网状直流系统及多端口直流潮流控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种网状直流系统及多端口直流潮流控制系统和控制方法。其中多端口直流潮流控制系统包括输入串联输出并联型直流变压器模块和直流潮流控制器模块；直流变压器模块由多个隔离型直流变换器子模块以输入串联输出并联的形式连接，直流潮流控制器模块包括多个并联连接并共享同一公共连接母线变换器子模块，构成多个端口。直流潮流控制器模块对直流变压器模块进行控制，提供相应的控制策略。本发明专利技术具有多端口和易扩展的双向潮流控制能力，基于模块化组合式直流变压器，无需外部电源、控制策略简单等优点，能够实现所联的多条直流线路的潮流调节。条直流线路的潮流调节。条直流线路的潮流调节。

【技术实现步骤摘要】
网状直流系统及多端口直流潮流控制系统和控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体地，涉及一种网状直流系统以及适用于网状直流系统的具有直流潮流控制功能的多端口直流潮流控制系统和控制方法。

技术介绍

[0002]由于全球变暖和化石燃料的枯竭问题，发展风能和太阳能作为可再生能源成为了全球共识。作为分布式能源，风能和太阳能具有间歇性、不确定性、波动性等特点，并网时给交流电网在电压控制、暂稳态稳定性、振荡阻尼等方面带来了严峻的技术挑战。可再生能源的大规模并网传输，直流输电技术成为了一种重要的技术手段。直流电网结构的复杂化，增加了直流电网控制的灵活度和冗余度，也增加了不可控支路的数目。在柔性直流输配电系统中，直流系统具有多点馈入、多端成网的特点，可以灵活控制潮流，提高运行稳定性。环状及网状多端柔性直流输配电技术正获得越来越多的关注与研究。然而柔性直流网络存在潮流控制自由度不足等问题，会导致潮流控制能力受限，容易引起部分线路过载、线损过高等状况，因此需要引入直流潮流控制器，用于对直流线路潮流进行控制。
[0003]根据直流电网的特点可知，在直流电网中，仅需要调节直流线路电阻或者调节线路端电压就可以达到对直流潮流控制的目的。所以直流潮流控制器通常可以分为两大类：第一类是“电阻型”，第二类是“电压型”。
[0004]“电阻型”直流潮流控制器，通过串联可变电阻的方案，来达到控制潮流的目的。串联可变电阻的方案虽然结构简单，控制容易，但是其只能单向调节潮流，并且串联的电阻器会带来大量的损耗，且潮流调节范围有限，所以不适合推广。
[0005]“电压型”直流潮流控制器，按照改变直流电压的方式，又可以细分为直流变压器、串联可调电压源以及线间直流潮流控制器。对于直流变压器作为直流潮流控制器方案，在连接相同或者不同电压等级网络的同时，可以通过调节电压变比改变线路潮流分布，同时能够进行故障隔离，但一方面直流变压器串接在线路中，所有的功率需要通过直流变压器，损耗较大；另一方面，直流变压器中的部分电力电子器件需要承受直流端电压，设备的成本较高。直流变压器无法实现对多条线路进行潮流调节，所以需要加入级联结构拓展成多端口的直流潮流控制器。输电线路中串联可调电压源进行潮流控制的方案，通过串入的直流电压源调节直流线路电压，无需承担系统及的电压及功率，以较小的电压及容量即可实现数电线路潮流的调节功能，其功率和损耗较小，控制灵活，更易实现，但需额外配备外部电源提供功率或吸收功率及高压隔离，增加了装置成本与构造难度。对于线间直流潮流控制器，可实现各线路之间功率的相互流通，且在不与外部网络发生功率交换的情况下改变线路潮流。但是，由于线间潮流控制器控制需要端口之间实现能量平衡，限制了线间直流潮流控制器的潮流调节范围。
[0006]经过检索发现：
[0007]公开号为CN113364311A的中国专利技术专利申请《一种多中压交流端口固态变压器及其控制方法》，明公开了一种多中压交流端口固态变压器及其控制方法，包括：多端口柔性
互联模块；级联全桥变换器，级联全桥变换器的交流输入端串联接入多端口柔性互联模块；以及，隔离型直流变换器，各个隔离型直流变换器的一端与级联全桥变换器的子模块的直流输出侧相连接，其另一端相互并联构成低压直流母线。但是该专利技术不具备模块化易于拓展的优势，且用于交直流互联系统中，并不适用于直流配电网中，端口处不易于端口拓展，且其控制策略相对复杂。
[0008]因此，现有的直流潮流控制器，均存在不同程度的技术问题，无法真正满足柔性直流网络的需求。目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

