[發明專利]一種配電網用多端變比可調直流變壓器及其控制方法

在審

• 申請號: 202110754736.8
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113708398A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 沙廣林;段青;盛萬興;張姚;吳云召;趙彩虹;馬春艷;高健;朱劉柱;榮秀婷;張輝;葛雪峰
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國家電網有限公司;國網安徽省電力有限公司;國網江蘇省電力有限公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02M7/483;H02M7/5387;H02M1/00
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發明涉及柔性直流輸電技術領域，具體提供了一種配電網用多端變比可調直流變壓器及其控制方法，旨在解決現有的多端變比可調直流變壓器的結構復雜、體積重量的技術問題。包括：多個低壓側MMC、交流變壓器和高壓側MMC；所述高壓側MMC的直流側接入高壓側直流電網，所述高壓側MMC的交流側連接交流變壓器，各低壓側MMC的交流側并聯后連接交流變壓器，各低壓側MMC的直流側分別連接各直流電網，其中，各低壓側MMC與交流變壓器之間均接有一等效電感。該方案結構簡單、節省了交流變壓器數量，減少裝置體積，并且由于其變比調節能力，當直流電網電壓等級發生改變時，只需調整相應的控制策略而無需更換交流變壓器，靈活性高，可降低運行及維護成本。

技術領域

本發明涉及大功率直流變壓器領域，具體涉及一種配電網用多端變比可調直流變壓器及其控制方法。

背景技術

近年來，能源需求不斷增長，電網中分布式能源的比例也越來越高，直流電網被視為建設大容量輸電系統的關鍵。在傳統的高壓直流輸電系統中，2端直流輸電僅能實現點對點的直流電能傳送，隨著經濟發展和電網的建設，必然要求未來的直流電網能夠實現多電源供電以及多點受電，實現不同電壓等級直流電網之間的連接。因此，直流變壓器成為直流電網中的關鍵環節。

目前，學界提出了許多大容量直流變壓器拓撲結構，大多是由高頻變壓器連接兩個DC/AC變換器。應用這種結構的直流變壓器可以實現兩個不同電壓等級的直流線路互聯。然而為應對未來直流配電網的需求，多個不同電壓等級的直流母線需要相互連接，因此需要大容量的多端直流變壓器。相比于兩端直流變壓器，多端直流變壓器可以連接多個不同電壓等級的直流母線，適用于直流配電網。

因此，需要在兩端直流變壓器的基礎上，研究多端直流變壓器拓撲。而在傳統的直流變壓器中，電壓變比通過交流變壓器實現，則多端直流變壓器內部需要多個交流變壓器，導致交流變壓器的數量增多，也增加了設備的體積重量。

發明內容

為了克服上述缺陷，提出了本發明，以提供解決或至少部分地解決現有的多端變比可調直流變壓器的結構復雜、體積重量的技術問題的配電網用多端變比可調直流變壓器及其控制方法。

第一方面，提供一種配電網用多端變比可調直流變壓器，所述配電網用多端變比可調直流變壓器包括：多個低壓側MMC、交流變壓器和高壓側MMC；

所述高壓側MMC的直流側接入高壓側直流電網，所述高壓側MMC的交流側連接交流變壓器，各低壓側MMC的交流側并聯后連接交流變壓器，各低壓側MMC的直流側分別連接各直流電網，其中，各低壓側MMC與交流變壓器之間均接有一等效電感。

優選的，所述高壓側MMC和各低壓側MMC中每個橋臂上的子模塊均為半橋模塊。

優選的，所述高壓側MMC和各低壓側MMC均采用四橋臂MMC。

優選的，所述四橋臂MMC中每個橋臂均由若干個相同數量的半橋子模塊級聯組成。

優選的，所述交流變壓器的變比為1:1。

第二方面，提供一種配電網用多端變比可調直流變壓器的控制方法，所述控制方法包括：

基于高/低壓側MMC的交流側電壓和直流側電壓計算所述高/低壓側MMC中導通的模塊數；

根據所述高/低壓側MMC輸出的方波信號及高/低壓側MMC中導通的模塊數控制高/低壓側MMC中子模塊的投切。

優選的，所述基于高/低壓側MMC的交流側電壓和直流側電壓計算所述高/低壓側MMC中導通的模塊數，包括：

求解方程組，獲取所述高/低壓側MMC中第一對交叉橋臂導通的模塊數和第二對交叉橋臂導通的模塊數，其中，所述方程組的計算式如下：