一种混合型柔性开关结构及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种混合型柔性开关结构及其控制方法，在两端电网正常工作时，混合型柔性开关通过变流支路调节两端配电网的功率；在一端电网发生故障时，先发生电压暂降，此端的变流器首先进行低电压穿越，输出无功功率；若继保设备将故障切除后电网出现失电，混合型柔性开关同时向晶闸管和机械开关发送导通指令，背靠背变流器组退出运行，由于晶闸管工作速度更快，因此失电侧的负荷首先通过晶闸管支路转移到正常侧的电网，在机械开关完成闭合动作后，负荷电流通过机械开关进行转供。本发明专利技术降低了电力电子器件的容量，以及设备的成本和体积，提高了失电负荷转供到正常侧的速度。提高了失电负荷转供到正常侧的速度。提高了失电负荷转供到正常侧的速度。

【技术实现步骤摘要】
一种混合型柔性开关结构及其控制方法


[0001]本专利技术属于配电网柔性开关
，具体涉及一种混合型柔性开关结构及其控制方法。

技术介绍

[0002]配电网末端常采用机械合环开关进行连接，正常工况下处于“闭环设计，开环运行”的状态，合环开关仅在一端电网出线失电故障时闭合。随着电力电子技术的发展，背靠背变流器组组成的柔性开关逐渐取代传统的机械合环开关，相比于机械合环开关，柔性开关在两端电网正常运行下也能实现闭环运行，通过调节两端电网之间的功率流动以提高整体效率，也能实现一端电网失电下的进行负荷转供。
[0003]但是由于电网失电故障发生概率较低，而背靠背变流器组成的柔性开关为了实现失电故障下负荷的转供，需要背靠背变流器组中的电力电子器件额定容量很大，因此造成成本和体积的上升，性价比大打折扣。为了进一步提高柔性开关设备的性价比，考虑背靠背变流器组仅参与到稳态运行下的功率调节，采用其他成本更低的设备对失电故障下的失电负荷进行转供，进而降低整体成本的体积。
[0004]对于多支路的柔性开关，在电网正常运行时和电网失电故障时，其功率通路时不同的，因此存在切换过程，在前后的稳态下和切换暂态下的控制策略需要进行相应的设计，以充分发挥各器件的作用，并且实现整体功能。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种混合型柔性开关结构及其控制方法，用于解决现代电网对供电可靠性和电能质量要求高，传统柔性开关成本高的技术问题，实现稳态下的功率调节和电能质量治理，失电故障下的负荷转供，以及不同工况下功率通路的切换。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种混合型柔性开关结构，包括变流支路，变流支路用于实现电能的交
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直
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交变换，变流支路两侧的A、B、C相端口之间通过通断支路连接。
[0008]具体的，变流支路用于连接两个异步的交流系统，包括背靠背变流器组。
[0009]进一步的，背靠背变流器组包括第一变流器和第二变流器，第一变流器用于稳定直流侧电压和补偿不平衡电流以及谐波电流，第二变流器用于输出有功功率、无功功率和补偿不平衡电流以及谐波电流。
[0010]更进一步的，第一变流器用于将采样得到的直流电压与直流电压给定值做差比较，经过比例积分调节器后的值加上检测得到的负载不平衡电流和谐波电流，得到控制系统中电流内环的指令值，将采样得到的电流值与指令值做差比较，经过比例调节器后，再加上电网电压前馈，得到最终的调制波指令。
[0011]更进一步的，第二变流器用于将功率指令经瞬时功率理论得到电流内环的指令
值，再由瞬时功率理论计算电流指令，加上本地负载的不平衡电流和谐波电流，得到最终的电流指令值，将采样电流与电流指令值做差，经过比例积分调节器，得到调制波指令。
[0012]具体的，通断支路包括机械开关支路，机械开关支路并联连接有晶闸管支路。
[0013]进一步的，晶闸管支路采用反并联晶闸管，用于实现电流的双向流动，机械开关支路采用交流断路器，用于在电流过零点处进行断开动作。
[0014]本专利技术的另一技术方案是，一种混合型柔性开关结构的控制方法，混合型柔性开关在异步配电系统互联时，变流支路的两个变流器通过检测本地负载产生的不平衡电流和谐波电流，输出相反方向、相同幅值的电流，实现不平衡电流和谐波电流的补偿，通断支路处于断开状态，此时变流支路用于调节两端电网的功率流动以及对本地的电能质量进行治理，实现两端配电网之间的功率流动以及分别补偿两端本地负载引起不平衡电流和谐波电流；
[0015]在电网出现低电压故障期间，变流支路通过输出无功功率完成低电压穿越，并在电网失电故障后，通断支路闭合，完成失电负荷的转供。
[0016]具体的，当一端电网发生低电压故障后，通断支路处于开断的状态，变流支路中，正常电网侧的变流器用于控制直流侧电压，低电压侧的变流器根据电压降落程度控制输出无功功率。