技术实现思路

[0009]本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种网状直流系统及多端口直流潮流控制系统和控制方法。
[0010]根据本专利技术的一个方面，提供了一种多端口直流潮流控制系统，包括：串联连接的直流变压器模块和直流潮流控制器模块；其中：
[0011]所述直流变压器模块包括多个任意一种形式的隔离型直流变换器子模块；多个所述隔离型直流变换器子模块通过输入串联、输出并联的形式进行连接，用于实现功率双向流动；
[0012]所述直流潮流控制器模块包括多个并联连接的任意一种形式的变换器子模块，多个所述变换器子模块共享同一公共连接母线，并形成多个端口用于与多条直流线路连接；
[0013]所述直流潮流控制器模块与所述直流变压器模块的第一个隔离型直流变换器子模块串联，用于与所述直流变压器模块进行功率传输；通过调节所述直流潮流控制器模块的每一个变换器子模块的占空比，进而调节每一个端口之间的电压差，从而调节多条直流线路的潮流分配。
[0014]优选地，所述变换器子模块，采用半桥直流变换器或NPC三电平逆变器。
[0015]优选地，所述直流潮流控制器模块与所述直流变压器模块的第一个隔离型直流变换器子模块串联的方式，包括：
[0016]所述直流潮流控制器模块与所述直流变压器模块的第一个隔离型直流变换器子模块之间共用同一个电容。
[0017]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种上述任一项所述的多端口直流潮流控制系统的控制方法，通过所述直流潮流控制器模块对所述直流变压器模块输出的电容电压进行控制，所述直流潮流控制器模块与所述直流变压器模块进行功率交互与协同运作，进而调节每条直流线路变换器子模块的占空比来改变每个端口之间的电压差大小，从而调节各条直流线路的潮流分配，包括：输出电压控制策略、直流变压器输入均压控制策略和公共连接母线电压平衡控制策略；其中：
[0018]所述输出电压控制策略，采用输出电压控制环，用于控制所述隔离型直流变换器子模块的电容电压，其控制目标为输出端口或者输出负载的电压大小达到设定的参考值U
o
；
[0019]所述直流变压器输入均压控制策略，采用直流变压器输入均压控制环，用于控制所述直流变压器模块除第一个隔离型直流变换器子模块以外的其他隔离型直流变换器子
模块的输入电容电压，其控制目标为除公共连接母线电压以外的其他隔离型直流变换器子模块输入电容电压均分；
[0020]所述公共连接母线电压平衡控制策略，采用公共连接母线电压平衡控制环，用于控制所述直流潮流控制器模块各个端口之间的电压差大小在所需的最大要求范围内，其控制目标为公共连接母线电压大小达到参考值U
in
，，即第一个隔离型直流变换器子模块的输出电压控制策略的控制目标为第一个隔离型直流变换器子模块的电容电压稳定在参考值U
in
，。
[0021]优选地，所述各个端口之间的电压差，通过所述直流潮流控制器模块的变换器子模块来调节；改变多个变换器子模块的占空比，通过U
k
＝D
k
U
i
，其中，U
k
为第k个端口的直流电压值，D
k
为第k个端口的半桥子模块的占空比，U
i
为公共连接母线电容电压大小，改变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多端口直流潮流控制系统，其特征在于，包括：串联连接的直流变压器模块和直流潮流控制器模块；其中：所述直流变压器模块包括多个任意一种形式的隔离型直流变换器子模块；多个所述隔离型直流变换器子模块通过输入串联、输出并联的形式进行连接，用于实现功率双向流动；所述直流潮流控制器模块包括多个并联连接的任意一种形式的变换器子模块，多个所述变换器子模块共享同一公共连接母线，并形成多个端口用于与多条直流线路连接；所述直流潮流控制器模块与所述直流变压器模块的第一个隔离型直流变换器子模块串联，用于与所述直流变压器模块进行功率传输；通过调节所述直流潮流控制器模块的每一个变换器子模块的占空比，进而调节每一个端口之间的电压差，从而调节多条直流线路的潮流分配。2.根据权利要求1所述的多端口直流潮流控制系统，其特征在于，所述变换器子模块，采用半桥直流变换器或NPC三电平逆变器。3.根据权利要求1所述的多端口直流潮流控制系统，其特征在于，所述直流潮流控制器模块与所述直流变压器模块的第一个隔离型直流变换器子模块串联的方式，包括：所述直流潮流控制器模块与所述直流变压器模块的第一个隔离型直流变换器子模块之间共用同一个电容。4.一种权利要求1
‑
3中任一项所述的多端口直流潮流控制系统的控制方法，其特征在于，通过所述直流潮流控制器模块对所述直流变压器模块输出的电容电压进行控制，所述直流潮流控制器模块与所述直流变压器模块进行功率交互与协同运作，进而调节每条直流线路变换器子模块的占空比来改变每个端口之间的电压差大小，从而调节各条直流线路的潮流分配，包括：输出电压控制策略、直流变压器输入均压控制策略和公共连接母线电压平衡控制策略；其中：所述输出电压控制策略，采用输出电压控制环，用于控制所述隔离型直流变换器子模块的电容电压，其控制目标为输出端口或者输出负载的电压大小达到设定的参考值U
o
；所述直流变压器输入均压控制策略，采用直流变压器输入均压控制环，用于控制所述直流变压器模块除第一个隔离型直流变换器子模块以外的其他隔离型直流变换器子模块的输入电容电压，其控制目标为除公共连接母线电压以外的其他隔离型直流变换器子模块输入电容电压均分；所述公共连接母线电压平衡控制策略，采用公共连接母线电压平衡控制环，用于控制所述直流潮流控制器模块各个端口之间的电压差大小在所需的最大要求范围内，其控制目标为公共连接母线电压大小达到参考值U
in
，，即第一个隔离型直流变换器子模块的输出电压控制策略的控制目标为第一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建文，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：