]另外，申请号为：CN201910746562.3，名称为：一种具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器及控制方法的中国专利，提出了该固态变压器拓扑在中压直流故障时的不间断运行控制方法。但专利中使用附加占空比控制对MMC子模块电容电压进行控制，在故障发生后的暂态过程中电容电压出现较大偏差，影响固态变压器的正常运行。
技术实现思路
[0006]本专利技术针对上述现有技术中存在的问题，提出一种故障工况下不间断运行的固态变压器及其调控方法，在保持基于波动功率传递的电容电压优化控制下，实现故障暂态过程中子模块电容电压的平稳过渡，不因子模块电容电压过高引起功率器件及电容损坏或过低而影响MMC正常的并网工作，确保内联式模块化多电平固态变压器整体安全稳定工作以及低压侧的不间断运行。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0008]本专利技术提供一种故障工况下不间断运行的固态变压器，其包括：互联的MMC子模块单元SM以及IBDC单元；
[0009]还包括：中压直流端口、中压交流端口、低压直流端口以及低压交流端口；
[0010]所述IBDC单元的调制单元依次包括：比例放大器、比例积分控制器以及方波调制器；其中，
[0011]所述比例放大器的输入信号为固态变压器的所有子模块的电容电压的平均值与固态变压器的任一子模块的电容电压的差值，输出信号为附加参考信号；
[0012]所述比例积分控制器的输入信号为低压直流侧的电压参考值与电压实际值作差后与所述附加参考信号相加；输出信号为IBDC的输入电流参考值；
[0013]所述方波调制器的输入信号为MMC直流侧输入电流中的基频电流分量与二倍频电流分量之和，与所述IBDC的输入电流参考值相加后经电流与移相角函数式得到的参考移相角，输出信号为方波调制信号，以对所述IBDC单元进行控制。
[0014]所述直流侧输入电流中的基频电流及二倍频电流分量由开环计算得到，用于实现不间断运行工况下所述MMC子模块单元SM的电容电压优化。
[0015]较佳地，稳态运行工况下直流侧输入电流中的基频电流及二倍频电流分量由开环计算获得，以A相上桥臂为例，其表达式为：
[0016][0017]其中为功率因数角，U
m
为交流电网相电压幅值，I
m
为交流电网相电流幅值，U
c
为MMC子模块电容电压，N为单个桥臂子模块个数。
[0018]较佳地，所述电流与移相角函数式为：
[0019][0020]其中φ为IBDC中高频变压器二次侧交流电压相对于一次侧的移相角，n是高频变压器变比，U
LVDC
为低压直流侧的电压实际值，L为IBDC的漏感感值，f
s
为IBDC的开关频率，i为IBDC的输入电流。
[0021]较佳地，所述MMC子模块单元SM的电容电压通过所述IBDC单元进行控制。
[0022]较佳地，所述MMC子模块单元SM的电容电压通过所述IBDC单元进行控制具体为：
[0023]所述IBDC的调制单元中子模块的电容电压的平均值与固态变压器的任一子模块的电容电压的差值，经比例放大器生成电容电压平衡附加分量以实现MMC子模块SM的电容电压平衡；进一步地，
[0024]所述IBDC的调制单元中，通过开环计算得到MMC直流侧输入电流中的基频电流及二倍频电流分量，并作为波动功率传递控制信号参与IBDC单元的控制中，以实现MMC子模块SM的电容电压优化。
[0025]较佳地，所述MMC子模块单元SM的调制单元具体包括：
[0026]双闭环控制单元、环流抑制单元以及载波移相调制单元；其中，
[0027]所述双闭环控制单元用于对所述MMC子模块单元SM的电容电压以及交流侧无功功
率进行双闭环控制，外环为电容电压环，内环为电流环，输出信号为各桥臂调制电压；
[0028]所述环流控制单元用于对所述MMC子模块单元SM的内部二倍频负序环流进行抑制，输出为环流抑制控制信号，与双闭环控制单元输出的桥臂调制电压相加后，参与桥臂电压调制。
[0029]所述载波移相调制单元用于根据所述环流控制单元得到的桥臂电压调制信号，生成所述MMC子模块单元SM的驱动信号。
[0030]本专利技术还提供一种故障工况下不间断运行的固态变压器的调控方法，其包括：
[0031]S61：固态变压器的所有子模块的电容电压的平均值与固态变压器的任一子模块的电容电压作差得到的误差信号经过比例放大器后作为附加参考信号参与到下一级控制中；
[0032]S62：低压直流侧的电压参考值与电压实际值作差后与所述S61得到的附加参考信号相加，经比例积分控制器后本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种故障工况下不间断运行的固态变压器，其特征在于，包括：互联的MMC子模块单元SM以及IBDC单元；还包括：中压直流端口、中压交流端口、低压直流端口以及低压交流端口；所述IBDC单元的调制单元依次包括：比例放大器、比例积分控制器以及方波调制器；其中，所述比例放大器的输入信号为固态变压器的所有子模块的电容电压的平均值与固态变压器的任一子模块的电容电压的差值，输出信号为附加参考信号；所述比例积分控制器的输入信号为低压直流侧的电压参考值与电压实际值作差后与所述附加参考信号相加；输出信号为IBDC的输入电流参考值；所述方波调制器的输入信号为MMC直流侧输入电流中的基频电流分量与二倍频电流分量之和，与所述IBDC的输入电流参考值相加后经电流与移相角函数式得到的参考移相角，输出信号为方波调制信号，以对所述IBDC单元进行控制；所述直流侧输入电流中的基频电流及二倍频电流分量由开环计算得到，用于实现不间断运行工况下所述MMC子模块单元SM的电容电压优化。2.根据权利要求1所述的故障工况下不间断运行的固态变压器，其特征在于，所述电流与移相角函数式为：其中φ为IBDC中高频变压器二次侧交流电压相对于一次侧的移相角，n是高频变压器变比，U
LVDC
为低压直流侧的电压实际值，L为IBDC的漏感感值，f
s
为IBDC的开关频率，i为IBDC的输入电流。3.根据权利要求1所述的故障工况下不间断运行的固态变压器，其特征在于，所述MMC子模块单元SM的电容电压通过所述IBDC单元进行控制。4.根据权利要求3所述的故障工况下不间断运行的固态变压器，其特征在于，所述MMC子模块单元SM的电容电压通过所述IBDC单元进行控制具体为：所述IBDC的调制单元中子模块的电容电压的平均值与固态变压器的任一子模块的电容电压的差值，经比例放大器生成电容电压平衡附加分量以实现MMC子模块SM的电容电压平衡；进一步地，所述IBDC的调制单元中，通过开环计算得到MMC直流侧输入电流中的基频电流及二倍频电流分量，并作为波动功率传递控制信号参与IBDC单元的控制中，以实现MMC子模块SM的电容电压优化。5.根据权利要求1至4任一项所述的故障工况下不间断运行的固态变压器，其特征在于，所述MMC子模块单元SM的调制单元具体包括：双闭环控制单元、环流抑制单元以及载波移相调制单元；其中，所述双闭环控制单元用于对所述MMC子模块单元SM的电容电压以及交流侧无功功率进行双闭环控制，外环为电容电压环，内环为电流环，输出信号为各桥臂调制电压；所述环流控制单元用于对所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建文，王浩宇，章一新，施刚，周剑桥，王晗，蔡旭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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