[發明專利]基于固態變壓器的交直流混合電網及其協調控制方法

有效

• 申請號: 202011523266.6
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112653203B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 朱介北;李峰;劉迎澍;趙軍
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02J5/00
• 分類號: H02J5/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 曹玉平

本發明公開一種基于固態變壓器的交直流混合電網，包括中壓子系統，低壓子系統和固態變壓器；所述中壓子系統和低壓子系統通過中壓直流母線和低壓直流母線分別與所述固態變壓器連接；所述固態變壓器由中壓換流器、雙有源全橋和低壓換流器級聯組成；所述雙有源全橋通過互聯中壓直流母線和低壓直流母線，實現四個子網的互聯。本發明還公開了一種基于固態變壓器的交直流混合電網的協調控制方法，包括：第一自主功率控制，第二自主功率控制和第三自主功率控制。本發明通過固態變壓器自主功率協調控制，實現交直流混合電網的全局功率平衡與共享，減輕某一子網因負載較重引起電壓或頻率嚴重降低而導致失穩的風險。

技術領域

本發明涉及交直流混合電網領域，具體涉及一種基于固態變壓器的交直流混合電網及其協調控制方法。

背景技術

隨著光伏發電、數據中心、電動汽車等的不斷發展，直流型電源和負荷已經成為電網的重要組成部分。傳統交流電轉換為直流電需經過多級AC/DC、DC/DC換流器，其結構復雜、損耗大、可靠性低的問題逐漸突顯。交直流混合電網由于其能夠同時容納交流型、直流型的電源和負荷，節省多級AC/DC、DC/DC換流器，已成為未來電網建設發展的優勢架構。

現有的針對交直流混合電網的研究多聚焦于基于接口變換器的低壓交直流混合微電網，其電壓等級低的特征制約了混合電網規模與容量的擴大。為了解決這一問題，有關學者提出利用固態變壓器多端口特性實現中壓交流配電網與低壓交直流微電網的互聯，或者利用固態變壓器將低壓交直流新能源電源和負荷接入中壓交流配電網。在這些交直流混合電網方案中，根據固態變壓器是否與中壓交流配電網互聯，設計了并網模式和孤島模式。并網模式中，通常假設中壓交流配電網是無窮大系統，然而實際運行中可能存在中壓交流側連接弱網的情況；孤島模式中，僅利用有限的低壓直流儲能裝置為低壓交直流微電網提供支撐，其支撐能力有限，穩定運行難以確保。此外，無論是并網模式還是孤島模式，固態變壓器的中壓直流端口均未得到充分利用。隨著直流電源和負荷的進一步發展，中壓直流將成為電網中重要的端口。綜上，現有的基于固態變壓器的交直流混合電網技術仍存在諸多缺陷，制約和限制了其進一步發展。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺陷，解決現有基于固態變壓器的交直流混合電網存在中壓直流端口利用率低、并網模式下弱網適應性差、孤島模式下支撐能力有限的問題，提出一種基于固態變壓器的交直流混合電網及其協調控制方法。

本發明通過以下的技術方案予以實現：

一種基于固態變壓器的交直流混合電網，包括中壓子系統，低壓子系統和固態變壓器(SST)；

其中，所述中壓子系統由中壓交流子網和中壓直流子網組成，集中式、大容量電源和負荷接入中壓子系統；所述低壓子系統由低壓交流子網和低壓直流子網組成；分布式、小容量電源和負荷接入低壓子系統；所述中壓子系統和低壓子系統通過中壓直流母線和低壓直流母線與所述固態變壓器連接。

其中，所述固態變壓器(SST)由中壓換流器、雙有源全橋(DAB)和低壓換流器級聯組成；所述中壓換流器互聯中壓交流子網和中壓直流子網，所述低壓換流器互聯低壓交流子網和低壓直流子網；所述雙有源全橋通過互聯中壓直流母線和低壓直流母線，實現四個子網的互聯。

進一步的，所述中壓換流器還包括第一自主功率控制單元，用于協調中壓交流子網和中壓直流子網中的不平衡功率；所述雙有源全橋還包括第二自主功率控制單元，用于協調中壓子系統和低壓子系統的不平衡功率；所述低壓換流器還包括第三自主功率控制單元，用于協調低壓交流子網和低壓直流子網中的不平衡功率。

進一步的，所述中壓交流子網和中壓換流器的交流端口通過中壓交流母線連接，所述中壓直流子網和中壓換流器的直流端口通過中壓直流母線連線，所述低壓直流子網與低壓換流器的直流端口通過低壓直流母線連接，所述低壓交流子網與低壓換流器的交流端口通過低壓交流母線連線；所述中壓換流器的直流端口與所述DAB的中壓側相連，所述DAB的低壓側連接所述低壓換流器的直流端口。