[發明專利]可移動式交直流多端口柔性控制器及合解環啟停方法

有效

• 申請號: 202110831630.3
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113708613B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 馬洲俊;黃文燾;張明;朱紅;邰能靈;王杰;高聰哲;洪露;田浩;許洪華
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司;上海交通大學;國網江蘇省電力有限公司
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36;H02M1/32;H02J5/00;H02M1/10;H02M7/00;H02M3/335;H02M7/483
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 朱戈勝

1.可移動式交直流多端口柔性控制器，用于電網不同饋線之間的功率控制，有互聯需求的饋線之間通過常開狀態的開關柜進行連接，開關柜實現饋線互聯或斷開；其特征在于：柔性控制器為三端口結構，包括兩個模塊化多電平換流器MMC，兩個模塊化多電平換流器MMC背靠背連接，兩個模塊化多電平換流器MMC的交流側分別連接聯絡開關S1、S2進行投切對兩個交流端口AC1和AC2進行移動；兩個模塊化多電平換流器MMC的直流側通過多個串聯輸入并聯輸出的雙有源橋變換器DAB進行DC/DC變換，DAB輸出端通過聯絡開關S3投切后用于連接直流端口DC；

MMC兩側的交流端口AC1和AC2用于連接交流電網饋線，DAB側的直流端口DC用于連接直流電網饋線，聯絡開關S1、S2、S3連接不同端口，通過移動柔性控制器在饋線間的位置，并控制聯絡開關S1、S2、S3的開關動作改變端口的接入位置，實現柔性控制器在配電網中接入位置的改變；

當原本處于斷開狀態的兩條饋線存在互聯需求時，柔性控制器通過對應端口的聯絡開關分別接入兩條饋線的連接點并閉合聯絡開關進行合環實現柔性互聯；當兩條饋線間僅需常態互聯、無需功率控制時，閉合開關柜，并將柔性控制器退出運行，斷開柔性控制器對應端口的聯絡開關；

當饋線互聯需求發生改變時，柔性控制器在配電網的饋線接入位置改變，將柔性控制器移動至另外兩條有互聯需求的饋線之間，通過對應端口的聯絡開關分別接入另外兩條饋線的連接點并閉合聯絡開關實現柔性互聯；

當兩條通過開關柜互聯的饋線需要切換至斷開狀態時，首先將柔性控制器的對應端口分別接入兩條饋線處的連接點并閉合聯絡開關，通過功率控制使流過開關柜的功率為零，再斷開開關柜，對柔性控制器實施解環控制，實現兩條饋線由互聯狀態平滑切換至斷開狀態；

MMC采用功率解耦控制策略，包括功率外環控制和電流內環控制；功率外環控制用于為電流內環控制提供dq軸電流參考值，其中一側MMC的功率外環控制采用定直流電壓和無功功率控制，即U_dc-Q控制，另一側采用定有功功率和無功功率控制，即P-Q控制；電流內環控制采用直接電流控制方式，產生驅動各子模塊的開關信號；

DAB采用單移相控制方式；

單端的模塊化多電平換流器MMC采用的是三相半橋模塊化多電平換流器，三相半橋模塊化多電平換流器包括結構相同的三個相單元，每個相單元由上下對稱的2個橋臂構成，單端MMC整體為三相六橋臂結構；每個橋臂包括串聯連接的N個結構相同的子模塊SM、1個橋臂電抗器Larm和1個橋臂等效電阻Rarm；

子模塊SM包括2個功率管、2個對應的反并聯二極管、1個直流儲能電容C0、1個快速旁路開關K1和1個旁路保護二極管K2；2個功率管分別為功率管VT1和功率管VT2，反并聯二極管分別為二極管VD1和二極管VD2；其中，VT1、VT2、VD1、VD2、C0這5個器件共同構成半橋結構拓撲；

功率管VT1的發射極連接于功率管VT2的集電極，功率管VT1的集電極連接于直流儲能電容C0正極，功率管VT2的發射極連接于直流儲能電容C0負極，功率管VT1與二極管VD1反向并聯，功率管VT2與二極管VD2反向并聯；

快速旁路開關K1、旁路保護二極管K2均與功率管VT2并聯。

2.根據權利要求1所述的可移動式交直流多端口柔性控制器，其特征在于：雙有源橋變換器DAB包括兩個對稱的H橋和一個包含漏感的高頻變壓器；左右兩個H橋通過高頻變壓器相互連接。

