[發(fā)明專利]多級電容電壓波動抑制的固態(tài)變壓器及控制方法、設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010640988.3
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111917119B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建文;章一新;施剛;梁克靖;周劍橋;蔡旭;蔡小龍
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24;H02J3/36;H02M3/335
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發(fā)明公開了一種多級電容電壓波動抑制的固態(tài)變壓器及控制方法、設(shè)備，該變壓器包括：互聯(lián)的模塊化多電平變換器與隔離型雙向DC?DC變換器、中壓直流、中壓交流、低壓直流及低壓交流端口；低壓直流端口連接三相四橋臂逆變器；模塊化多電平換流器的網(wǎng)側(cè)連接聯(lián)接變壓器，其與電網(wǎng)相連。該方法包括：控制隔離型雙向DC?DC變換器的直流側(cè)輸入電流與模塊化多電平變換器的輸入電流相等；調(diào)節(jié)低壓交流側(cè)的輸出電壓相位，使傳遞至低壓直流側(cè)的二倍頻波動功率與低壓交流側(cè)因不平衡負(fù)載而產(chǎn)生的波動功率部分抵消。通過本發(fā)明，減少了固態(tài)變壓器的子模塊電容電壓波動與低壓直流母線電容波動，提高了電壓直流母線電容的使用壽命，降低了成本和體積。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多級電容電壓波動抑制的固態(tài)變壓器及控制方法、設(shè)備。

背景技術(shù)

可再生能源往往以分布式電源的形式接入配電網(wǎng)，轉(zhuǎn)化為電能供給終端用戶。然而，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的運(yùn)行模式基本是以供方主導(dǎo)、單向輻射狀供電為主，其配電一次控制設(shè)備(有載調(diào)壓器、聯(lián)絡(luò)開關(guān)等)調(diào)控能力欠缺，難以滿足可再生能源和負(fù)荷頻繁波動時配電網(wǎng)的高精度實時運(yùn)行優(yōu)化需求。隨著分布式電源接入量的不斷增加，更有電動汽車的快速普及，儲能和可控負(fù)荷的持續(xù)增多，現(xiàn)有配電網(wǎng)架構(gòu)已很難滿足新能源消納、靈活調(diào)控及用戶對環(huán)境保護(hù)、供電可靠性、電能質(zhì)量和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的要求。

因此，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，未來配電系統(tǒng)將通過固態(tài)變壓器形成網(wǎng)狀的多電壓等級交直流混合配電架構(gòu)。MMC型固態(tài)變壓器是實現(xiàn)交直流混合配電網(wǎng)柔性互聯(lián)的關(guān)鍵裝置。一種MMC-SST拓?fù)淙鐖D1所示，該拓?fù)溆赡K化多電平換流器(Modular multilevelconverter，MMC)、多個隔離型雙向DC-DC變換器(Isolated Bidirectional DC-DCConverter，IBDC)和三相四橋臂逆變器組成，具備中壓交流、中壓直流、低壓直流、低壓交流四類端口。

功率密度是判斷MMC-SST性能的重要指標(biāo)。在10kV/1MVA的MMC-SST中，高頻變壓器體積僅占整機(jī)體積的4％，而功率子模塊中存在大量的電容，其體積將占整機(jī)體積的62％，已成為制約該裝置功率密度提高的主要障礙。優(yōu)化MMC-SST中的子模塊電容波動，降低對電容值的要求，提高子模塊單元的功率密度，對其投入配電網(wǎng)應(yīng)用具有重要意義。

針對正常工況下子模塊電容電壓波動，學(xué)者提出了許多優(yōu)化方案，如二次環(huán)流注入、三次諧波注入、波動功率傳遞等。然而，上述方法在使用過程中均存在局限。二次環(huán)流注入法可有效抑制子模塊電容的二倍頻波動，會增加MMC運(yùn)行損耗和電流應(yīng)力。三次諧波電壓注入方法可在降低電容低頻電壓波動同時，減少M(fèi)MC運(yùn)行損耗和環(huán)流壓降，但是三次電壓諧波會注入配電系統(tǒng)。中國專利CN110112942A提出一種基于波動功率傳遞的抑制模塊化固態(tài)變壓器中子模塊電容電壓的方法，但是該方法僅適用于正常工況(電網(wǎng)電壓三相對稱的工況)，而在電網(wǎng)電壓不平衡工況下，MMC內(nèi)部能量關(guān)系發(fā)生變化，原有控制存在局限。研究不平衡工況下電容電壓波動的抑制才能保證不同工況下電容的綜合優(yōu)化，具有較高的工程應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種多級電容電壓波動抑制的固態(tài)變壓器及控制方法、設(shè)備，通過調(diào)節(jié)低壓交流側(cè)輸出電壓相位，可使低壓交流側(cè)因不平衡負(fù)載產(chǎn)生的二倍頻波動功率與子模塊傳遞至低壓直流側(cè)的二倍頻波動功率部分抵消，減少了固態(tài)變壓器的子模塊電容電壓波動與低壓直流母線電容波動，提高了電壓直流母線電容的使用壽命，降低了成本和體積。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種電容電壓波動抑制的固態(tài)變壓器，其包括：互聯(lián)的模塊化多電平變換器(MMC)、隔離型雙向DC-DC變換器(IBDC)以及端口；

所述端口包括：中壓直流端口、中壓交流端口、低壓直流端口以及低壓交流端口；

所述低壓直流端口連接三相四橋臂逆變器；