[发明专利]一种直接式混合配电变压器系统及其潮流柔性调控方法

说明书

本发明公开了一种直接式混合配电变压器。为了克服现有技术中存在的整体结构复杂，体积大而笨重，调控能力容易受限的问题本发明采用一种直接式混合配电变压器，包括变换器模块、变压器绕组模块、状态监测模块、控制模块、通信模块、记忆模块，直接式AC‑AC混合变压器省去了直流部分以及储能装置，设备体积小重量轻，生产成本大大降低；功率损耗小，转换效率高；通过主动故障修复，减少维修人员的工作强度，减小维护成本；通过记忆模块储存故障信息，便于维修人员排故以及系统优化设计，电磁控制开关使得故障检修时变压器主绕组可以单独运行，减小故障或者检修带来的影响。

技术领域

本发明涉及混合变压器领域，特别涉及一种直接式混合配电变压器系统及其潮流柔性调控方法。

背景技术

随着电力用户向多样化发展、分布式储能并网运行以及配电网规模的不断扩大，现代城市配电网在规划、运行与管理等方面较之以往均已具有显著差异且面临着众多挑战。针对目前已出现的问题与不足，研究人员提出了各种不同的解决措施与应对手段。在配电网网架结构方面，传统配电网所遵循的“闭环设计，开环运行”原则已难以满足未来配电网发展需求，配电网网架结构由开环辐射运行状态向网状闭环运行状态过渡转变是其未来发展过程中的必由之路。目前，随着城市配电环网闭环运行所存在的循环功率过大导致的设备负载分布不均、分布式电源并网运行所导致的双向潮流以及配电网运行管理灵活性需求等问题的出现，具有调节次数、调节连续性、调节时限等约束限制的传统配电环网潮流调控手段难以实现城市配电环网潮流精细化与实时化调控需求。随着现代电力电子技术与先进控制理论的发展，大容量电力电子变换设备已经具备了能量双向流动、变换、调控与管理能力。电力电子技术已广泛应用于现代电力系统中，给电力系统带来了深刻的变革。统一潮流控制器（UPFC）作为第三代灵活交流输电系统（FACTS）设备的典型代表，凭借其潮流控制能力，在输电系统中得到了成功应用。然而，在城市中压配电网中，UPFC的应用仍需突破其经济性瓶颈。近年来，将传统电气一次设备与电力电子技术相结合、充分挖掘现有设备综合利用率、降低电力系统设备成本等问题已被国内外众多学者所关注。相较于目前发展较为成熟的电力电子变压器，混合配电变压器无需由电力电子单元承担全部负荷功率，所选用的电力电子器件功率等级与成本等得到有效降低。含有储能设备的混合配电变压器，该拓扑结构中由于储能装置的存在，混合配电变压器较为笨重且价格高昂，同时其调控能力受限于储能装置的容量；不含储能设备的混合配电变压器，此类混合配电变压器又可进一步划分为 AC／DC／AC 型混合配电变压器与直接式 AC／AC 型混合配电变压器2 种。由于 AC／DC／AC 型混合配电变压器增设了一级DC／AC变换器，整个系统存在多级功率变换而具有较高的功率损耗比例。AC／AC-混合配电变压器与上述几种方案相比，其拓扑结构中不存在直流环节，因而无需装设电容器或储能设备，装置体积、重量以及成本得到有效降低；同时由于装置仅含有一次能量变换设备，相较于AC／DC／AC型混合配电变压器具有更高的运行效率。

例如，在中国专利文献上公开的“一种带储能装置的电力电子变压器”，公开号为“CN113193760A”，电力电子变压器高压侧接10kV配电网，电力电子变压器低压侧接400V等级配电网，三相10kV交流电压通过A相电路、B相电路和C相电路进行分压与隔离变换，将高压交流电变换为直流电，均连接直流母线P和N，直流母线P和N电性连接储能型有源逆变器将直流电变换为三相400V等级交流电接低压配电网。这种变压器由于存在直流环节和储能装置，使得整体结构复杂，体积较大、笨重，调控能力受限。

发明内容

为解决现有技术中存在的整体结构复杂，体积大而笨重，调控能力容易受限的问题，提出一种直接式混合配电变压器系统，包括：

变换器模块：对变压器绕组模块的输出电压进行调节；变换器模块中的变换器采用电力电子开关器件如IGBT，方便控制。

变压器绕组模块：用以接收输入电压并对输入电压进行变换后输出；