一种变压器集成化混合型交直流微电网及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种变压器集成化混合型交直流微电网及控制方法，包括：混合式变压器、互联变流器、双向开关K1至K4；混合式变压器包括工频变压器和串并联变流器；工频变压器的高压侧通过双向开关K1接入高压配电网，低压侧连接低压交流母线，串联绕组侧通过双向开关K3连接串并联变流器的交流端口；串并联变流器的交流侧通过双向开关K2连接低压交流母线，串并联变流器的直流侧连接低压直流母线；互联变流器的交流侧连接低压交流母线，直流侧连接低压直流母线；工频变压器的串联绕组侧还并联有双向开关K4；根据电网的运行工况控制多个双向开关的开闭改变串并联变流器的连接关系，使串并联变流器呈现多模式运行，提高混合型交直流微电网的电能质量。的电能质量。的电能质量。

【技术实现步骤摘要】
一种变压器集成化混合型交直流微电网及控制方法


[0001]本专利技术属于混合型交直流微电网并网领域，具体地涉及一种变压器集成化混合型交直流微电网及控制方法。

技术介绍

[0002]交直流微电网连接到电网，其中电压故障最常见，因此在电网故障的条件下交直流微电网的故障穿越能力和电能质量性能已成为一个关键问题。随着可再生能源和替代能源的不断扩散，分布式电源的利用和发展越来越受到重视。在大多数情况下，传统的混合型交直流微电网由交流子网和直流子网组成，通常混合型交直流微电网直接连接到380V低压母线。电网通常在10KV的电压水平下运行，并且容易出现几个电能质量问题，例如电压骤降和负载波动。然而，对混合型交直流微电网运行和控制策略的研究很少考虑到电网出现故障的影响。在大多数研究中，一旦检测到电网侧发生故障，混合型交直流微电网系统将立即与电网断开。虽然这种做法易于操作，但不可避免地会导致并网模式和孤岛模式之间的意外切换，这将导致以下缺点：无法保证混合型交直流微电网的电能质量；重新连接过程复杂，需要设计并网预同步算法，并可能导致瞬态冲击电流的发生，这将影响混合型交直流微电网的安全。也有采用增加一个串联补偿变压器的方式来实现电压补偿，该方式需要额外的补偿变压器，在一定程度上增加了设备的制造成本。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的缺陷，本专利技术公开了一种变压器集成化混合型交直流微电网及控制方法，以通过提高交直流微电网补偿电压和传输功率能力来提高电能质量的应用。
[0004]所述的混合型交直流微电网可以通过变流器协调控制，提高交直流微电网的电能质量，并考虑到在电网发生故障时，将串并联变流器接入工频变压器的串联绕组，采用工频变压器进行电压补偿，给低压交流母线提供电压支撑。所述的串并联变流器通过工频变压器的串联绕组接入，不再需要额外的补偿变压器，节约设备制造成本。
[0005]本专利技术第一方面提供一种变压器集成化混合型交直流微电网，包括由连接在低压交流母线上的交流型分布式电源和交流负载形成的交流微电网，以及由连接在低压直流母线上的直流型分布式电源和直流负载形成的直流微电网；还包括混合式变压器、互联变流器、双向开关K1、双向开关K2、双向开关K3和双向开关K4；所述混合式变压器包括工频变压器和串并联变流器；
[0006]所述互联变流器的交流侧连接至所述低压交流母线，直流侧连接至所述低压直流母线；
[0007]所述工频变压器的高压侧通过所述双向开关K1接入高压配电网，低压侧连接所述低压交流母线，串联绕组侧通过所述双向开关K3连接至所述串并联变流器的交流侧；
[0008]所述串并联变流器的交流侧通过所述双向开关K2连接至所述低压交流母线，所述串并联变流器的直流侧连接至所述低压直流母线；
[0009]所述工频变压器的串联绕组侧并联有所述双向开关K4。
[0010]本专利技术第二方面提供一种用于前述的变压器集成化混合型交直流微电网的控制方法，包括以下步骤：设所述变压器集成化混合型交直流微电网在电网正常运行时的运行模式为模式1：串并联变流器和互联变流器以并联模式运行；所述变压器集成化混合型交直流微电网在电网故障运行时的运行模式为模式2：串并联变流器和互联变流器以串联模式运行；所述变压器集成化混合型交直流微电网在电网故障超过一定范围运行模式为模式3：混合型交直流微电网处于孤岛运行模式；
[0011]根据电网的运行工况控制双向开关K1至K4的开关状态，使得所述变压器集成化混合型交直流微电网在运行模式1、运行模式2、运行模式3之间进行切换。
[0012]在一种实施例中，根据电网的运行工况控制双向开关K1至K4的开关状态，使得所述变压器集成化混合型交直流微电网在运行模式1、运行模式2、运行模式3之间进行切换，包括：
[0013]当电网正常时，控制所述双向开关K1、所述双向开关K2、所述双向开关K4闭合，并控制所述双向开关K3断开，所述变压器集成化混合型交直流微电网执行运行模式1；
[0014]当电网发生故障且故障未超过交直流微电网的可接受水平时，控制所述双向开关K1、所述双向开关K3闭合，并控制所述双向开关K2、所述双向开关K4断开，所述变压器集成化混合型交直流微电网执行运行模式2；
[0015]当电网发生故障且故障超过交直流微电网的可接受水平时，控制所述双向开关K2闭合，并控制所述双向开关K1、所述双向开关K3、所述双向开关K4断开，所述变压器集成化混合型交直流微电网执行运行模式3。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下特点：
