[发明专利]一种含有变压器隔离的低频输电系统及其控制方法

说明书

本申请提供一种含有变压器隔离的低频输电系统及其控制方法。所述含有变压器隔离的低频输电系统，包括三相工频系统，低频系统和交交变换器；包括第一隔离刀闸，连接交交变换器的三相工频端口；包括第二隔离刀闸，连接交交变换器的低频端口；还包括至少一个隔离变压器，位于第一隔离刀闸和三相工频系统之间或者位于第二隔离刀闸和低频系统之间。本申请通过改变隔离变压器的变比和位置，改变交交变换器两侧变换的电压，以适应不同电压等级和频率的交流系统，同时还能适时减少交交变换器每个链节的模块数量，降低系统成本。此外，本申请设置了隔离刀闸操作，可以将交交变换器处理为无功补偿设备，增加了设备的可用率。

技术领域

本申请涉及电力电子应用技术领域，具体涉及一种含有变压器隔离的低频输电系统及其控制方法。

背景技术

传统工频输电系统采用50/60Hz时，传输距离相比直流供电系统受限，并且还要考虑系统无功以及分布参数问题。而普及直流供电系统，在新能源应用、电能传输领域具有相当的优势，但直流断路器、直流变压器等设备成本昂贵，并且直流系统多数需要新建。为此在一些传输距离相对工频应用较远，但成本要求有限，或者一些需要进行设备改造运行的情况下，低频输电由于降低了输电频率，能够有利于改善系统无功以及分布参数问题，从而实现一定的远距离输电。同时输电线路仍然可以保留工频线路，所以改造成本也相对直流系统较低。

低频输电系统离不开交交变换器，用于工频和低频电压变换。目前常见较成熟的交交变换器为模块化多电平矩阵变换器(modular multilevel matrix converter，M3C)，但是该变换器使用了9条链节，在高压应用领域，使用模块数量众多，设备成本较高。为此也有文献提出了6链结构的拓扑，如CN110601201A的六角结构，但是该拓扑在单相电压不均衡时，易导致系统存在较严重的谐波问题。

此外，当一侧交流系统发生故障后，M3C变换器众多的电路桥臂将停止工作，也会降低设备的可用率。

综上，M3C变换器仍然有必要在降低成本、增加其设备可用率方面进行更多的研究。

发明内容

为解决上述问题，本申请提出一种含有变压器隔离的低频输电系统及其控制方法，具体方案如下：

第一方面，本申请提供了一种含有变压器隔离的低频输电系统，包括：

三相工频系统，包含三相供电系统；

低频系统，包含至少一相供电系统；

交交变换器，包括三相工频端口和低频端口，所述低频端口的相别数量与低频系统的相别数量一致；

第一隔离刀闸，用于连接三相工频系统和交交变换器的三相工频端口；

第二隔离刀闸，用于连接低频系统和交交变换器的低频端口；

至少一个隔离变压器，位于第一隔离刀闸和三相工频系统之间或者位于第二隔离刀闸和低频系统之间；其中，隔离变压器位于第一隔离刀闸与三相工频系统之间时，为三相工频变压器；隔离变压器位于第二隔离刀闸与低频系统之间时，为低频变压器。

优选的方案中，包括至少两个隔离变压器，一个隔离变压器位于第一隔离刀闸和三相工频系统之间，另一个隔离变压器位于第二隔离刀闸和低频系统之间。

优选的方案中，所述隔离变压器连接交交变换器侧的绕组变比小于另一侧的绕组变比。

优选的方案中，交交变换器为矩阵式变换器，包含N个链节，N为正整数且为3的整数倍，每个链节包含M个交直变换模块和一个谐振支路，每个交直变换模块包含一个交流端口一个直流端口，其中直流端口连接一个电容器，M个交直变换模块通过交流端口串联连接后再与谐振支路串联构成一个链节；每三个链节分为一组，将同一组中三个链节的一端分别连接三相工频端口，三个链节的另一端共同连接到低频端口的其中一相。