[發(fā)明專利]一種具備交直流故障穿越的主動(dòng)型電能路由器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811406738.2
• 申請(qǐng)日: 2018-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109361214B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹項(xiàng)根;賴錦木;陳衛(wèi);張哲;王禎;文明浩;李浪子;戚振宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/00
• 分類號(hào): H02J3/00;H02J3/02;H02J1/00;H02M7/219;H02M3/335;H02M7/5387
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發(fā)明公開(kāi)了一種具備交直流故障穿越的主動(dòng)型電能路由器，包括：通過(guò)高壓交流端口與交直流配電網(wǎng)的高壓交流配電網(wǎng)相連的高壓整流級(jí)MMC?AC/DC變流器，均通過(guò)高壓直流端口與交直流配電網(wǎng)的高壓直流配電網(wǎng)相連的整流級(jí)MMC?AC/DC變流器和變壓隔離級(jí)MMC?DC/DC變流器；變壓隔離級(jí)MMC?DC/DC變流器的低壓直流端口和三相DC/AC變流器的直流側(cè)相連，并由此形成低壓直流接口；三相DC/AC變流器的低壓交流端口可接入低壓交流電網(wǎng)或者單/三相交流負(fù)荷。本發(fā)明公開(kāi)的電能路由器高壓側(cè)采用具備負(fù)電平輸出的混合子模塊構(gòu)成，具有交直流故障穿越能力，保證外部交直流電網(wǎng)故障下電能路由器的不間斷可靠運(yùn)行，可進(jìn)一步提升分布式清潔能源發(fā)電滲透率以及供電可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源互聯(lián)網(wǎng)與電氣技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種具備交直流故障穿越的主動(dòng)型電能路由器。

背景技術(shù)

近年來(lái)，為了緩解日益突出的能源、資源及環(huán)境問(wèn)題，大量分布式可再生能源發(fā)電裝置并入電網(wǎng)，使得傳統(tǒng)的配電網(wǎng)由單純的供電功能，擴(kuò)展出了發(fā)電的功能。然而，現(xiàn)有交流配電網(wǎng)為樹(shù)狀、弱聯(lián)絡(luò)饋線結(jié)構(gòu)，其中的關(guān)鍵設(shè)備工頻電磁式變壓器存在著能量不可控、無(wú)法隔離故障、無(wú)能量存儲(chǔ)等缺點(diǎn)，在此背景下，近年來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備電能路由器得到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

面向中低壓交直流配電網(wǎng)的電能路由器，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要基于電力電子變壓器，目前典型的電能路由器拓?fù)浒唇Y(jié)構(gòu)可分為兩大類：基于H橋級(jí)聯(lián)(Cascaded H-bridge，CHB)結(jié)構(gòu)和基于模塊化多電平變換器(Modular Multi-level Converter，MMC)結(jié)構(gòu)。基于CHB結(jié)構(gòu)的電能路由器整流級(jí)為H橋級(jí)聯(lián)、中間級(jí)為串聯(lián)輸入并聯(lián)輸出的DC/DC隔離變換器、輸出級(jí)為單/三相H橋逆變器三級(jí)組成，其控制相對(duì)簡(jiǎn)單，理論比較成熟，并在微網(wǎng)、軌道交通等領(lǐng)域得到了應(yīng)用，然而基于CHB結(jié)構(gòu)的電能路由器缺少高壓直流接口，無(wú)法接入中高壓直流配電網(wǎng)，其靈活性受到限制。基于MMC結(jié)構(gòu)的電能路由器的整流級(jí)為MMC-AC/DC、中間級(jí)為串聯(lián)輸入并聯(lián)輸出的DC/DC隔離變換器、輸出級(jí)為單/三相H橋逆變器三級(jí)組成，高壓側(cè)提供了交流、直流接口，利于互聯(lián)中高壓交直流配電網(wǎng)，但該類電能路由器的理論和實(shí)踐還處于探索階段。

已有的電能路由器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的局限性在于，沒(méi)有考慮中高壓交直流故障應(yīng)對(duì)能力，無(wú)法在異常工況下實(shí)現(xiàn)故障穿越，不能實(shí)現(xiàn)故障下電能路由器的不間斷運(yùn)行，無(wú)法為配電網(wǎng)提供系統(tǒng)級(jí)的故障隔離與穿越功能，不利于進(jìn)一步提升可再生能源的滲透率。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種具備交直流故障穿越的主動(dòng)型電能路由器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由此解決中高壓交直流配電網(wǎng)異常工況下電能路由器的故障穿越問(wèn)題，同時(shí)提供多個(gè)交直流隔離接口，有利于可再生能源、儲(chǔ)能和柔性負(fù)載的接入。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種具備交直流故障穿越的主動(dòng)型電能路由器，包括：高壓整流級(jí)MMC-AC/DC變流器、多端口變壓隔離級(jí)MMC-DC/DC變流器及逆變級(jí)DC/AC變流器；

所述高壓整流級(jí)MMC-AC/DC變流器的高壓交流端口與交直流配電網(wǎng)的高壓交流配電網(wǎng)相連，所述高壓整流級(jí)MMC-AC/DC變流器的高壓直流端口和所述多端口變壓隔離級(jí)MMC-DC/DC變流器的高壓直流端口均與交直流配電網(wǎng)的高壓直流配電網(wǎng)相連；所述多端口變壓隔離級(jí)MMC-DC/DC變流器的低壓直流端口與所述逆變級(jí)DC/AC變流器的直流側(cè)相連，以形成低壓直流端口；

所述高壓整流級(jí)MMC-AC/DC變流器，用于高壓交流和高壓直流之間的電能變換，并提供高壓交流端口和高壓直流端口；在所述高壓交流配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，閉鎖所述高壓整流級(jí)MMC-AC/DC變流器，由所述高壓整流級(jí)MMC-AC/DC變流器的高壓直流端口通過(guò)所述多端口變壓隔離級(jí)MMC-DC/DC變流器向低壓側(cè)供電；在所述高壓直流配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，閉鎖所述高壓整流級(jí)MMC-AC/DC變流器及所述變壓隔離級(jí)MMC-DC/DC變流器的直流高壓側(cè)子模塊，由所述變壓隔離級(jí)MMC-DC/DC變流器的低壓側(cè)不同端口間提供電能；