[发明专利]一种电流源型多端口柔性并网接口装置及控制方法

说明书

本发明涉及一种电流源型多端口柔性并网接口装置，其包括电流源AC‑DC并网变换器、储能电感和隔离型DC‑DC功率模块，所述电流源AC‑DC并网变换器的交流端作为交流并网端口连接电网，其直流端与所述储能电感和隔离型DC‑DC功率模块所属单相电流源DC‑AC变换器的直流端顺次串联，构成内部直流环路，所述隔离型DC‑DC功率模块所属单相电压源AC‑DC变换器的直流端作为低压直流端口，提供低压直流设备的能量交互端口，并基于此提出一种控制方法。本发明不需采用级联H桥拓扑并网，体积较小，有利于提高系统功率密度，可实现各端口功率的独立解耦控制，具有较好的容错能力，任意隔离DC‑DC功率模块发生直流短路故障，均可切除故障模块而不影响其他功率模块的运行。

技术领域

本发明属于电力电子变流器技术，具体涉及一种电流源型多端口柔性并网接口装置及控制方法。

背景技术

近年来，发展能源互联网技术，以实现多能互补互济并提高能源利用效率，已成为推动能源转型的重要途径。随着分布式发电、储能技术、电动汽车技术和微网等技术发展，在越来越多的应用场合需要能够将大量不同类型的源、网、荷、储等设备接入电力系统。从减少变换环节、降低成本、占地和提高效率等方面考虑，用统一的多端口接口装置为各类需要接入中高压电网的设备提供即插即用的接口，要比为各个设备独立提供专用接口变换器更具优势。因此，多端口柔性并网接口装置，如现有文献广泛提到的能量路由器、多端口电力电子变压器等，逐渐获得广泛地应用。

现有接入中压交流电网的多端口并网接口装置解决方案，主要有直流电压母线耦合式、多绕组变压器耦合式和交流并网端口耦合式三种。其中，直流电压母线耦合式的典型结构如期刊论文电力电子变压器直流端口极间短路故障特性分析(姜山,范春菊,黄宁,等，中国电机工程学报，2018,38(05):1301-1309)中图1所示的电路结构，该方案采用公共低压直流母线作为各端口能量交互的中间环节，优点是各端口功率控制可以灵活解耦，但若要提供多个电气隔离的端口，则需要较多变换环节，而且为实现中压交流并网，往往采用级联H桥式拓扑，需要较多大容量电容，体积庞大，成本较高，此外，该方案中直流母线一旦发生故障，将影响全部端口的正常运行。多绕组变压器耦合式的典型结构如期刊论文Modelingand Control ofa Multiport Power Electronic Transformer(PET)forElectricTractionApplications(Gu C,Zheng Z,Xu L,et al.IEEE TRANSACTIONS ON POWERELECTRONICS,2016,31(2):915-927.)中Fig.1(c)所示的电路结构，该方案采用多绕组变压器作为各端口能量交互的中间环节，优点是结构较为紧凑、各端口电气隔离；缺点是各端口之间存在复杂强耦合关系，因此需要较为复杂、且基于准确数学模型的解耦控制算法，计算量大，对参数准确性依赖程度高，而且多绕组变压器制作较为困难，此外，在直流端口发生故障时需要闭锁全部端口变换器，容错能力较差。交流并网端口耦合式的典型结构如期刊论文Analysis and Control ofaNovel Modular-Based Energy Router forDC MicrogridCluster(Tu C,Xiao F,Lan Z,et al.IEEE Journal ofEmerging and SelectedTopicsinPower Electronics,2019)中Fig.3所示电路结构，该方案各端口的能量交互环节及中压并网端口，优点是变换环节少、模块化程度高；缺点是各模块功率受到支撑并网电压要求及自身器件耐压水平限制，不能过于不均衡，因此不具备端口功率灵活解耦的能力。

综上，现有技术或者造成装置体积庞大，功率密度较低；或者端口功率控制无法灵活解耦；或者解耦算法较为复杂，不易实现。因此，设计一种电流源型多端口柔性并网接口装置以提高系统功率密度、实现独立解耦控制是十分必要且又相当迫切的。

发明内容