[发明专利]一种多中压交流端口固态变压器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种多中压交流端口固态变压器及其控制方法，包括：多端口柔性互联模块；级联全桥变换器，级联全桥变换器的交流输入端串联接入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级联全桥变换器的子模块的直流输出侧相连接，其另一端相互并联构成低压直流母线。本发明能实现多交流馈线互联，并通过调节串联在线路上的等效电压源幅值相位，进行线路有功功率和无功功率解耦的主动控制，从而实现多交流馈线间的功率互济，有利于配电网经济高效运行；本发明中的多端口柔性互联模块具备模块化的特点，通过增加互联模块中并联电压源型单相变换器数量，可快速、经济地实现互联端口的拓展。

技术领域

本发明涉及电力系统中交直流电网柔性互联、电力电子的技术领域，尤其涉及一种多中压交流端口固态变压器及其控制方法。

背景技术

配电网作为经济和社会发展的重要基础设施，对实现能源互联网战略目标起着关键作用，随着分布式电源的不断渗透，储能、电动汽车及可控负荷的大量接入，以分布式电源为核心的多元电力供应系统将改变配电网的现有形态，采用多电压等级的交直流混合配电架构，可极大提升系统控制及设备接入的灵活性，是未来配电网的重要发展方向。

固态变压器(Solid State Transformer,SST)是一种新型电力电子设备，其特征在于每个功率模块中均包含高频变压器和大量电力电子开关，SST可以实现交直流电压转换、电气隔离、功率传输和大规模分布式新能源并网接入等功能，为交直流配网中的核心设备之一。目前，成熟的SST结构以级联H桥型SST(Cascaded H-Bridge Type SST,CHB-SST)为主，该拓扑每一相包含多个级联功率子模块，每个功率子模块由输入侧的H桥和输出侧高频链DC-DC变换器构成；CHB-SST的输入串联输出并联(Input-Series-Output-Parallel,ISOP)连接特征使其可以接入较高电压的交流电网，并以低压直流端口为媒介在交直流系统间传输功率，具有非常广泛的应用场景。

配电网末端的电能消费者对于供电可靠性和电能质量的要求日渐提升，希望从配电网运营者处获取更多能量灵活流动、电力议价谈判等自主性，而现有配电系统由于各自独立运行，无法有效解决线路堵塞问题，馈线负荷不均衡问题突出，配网系统实际容量受最先达到容量上限的单条线路限制，严重影响电网经济运行。

为解决上述问题，一种方案为新建或改造现有线路，这种方案成本高昂且耗时长久；另一种方案为通过固态变压器实现多中压交流端口互联互济，形成互联化的交直流混合配电网。利用电力电子变换器控制的实时性和快速性，实现不同馈线间的功率交互，解决负荷在空间上分布动态不平衡造成的设备及线路利用率下降问题，该方案方便直流负荷、分布式电源以及储能装置的即插即用式接入，具有经济高效、优化潮流分布、改善配电网电能质量等多种功能。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：现有的固态变压器只具备电压变换和功率传输功能，不具备多交流馈线互联互济功能。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：多端口柔性互联模块；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。

作为本发明所述的多中压交流端口固态变压器的一种优选方案，其中：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，所述变换器交流侧输出电压与馈线串联。