[發明專利]一種四端口電能路由器及其低電壓穿越控制方法

有效

• 申請號: 202011284088.6
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112448414B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 文武松;趙爭鳴;袁立強;姬世奇;莫昕
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/46;H02J3/48;H02J3/36
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發明公開了一種四端口電能路由器的低電壓穿越控制方法，MVAC端口連接中壓交流電網且工作于功率跟隨模式；LVAC端口連接低壓交流電網且工作于恒定功率模式；電能路由器的四個端口之間采用功率協同控制策略，各端口保持有功功率實時交互，通過調節LVAC端口的有功功率間接改變MVAC端口從中壓交流電網吸收的有功功率大小，從而防止MVAC端口在網側電壓跌落、故障恢復時出現輸入過流或直流母線過壓，及其它端口甩負荷或停止運行。所述控制方法無需借助對外部光伏或儲能的DC/DC變換器的控制來實現低電壓穿越功能。

技術領域

本發明涉及電力電子設備技術領域，特別涉及一種四端口電能路由器及其低電壓穿越控制方法。

背景技術

在分布式發電領域，以新能源為代表的各分布式電源向電網輸送有功功率，同時穩定電網頻率。當電網電壓驟降時，需調整控制策略，避免產生瞬時(直流母線)過壓和瞬時(網側)過流。簡單的方法是停止從光伏(photovoltaic,PV)陣列中汲取功率，但會產生有功缺失，不利于電網穩定運行，當線路電壓恢復正常時，需要花費較長時間來重啟，同時會降低從PV陣列中提取的功率。有效的解決辦法是通過控制光伏DC/DC變換器，調節PV陣列的有功出力來實現并網變換器的低電壓穿越(low voltage ride-through,LVRT)功能。目前，高壓大容量多端口電能路由器系統在柔性輸配電領域正逐步走向工程示范和應用，但其各端口功率配置、端口間協調控制均非常復雜。現有的LVRT標準和規范只是針對光伏、風力發電系統而設計，僅涉及兩級變換器的控制，而對于多端口電能路由器系統，并未形成相關的LVRT約束標準。因此，研究和實現多端口電能路由器，尤其是四端口基于高頻匯集母線的電能路由器HFB-EER系統的LVRT功能對于提升其應用能力意義重大。

為保證關鍵用能設備的正常運行，四端口HFB-EER需具備低電壓穿越能力，在電網電壓跌落時，HFB-EER應滿足如下基本要求：

(1)MVAC端口不脫網，具備無功電壓支撐能力，故障清除后有功功率能快速恢復；

(2)其它端口能正常運行，且盡量不出現甩負荷現象。

為實現上述要求，技術上的難點主要包括以下幾個方面：

一是：針對多端口電能路由器的LVRT功能，目前沒有相關國家標準規范出臺，對電壓驟降、電壓恢復期間的有功和無功給定缺少約束，設計合理的功率給定方案是確保實現多端口電能路由器LVRT功能的重要基礎。

二是：四端口電能路由器中，MVAC端口具備“發電”(即向10kV電網輸送有功功率)和“用電”(即從10kV電網吸收有功功率)兩種工況，在這兩種工況下電能路由器應均具備低電壓穿越能力。這一點與現有的光伏、風力發電領域的LVRT標準存在明顯不同，因為光伏、風力發電系統只存在“發電”工況，而不具備“用電”工況。

三是：在MVAC網側電壓發生故障或恢復期間，需要調節電能路由器向網側輸送和從網側吸收的有功功率大小，以實現LVRT功能。傳統的方案是控制光伏DC/DC變換器以調節光伏陣列的有功出力。該方案在MVAC端口處于“用電”狀態，無法實現LVRT，同時，光伏DC/DC變換器為電能路由器的外部設備，不便于控制，從這個意義上講，該方案不能真正實現多端口電能路由器的LVRT功能。

發明目的

本發明的目的在于應對現有技術中四端口HFB-EER所存在的難點，提供一種一種四端口電能路由器HFB-EER及其低電壓穿越LVRT控制方法，無需借助對外部光伏或儲能的DC/DC變換器的控制來實現LVRT功能，體現電能路由器控制的獨立性，更加方便，實現真正意義上的電能路由器LVRT功能。

發明內容

根據本發明的一個方面，提出了一種基于高頻匯集母線的四端口電能路由器，包括10kV中壓交流MVAC、10kV中壓直流MVDC、750V低壓直流LVDC和380V低壓交流LVAC四種端口；