[发明专利]基于固态变压器的交直流混合电网及其协调控制方法

说明书

本发明公开一种基于固态变压器的交直流混合电网，包括中压子系统，低压子系统和固态变压器；所述中压子系统和低压子系统通过中压直流母线和低压直流母线分别与所述固态变压器连接；所述固态变压器由中压换流器、双有源全桥和低压换流器级联组成；所述双有源全桥通过互联中压直流母线和低压直流母线，实现四个子网的互联。本发明还公开了一种基于固态变压器的交直流混合电网的协调控制方法，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。本发明通过固态变压器自主功率协调控制，实现交直流混合电网的全局功率平衡与共享，减轻某一子网因负载较重引起电压或频率严重降低而导致失稳的风险。

技术领域

本发明涉及交直流混合电网领域，具体涉及一种基于固态变压器的交直流混合电网及其协调控制方法。

背景技术

随着光伏发电、数据中心、电动汽车等的不断发展，直流型电源和负荷已经成为电网的重要组成部分。传统交流电转换为直流电需经过多级AC/DC、DC/DC换流器，其结构复杂、损耗大、可靠性低的问题逐渐突显。交直流混合电网由于其能够同时容纳交流型、直流型的电源和负荷，节省多级AC/DC、DC/DC换流器，已成为未来电网建设发展的优势架构。

现有的针对交直流混合电网的研究多聚焦于基于接口变换器的低压交直流混合微电网，其电压等级低的特征制约了混合电网规模与容量的扩大。为了解决这一问题，有关学者提出利用固态变压器多端口特性实现中压交流配电网与低压交直流微电网的互联，或者利用固态变压器将低压交直流新能源电源和负荷接入中压交流配电网。在这些交直流混合电网方案中，根据固态变压器是否与中压交流配电网互联，设计了并网模式和孤岛模式。并网模式中，通常假设中压交流配电网是无穷大系统，然而实际运行中可能存在中压交流侧连接弱网的情况；孤岛模式中，仅利用有限的低压直流储能装置为低压交直流微电网提供支撑，其支撑能力有限，稳定运行难以确保。此外，无论是并网模式还是孤岛模式，固态变压器的中压直流端口均未得到充分利用。随着直流电源和负荷的进一步发展，中压直流将成为电网中重要的端口。综上，现有的基于固态变压器的交直流混合电网技术仍存在诸多缺陷，制约和限制了其进一步发展。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，解决现有基于固态变压器的交直流混合电网存在中压直流端口利用率低、并网模式下弱网适应性差、孤岛模式下支撑能力有限的问题，提出一种基于固态变压器的交直流混合电网及其协调控制方法。

本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种基于固态变压器的交直流混合电网，包括中压子系统，低压子系统和固态变压器(SST)；

其中，所述中压子系统由中压交流子网和中压直流子网组成，集中式、大容量电源和负荷接入中压子系统；所述低压子系统由低压交流子网和低压直流子网组成；分布式、小容量电源和负荷接入低压子系统；所述中压子系统和低压子系统通过中压直流母线和低压直流母线与所述固态变压器连接。

其中，所述固态变压器(SST)由中压换流器、双有源全桥(DAB)和低压换流器级联组成；所述中压换流器互联中压交流子网和中压直流子网，所述低压换流器互联低压交流子网和低压直流子网；所述双有源全桥通过互联中压直流母线和低压直流母线，实现四个子网的互联。

进一步的，所述中压换流器还包括第一自主功率控制单元，用于协调中压交流子网和中压直流子网中的不平衡功率；所述双有源全桥还包括第二自主功率控制单元，用于协调中压子系统和低压子系统的不平衡功率；所述低压换流器还包括第三自主功率控制单元，用于协调低压交流子网和低压直流子网中的不平衡功率。

进一步的，所述中压交流子网和中压换流器的交流端口通过中压交流母线连接，所述中压直流子网和中压换流器的直流端口通过中压直流母线连线，所述低压直流子网与低压换流器的直流端口通过低压直流母线连接，所述低压交流子网与低压换流器的交流端口通过低压交流母线连线；所述中压换流器的直流端口与所述DAB的中压侧相连，所述DAB的低压侧连接所述低压换流器的直流端口。