[发明专利]一种多中压交流端口固态变压器及其控制方法

权利要求书

1.一种多中压交流端口固态变压器，其特性在于，包括：

多端口柔性互联模块，所述多端口柔性互联模块包括多个共享直流母线的电压源型单相变换器组成，所述电压源型单相变换器交流侧输出电压与馈线或级联全桥变换器串联，其中一个电压源型单相变换器的输入端与共享直流母线相连，该电压源型单相变换器输出端与级联全桥变换器的交流输入端相连；

级联全桥变换器，所述级联全桥变换器的交流输入端串联接入所述多端口柔性互联模块；以及，

隔离型直流变换器，各个隔离型直流变换器的一端与所述级联全桥变换器的子模块的直流输出侧相连接，所述各个隔离型直流变换器的另一端相互并联构成低压直流母线；

所述多端口柔性互联模块通过一个隔离型双向DC-DC变换器与低压直流母线连接或者不加装隔离型双向DC-DC变换器；

包括，

功率方程：

其中，P_k为多中压交流端口互联互济式固态变压器的第k条线路的有功功率表达式，P_L为多中压交流端口互联互济式固态变压器低压直流端口功率。

2.如权利要求1所述的多中压交流端口固态变压器，其特征在于：所述级联全桥变换器包括中压级电压源型变换器，其子模块拓扑为全桥型变换器。

3.如权利要求1或2所述的多中压交流端口固态变压器，其特征在于：所述隔离型直流变换器包括中间带有中高频隔离变压器的DC-DC变换器，其拓扑为双有源全桥变换器或者半桥型变换器或者功率可控的隔离型DC-DC变换器。

4.如权利要求3所述的多中压交流端口固态变压器，其特征在于：组成所述多端口柔性互联模块的电压源型单相变换器拓扑包括两电平电压源型单相变换器或者三电平电压源型单相变换器或者能进行功率双向流动的电压源型单相变换器。

5.如权利要求4所述的多中压交流端口固态变压器，其特征在于：所述变压器的启动方案包括，

第一阶段：不控整流阶段，交流侧串联限流电阻后并网，所有开关闭锁，经过二极管构成的整流电路对装置内电容进行充电；

第二阶段：受控整流阶段，所述第一阶段充电结束后，通过将电容轮流切入切除充电回路但总投入充电回路电容个数一定的方式，将拓扑内电容电压充至额定值附近；

第三阶段：斜坡升压阶段，所述第二阶段充电结束后，通过给定斜坡上升的参考电压，利用电压控制环将电容电压充电至额定值。

6.如权利要求5所述的多中压交流端口固态变压器，其特征在于：所述变压器的启动方案包括，

在所述多端口柔性互联模块中的单相电压源型变换器的交流侧端口间并联一个保护装置；

所述保护装置由金属氧化物限压器和晶闸管旁路开关并联组成，所述金属氧化物限压器将电压限制在保护水平，所述晶闸管旁路开关将单相电压源型变换器的交流侧端口旁路。

7.如权利要求6所述的多中压交流端口固态变压器，其特征在于：所述晶闸管旁路开关包括，

由反并联晶闸管、阻容回路、静态电阻并联后再与一个饱和电抗器串联构成。

8.一种应用于如权利要求1所述的多中压交流端口固态变压器的控制方法，其特征在于：包括线路潮流控制环、级联H桥控制环、DC-DC变换器控制环和公共连接母线电压平衡控制环；

包括，

电压源分配方式满足以下基本条件方程：

其中，V_Ck为多端口柔性互联模块在第k条线路上等效串联的电压源交流分量的矢量表达式，为实现第k条线路上目标潮流时所需串联在第1条线路和第k条线路之间的等效电压源矢量表达式，为与所述级联H桥相连的所述多端口柔性互联模块中的半桥型变换器交流端口输出的等效电压交流分量的矢量表达式，为第k条线路上的交流电流的共轭矢量表达式，为所述级联H桥的桥臂交流电流的共轭矢量表达式，P_IBDC为所述与多端口柔性互联模块相连的隔离型双向DC-DC变换器的传输功率表达式，n为通过所述多端口柔性互联模块互联的馈线数量；

所述的选取包括，

简化性取定义电压源型单相变换器所需输出电压交流成分最小，即所述的选取满足取到最小值；

或者令P_IBDC＝0，即