一种多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑结构及控制方法，属于电力系统技术领域；本多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑结构由直流侧AC/DC变换器、三相复用电路和三相交流侧多端口馈线支路组成；三相交流侧多端口馈线支路包括n条接入交流馈线，每条交流馈线包括交流侧滤波电感与调压电路；n条交流馈线汇集至共用交流母线并连接对应相复用电路，复用电路连接直流侧AC/DC变换器。本发明专利技术通过调节每个端口馈线上调压电路的电压，改变交流侧电压幅值与相位，实现多馈线间有功/无功功率的灵活交互与潮流控制；同时，交流馈线调压电路使得本拓扑具备交流侧接地故障穿越能力。能力。能力。

【技术实现步骤摘要】
一种多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑及控制方法


[0001]本专利技术涉及电力系统的
，具体是一种多端口交直流配电网柔性互联拓扑及控制方法。

技术介绍

[0002]分布式能源和负荷在电能产生和需求上的不确定性，使得配电网易出现电压越限和馈线功率不均衡等问题，降低了配电系统的安全性与可靠性。另一方面，光伏发电、储能电池、电动汽车等直流电源和负荷越来越多，均需通过交直流变换器接入交流电网，由此造成大量电能损耗。
[0003]因此为解决以上问题，有提出采用基于联络开关的配网重构，但这种调节方式控制速度与调节精度有限。有提出采用基于电力电子技术的柔性互联开关，利用全控性器件代替传统的机械式联络开关，来实现交流配电网间的软连接，具有潮流可控、运行柔性切换模式、控制方式多样等优点。基于模块化多电平换流器的柔性控制器，具有模块化、易扩展、有功无功解耦等较好的优点，但其所需模块数量多、成本高且体积大等缺点。公开号为CN202011197169.2的专利技术专利提出一种具备主动潮流控制的多端口交流电网柔性互联装置及其调制方法，这种结构通过共用直流母线实现多馈线的接入。但在任一交流馈线发生单相接地短路故障时，其他馈线将向故障馈线故障点馈入功率，将加剧故障程度。因此，如何探索具备低成本、交流故障穿越等优势的多馈线接入交直流混合配电网柔性互联拓扑及控制方法，将有力推动分布式能源的规模化利用。