[0017]具体的，当一端电网出现失电故障后，变流支路中失电侧的变流器封锁脉冲，正常侧的变流器控制系统为控制直流侧电压并持续检测负载产生的不平衡电流和谐波电流，进行电能质量问题的治理，同时向通断支路发送导通指令，此时失电侧负载处于停电状态。
[0018]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0019]一种混合型柔性开关结构，变流支路采用交
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直
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交的电能变换过程，可实现连接的电网之间的功率流动无差调节，变流支路两侧的A、B、C相端口之间通过通断支路连接设置是用于当一端电网失电后，转供失电负荷到正常一侧的电网，避免负荷停电。
[0020]进一步的，变流支路采用背靠背变流器的目的在于，可以方便地实现连接不同步的电网，避免电网互联后的环流。
[0021]进一步的，第一变流器用于稳定直流侧电压是保证整个背靠背变流器正常稳定运行的前提，同时第一变流器还能输出不平衡/谐波电流，可治理本地的电能质量问题；第二变流器输出有功/无功功率，实现电网之间功率的流动，同时第二变流器输出不平衡/谐波电流，也能治理本地的电能质量问题。
[0022]进一步的，第一变流器控制系统中，将采样得到的直流电压与直流电压给定值做差后经过比例积分调节器的目的在于构成整个系统的负反馈系统，实现控制背靠背变流器的直流电压稳定在给定值附近，保障设备的正常稳定运行；在比例积分调节器输出值加上检测到的负载不平衡/谐波电流的目的是得到第一变流器的输出电流给定值，将该电流给定值与实际采样的电流值做差比较并经过比例调节器也是为了构成负反馈系统，让第一变流器输出的电流跟随给定值；最后加上电网电压前馈的目的是为了消除电网电压波动对控制系统输出结果的影响，以及将输出的结果进行调制是得到变流器开关管的动作信号，让变流器按照控制系统的输出结果进行动作。
[0023]进一步的，第二变流器的控制系统中，将功率指令经过瞬时功率理论计算得到电流指令值是为了得到变流器输出电流中的工频电流指令，再加上本地负载的不平衡/谐波
电流，最终得到电流的指令值，再与采样的第二变流器输出电流做差比较经过比例调节器构成负反馈系统，最终得到第二变流器的调制信号，让第二变流器的开关管跟随控制系统的输出结果进行动作。
[0024]进一步的，通断支路包括机械开关支路和晶闸管支路，晶闸管支路是为了提高整个通断支路的导通速度，机械开关支路是为了降低整个通断支路在闭合后的导通电阻以及提高通流能力。
[0025]进一步的，晶闸管支路采用反并联的晶闸管，通过同时给晶闸管导通信号，可实现晶闸管的快速导通，进而实现通断支路快速导通并流过电流，机械开关支路采用交流断路器，其目的在于在机械开关导通时可降低整个通断支路的导通电阻，减小损耗，交流断路器在电流过零点处进行断开动作是交流断路器的特性。
[0026]一种混合型柔性开关结构的控制方法，既可以将在电网正常运行时，将提出的混合型柔性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合型柔性开关结构，其特征在于，包括变流支路，变流支路用于实现电能的交
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直
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交变换，变流支路两侧的A、B、C相端口之间通过通断支路连接。2.根据权利要求1所述的混合型柔性开关结构，其特征在于，变流支路用于连接两个异步的交流系统，包括背靠背变流器组。3.根据权利要求2所述的混合型柔性开关结构，其特征在于，背靠背变流器组包括第一变流器和第二变流器，第一变流器用于稳定直流侧电压和补偿不平衡电流以及谐波电流，第二变流器用于输出有功功率、无功功率和补偿不平衡电流以及谐波电流。4.根据权利要求3所述的混合型柔性开关结构，其特征在于，第一变流器用于将采样得到的直流电压与直流电压给定值做差比较，经过比例积分调节器后的值加上检测得到的负载不平衡电流和谐波电流，得到控制系统中电流内环的指令值，将采样得到的电流值与指令值做差比较，经过比例调节器后，再加上电网电压前馈，得到最终的调制波指令。5.根据权利要求3所述的混合型柔性开关结构，其特征在于，第二变流器用于将功率指令经瞬时功率理论得到电流内环的指令值，再由瞬时功率理论计算电流指令，加上本地负载的不平衡电流和谐波电流，得到最终的电流指令值，将采样电流与电流指令值做差，经过比例积分调节器，得到调制波指令。6.根据权利要求1所述的混合型柔性开关结构，其特征在于，通断支路包括机械开关支路，机械开关支路并联连接有晶闸管...

【专利技术属性】
技术研发人员：易皓，赖振宏，卓放，庄浩彦，赵珂珬，王毅钊，邵美阳，刘浩，汪科，徐嘉鹏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：