3.根據權利要求1所述的可移動式交直流多端口柔性控制器，其特征在于：DAB采用的單移相控制方式，具體為：DAB中所有開關管的驅動信號都是占空比為50％的PWM信號，原邊信號與副邊信號錯開一個移相角來對原副邊電壓進行控制。

4.根據權利要求3所述的可移動式交直流多端口柔性控制器，其特征在于：DAB的控制還包括對多個DAB功率采用功率平衡控制策略進行均流控制。

5.可移動式交直流多端口柔性控制器合解環啟停控制方法，采用權利要求1至4任一項所述的可移動式交直流多端口柔性控制器，其特征在于：包括合環啟動控制方法與解環停止控制方法；

合環啟動控制方法，具體為：

當兩個交流端口合環時，一側MMC采用U_dc-Q控制，另一側MMC采用定P-Q控制；首先，AC1交流端口MMC的U_dc控制指令設定為額定直流電壓值，將AC2交流端口MMC的功率控制指令設置為0，使柔性控制器無功率傳輸，再對聯絡開關S1、S2進行合閘，合環后控制AC2交流端口的功率參考值變為運行值；將功率參考值變化率限制在k1，k1根據當前最大電流限幅取值，避免功率參考值的突變，使得功率參考值線性上升；

當交流端口AC1與直流端口DC合環時，MMC采用U_dc-Q控制，設定直流母線電壓參考值為額定電壓，DAB控制有功參考值P_ref為0，使柔性控制器無功率傳輸，再對聯絡開關S1、S3進行合閘，合環后DAB切換至直流端口DC的電壓控制；將有功參考值變化率限制在k2，k2根據當前最大電流限幅取值，避免功率參考值突變；

當交流端口AC2與直流端口DC合環時，控制方法和交流端口AC1與直流端口DC合環時的控制方法同理；

當三端口同時合環投入運行時，將一側交流端口采用U_dc-Q控制，設置直流母線電壓為額定值，另一側交流端口采用P-Q控制，將有功參考值控制為0，直流端口也將有功參考值控制為0，使柔性控制器無功率傳輸，再對聯絡開關S1、S2、S3進行合閘，合環后另一側交流端口的端口功率參考值變為運行值，并將功率參考值變化率限制在k1，直流端口DC切換為定端口電壓控制，并將功率參考值變化率限制在k2，當柔性控制器穩定運行后實現交流功率控制和直流端口電壓的控制；

解環停止控制方法，柔性控制解環并退出運行是合環啟動的逆過程，具體為：

當柔性控制器從三端口互聯狀態解環直流端口，變為交流端口AC1、AC2互聯狀態；首先控制直流端口有功參考值線性下降至0，并限制有功參考值變化率為k2，等到直流端口的功率線性下降至0時，斷開聯絡開關S3實現直流端口的解環；在AC1、AC2互聯狀態下，若要進一步實現AC1、AC2解環，使柔性控制器退出運行，則先控制P-Q控制側的有功參考值為0，并限制參考值變化率為k1，等交流端口AC1、AC2間的有功功率線性下降至0時，斷開聯絡開關S1、S2，實現三端口的解環，并且柔性控制器退出運行；

當柔性控制器從三端口互聯狀態解環一側交流端口，變為交流端口AC1、直流端口DC互聯狀態；在解環操作前首先需要將待解環的交流端口AC2切換為P-Q控制，另一交流端口AC1切換為U_dc-Q控制；首先控制交流端口AC2的有功參考值為0，并限制參考值變化率為k1，等AC2端口功率線性下降至0時，斷開聯絡開關S2實現交流端口AC2的解環；在AC1、DC互聯狀態下，若要進一步實現AC1、DC解環，使柔性控制器退出運行，則先控制DC側的有功參考值為0，并限制參考值變化率為k2，等端口AC1、DC間的有功功率線性下降至0時，斷開聯絡開關S1、S3，實現三端口的解環，并且柔性控制器退出運行；

當柔性控制器從三端口互聯狀態解環一側交流端口，變為交流端口AC2、直流端口DC互聯狀態時，控制方法與當柔性控制器從三端口互聯狀態解環一側交流端口，變為交流端口AC1、直流端口DC互聯狀態的控制方法同理。