技术实现思路

[0004]针对上述技术背景提到的不足，本专利技术的目的在于提供一种多端口交直流配电网柔性互联拓扑及控制方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑结构及控制方法，所述拓扑结构由直流侧AC/DC变换器、三相共用电路和三相交流侧多端口馈线支路组成；所述三相交流侧多端口馈线支路包括n条接入交流馈线，每条交流馈线包括交流侧滤波电感与调压电路；所述n条交流馈线汇集至共用交流母线并连接对应相复用电路，复用电路连接直流侧AC/DC变换器；
[0007]所述AC/DC变换器为输出电压为双极性的AC/DC变换器。
[0008]进一步地，所述双极性的AC/DC变换器可为两电平变换器、三电平变换器或多电平变换器。
[0009]进一步地，所述多电平变换器可为模块化多电平换流器和优化结构的模块化多电平换流器。
[0010]所述模块化多电平换流器为由子模块组成的三相六桥臂结构；
[0011]所述优化结构的模块化多电平换流器包括由子模块组成的三相六桥臂和辅助开关电路。
[0012]进一步地，所述子模块为可为半桥型、全桥型或混合型子模块组成；
[0013]优选的，所述辅助开关电路开关可为同向全控型功率器件串联、全控性功率器件反向串联组合后在串联、反向并联的半控型功率器件串联以及全控型功率器件与半控型功率器件组合结构；
[0014]所述三相复用电路的任一相复用电路由双极性子模块组成；
[0015]所述三相交流侧多端口馈线支路的任一相多端口馈线由调压电路与交流侧滤波电感串联组成；
[0016]进一步地，所述调压电路由双极性子模块组成；
[0017]进一步地，所述交流侧滤波电感接入交流系统。
[0018]优选的，所述双极性子模块可为全桥型子模块、箝位型双子模块、交叉型子模块或新型双极性子模块。
[0019]进一步地，所述三相交流侧多端口馈线支路的任一相交流馈线发生单相接地故障时，非故障馈线和故障馈线上调压电路的双极性子模块可以闭锁或者statcom调制，可实现故障隔离。
[0020]进一步地，所述三相复用电路配合直流侧AC/DC变换器，实现复用电路被AC/DC变换器复用，来降低直流侧AC/DC变换器功率器件和电容的数量。
[0021]所述三相复用电路调制方法：控制直流侧AC/DC变换器任一相的上下桥臂工作，该相复用电路配合上下桥臂进行正负半周期调制；
[0022]进一步地，所述任一相复用桥臂被上桥臂复用，上桥臂和复用电路的调制电压和为正极电压与交流侧共用母线电压的差值，并且实现上桥臂和复用电路半周期能量平衡；任一相复用桥臂被下桥臂复用，下桥臂和复用电路的调制电压和为负极电压与交流侧共用母线电压的差值，并且实现下桥臂和复用电路半周期能量平衡；
[0023]进一步地，当直流侧AC/DC变换器为模块化多电平换流器时，复用电路可以省去，不影响AC/DC变换器的正常调制。
[0024]所述多端口交流馈线调制方法：每条馈线上调压电路可等效为交流电压源，可用于实现馈线间灵活的潮流控制。
[0025]进一步地，所述任意两条交流馈线网侧电压、桥臂电感电压及调压电路电压满足：
[0026][0027]其中，和分别为j相馈线1、2和n的网侧电压矢量；和分别为j相馈线1、2和n的交流侧滤波电感电压矢量；和分别为j相馈线1、2和n的交流侧调压电路电压矢量；为j相共用母线电压矢量。
[0028]进一步地，所述选定一条基准潮流控制馈线k，来确定共用母线电压满足：
[0029][0030]其中，为j相馈线k的网侧电压矢量；为j相馈线k电感电压矢量；为j相馈线调压电路电压矢量；
[0031]通过调节基准潮流馈线k的调压电路电压，来控制共用母线电压。
[0032]进一步地，所述任一其他馈线i的调压电路电压与基准潮流控制馈线k调压电路电压之间满足：
[0033][0034]进一步地，所述各馈线潮流控制方法：所述基准潮流馈线流过有功/无功功率大小由直流侧变换器传输总有功功率、总无功功率和其他馈线功率精准控制间接控制实现。所述任一其他馈线i传输有功功率P
i
、无功功率Q
i
确定为：
[0035][0036]其中，为j相馈线i的网侧电压矢量；为j相馈线i电感电压矢量；为j相馈线k与馈线i调压电路电压矢量差；X
lji
为j相馈线i的阻抗。
[0037]通过来灵活控制其他馈线传输的有功功率与无功功率。
[0038]所述任意馈线调压电路能量平衡方法：控制电路调制电压矢量与该馈线电流矢量垂直，实现调压电路周期能量平衡。
[0039]进一步地，调压电路功率控制满足：
[0040][0041]其中，为j相调压电路传输功率；为j相交流馈线i流过的电流；为j相馈线i调压电路电压矢量；为j相交流馈线i电流的共轭；Re[]为实部；Im[]为虚部。
[0042]本专利技术的有益效果：
[0043]本专利技术中的一种多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑及调制方法，可以实现：(1)不同交流馈线较大的电压/相位的灵活接入。(2)通过调节各馈线调压电路间电压差，灵活调节馈线传输的有功功率与无功功率。(3)通过合理控制直流侧上下桥臂和复用电路的电压调制，设计能量平衡调制原理，可降低变换器成本。(4)各馈线调压电路使得任一交流馈线具备隔离单相接地短路故障能力。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑结构，其特征在于，所述拓扑结构由直流侧AC/DC变换器、三相共用电路和三相交流侧多端口馈线支路组成；所述三相交流侧多端口馈线支路包括n条接入交流馈线，每条交流馈线包括交流侧滤波电感与调压电路；所述n条交流馈线汇集至共用交流母线并连接对应相复用电路，复用电路连接直流侧AC/DC变换器。2.根据权利要求1所述的一种多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑结构，其特征在于，所述直流侧AC/DC变换器为输出电压为双极性的AC/DC变换器，所述双极性的AC/DC变换器为两电平变换器、三电平变换器或多电平变换器中的一种。3.根据权利要求2所述的一种多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑结构，其特征在于，所述多电平变换器包括模块化多电平换流器和优化结构的模块化多电平换流器；所述模块化多电平换流器为由子模块组成的三相六桥臂结构；所述优化结构的模块化多电平换流器包括由子模块组成的三相六桥臂和辅助开关电路。4.根据权利要求3所述的一种多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑结构，所述子模块为可为半桥型、全桥型或混合型子模块组成；所述辅助开关电路开关可为同向全控型功率器件串联、全控性功率器件反向串联组合后在串联、反向并联的半控型功率器件串联以及全控型功率器件与半控型功率器件组合结构。5.根据权利要求1所述的一种多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑结构，其特征在于，所述三相复用电路的任一相复用电路由双极性子模块组成；所述三相交流侧多端口馈线支路的任一相多端口馈线由调压电路与交流侧滤波电感串联组成；所述调压电路由双极性子模块组成；所述交流侧滤波电感接入交流系统。6.根据权利要求5所述的一种多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑结构，其特征在于，所述双极性子模块可为全桥型子模块、箝位型双子模块、交叉型子模块或新型双极性子模块。7.根据权利要求1
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6任一所述的一种多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑结构，其特征在于，所述三相交流侧多端口馈线支路的任一相交流馈线发生单相接地故障时，非故障馈线和故障馈线上调压电路的双极性子模块可以闭锁或者statcom调制，可实现故障隔离。8.根据权利要求1所述的一种多端口交直流混合配电网柔性互联拓扑结构，其特征在于，所述三相复用电路配合直流侧AC/DC变换器，实现复用电路被AC/DC变换器复用，来降低直流侧AC/DC变换器功...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈武，兰建西，赵海熙，何晓坤，曹武，雷家兴，曲小慧，梅军，李鑫，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：