[0017]1)低投资成本。该专利技术不再采用增加串联补偿变压器的方法，而是将串并联变流器接入所述工频变压器的串联绕组侧，从而将所述工频变压器和串并联变流器构成一个整体，不再需要额外的补偿变压器，节约设备制造成本；所述工频变压器采用三个单相工频变压器，价格低廉、技术成熟，只需少量电力电子变流器实现主动调控，大大降低了投资成本。
[0018]2)高可靠性。通过控制双向开关的断开与闭合，改变所述串并联变流器在所述所述混合型交直流微电网的连接关系，使得所述串并联变流器呈现多模式运行以实现电压支撑和补偿以及功率传输，当电网发生故障时，减少混合型交直流微电网系统立即与电网断开的情况，减少故障对母线和混合型交直流微电网的影响，提高了电能质量。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例提供的一种变压器集成化混合型交直流微电网的结构图；
[0020]图2是本专利技术工频变压器中3个三柱三绕组工频变压器Dyn接线示意图；
[0021]图3是本专利技术串并联变流器和互联变流器第一种结构示意图；
[0022]图4是本专利技术串并联变流器和互联变流器第二种结构示意图；
[0023]图5是本专利技术控制不同双向开关的断开和闭合，多种工作模式转换示意图；
[0024]图6是本专利技术所采用的三相两电平串并联变流器电路示意图；
[0025]图7是本专利技术串并联变流器在并联运行模式下采用双闭环控制功率结构示意图；
[0026]图8是本专利技术串并联变流器在串联运行模式下采用双闭环控制电压结构示意图；
[0027]图9是本专利技术串并联变流器在abc坐标系下控制电压的控制方法结构示意图；
[0028]图10是本专利技术直流母线侧DC
‑
DC电路
‑
Buck电路示意图；
[0029]图11是本专利技术仿真结果图V
sabc
‑
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、V
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‑
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、V
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‑
t
。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0031]实施例1
[0032]如图1所示，本实施例提供一种变压器集成化混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变压器集成化混合型交直流微电网，包括由连接在低压交流母线上的交流型分布式电源和交流负载形成的交流微电网，以及由连接在低压直流母线上的直流型分布式电源和直流负载形成的直流微电网；其特征在于：还包括混合式变压器、互联变流器、双向开关K1、双向开关K2、双向开关K3和双向开关K4；所述混合式变压器包括工频变压器和串并联变流器；所述互联变流器的交流侧连接至所述低压交流母线，直流侧连接至所述低压直流母线；所述工频变压器的高压侧通过所述双向开关K1接入高压配电网，低压侧连接所述低压交流母线，串联绕组侧通过所述双向开关K3连接至所述串并联变流器的交流侧；所述串并联变流器的交流侧通过所述双向开关K2连接至所述低压交流母线，所述串并联变流器的直流侧连接至所述低压直流母线；所述工频变压器的串联绕组侧并联有所述双向开关K4。2.根据权利要求1所述的变压器集成化混合型交直流微电网，其特征在于：所述工频变压器包括三个单相工频变压器，每个单相工频变压器均采用“日字型”三柱三绕组结构，其中，三绕组分别为高压绕组、串联绕组和低压绕组，所述串联绕组与所述双向开关K4并联；每个单相工频变压器的高压绕组均位于“日字型”三柱三绕组结构的左柱，所述高压绕组的首端作为所述工频变压器高压侧的一相交流端口；三个单相工频变压器的高压绕组之间采用三角形连接；每个单相工频变压器的串联绕组均位于“日字型”三柱三绕组结构的中柱，所述串联绕组的首端作为所述工频变压器串联绕组侧的一相交流端口；三个单相工频变压器的串联绕组之间采用星型连接且中性点接地；每个单相工频变压器的低压绕组均位于“日字型”三柱三绕组结构的右柱，所述低压绕组的尾端作为所述工频变压器低压侧的一相交流端口；三个单相工频变压器的低压绕组之间采用星型连接且中性点接地。3.根据权利要求1或2所述的变压器集成化混合型交直流微电网，其特征在于：所述串并联变流器包括第一功率变换模块和第一LC滤波器，所述第一功率变换模块的交流侧连接所述第一LC滤波器，所述第一LC滤波器通过所述双向开关K3与所述工频变压器的串联绕组侧连接；所述所述第一LC滤波器还通过所述双向开关K2与所述低压交流母线连接；其中，所述第一功率变换模块采用三相两电平拓扑或三相三电平拓扑。4.根据权利要求1或2所述的变压器集成化混合型交直流微电网，其特征在于，所述互联变流器包括第二功率变换模块和第二LC滤波器，所述第二功率变换模块的交流侧通过所述第二LC滤波器连接所述低压交流母线；其中，所述第二功率变换模块采用三相两电平拓扑或三相三电平拓扑。5.一种用于权利要求1
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4任一项所述变压器集成化混合型交直流微电网的控制方法，其特征在于，包括以下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖锦木，尹越，尹项根，王要强，李宝伟，陈卫，胡家玄，刘阳，陈俊宏，
申请(专利权)人：许继电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：