CN106972541A - 一种基于混合型子模块mmc的配电网多端柔性互联开关 - Google Patents

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徐玉韬
谈竹奎
肖永
徐长宝
林呈辉
范强
刘斌
王冕
桂军国
徐梅梅
顾威
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Abstract

本发明公开了一种基于混合型子模块MMC的配电网多端柔性互联开关，它包括旁路联络开关，每路电源分别通过MMC换流器接入配电网；MMC换流器的直流侧互相连接；每路电源之间通过旁路联络开关连接；解决了现有的配电网架构已经很难满足用户对环境保护、供电可靠性和电能质量。传统配电网网络拓扑结构、自动化系统及开关设备，难以从本质上改变配电网系统级的不可控性，不能适应多元电力供应方式等技术问题。

Description

一种基于混合型子模块MMC的配电网多端柔性互联开关
技术领域：
本发明属于供电技术，尤其涉及一种基于混合型子模块MMC的配电网多端柔性互联开关。
背景技术
在传统的配电网均采用以供方主导，单向辐射状供电为主的运行模式，在配电网的规划设计和管理均未深入考虑分布式电源的接入。随着分布式发电(distributedgeneration，DG)接入量的不断增加，电动汽车的快速普及，可控负荷的持续增多，现有的配电网架构已经很难满足用户对环境保护、供电可靠性和电能质量。传统配电网网络拓扑结构、自动化系统及开关设备，难以从本质上改变配电网系统级的不可控性，不能适应多元电力供应方式。即便是采用环网接线模式的城市配电网，实质上也是馈线按辐射状分区供电，各个分区之间存在负载率不均衡，相互之间缺乏有功功率和无功功率的支持，进而导致中压线路设备利用率低，电压质量参差不齐，难以满足配电网在电压/无功补偿、电能质量等方面的要求，不能适应高密度分布式电源的接入。
发明内容：
本发明要解决的技术问题：提供一种基于混合型子模块MMC的配电网多端柔性互联开关，以解决现有的配电网架构已经很难满足用户对环境保护、供电可靠性和电能质量。传统配电网网络拓扑结构、自动化系统及开关设备，难以从本质上改变配电网系统级的不可控性，不能适应多元电力供应方式等技术问题。
本发明技术方案：
一种基于混合型子模块MMC的配电网多端柔性互联开关，它包括旁路联络开关，每路电源分别通过MMC换流器接入配电网；MMC换流器的直流侧互相连接；每路电源之间通过旁路联络开关连接。
储能装置、DG装置或DG负荷接入到MMC换流器的直流侧母线。
每路电源、MMC换流器、储能装置、DG装置或DG负荷均通过断路器进行保护。
所述MMC换流器为混合型子模块MMC换流器；所述混合型子模块MMC换流器分为三相，每一相的上、下桥臂各级联12个全桥子模块FBSM、12个半桥子模块HBSM，所述的混合子模块MMC换流器每一相桥臂上串联一个平波电抗器Lx。
所述的各个桥臂上的12个全桥子模块级联在交流侧。
所述半桥子模块包括二个IGBT模块(T1和T2)、与二个IGBT模块(T1和T2)反并联的二极管(D1和D2)及一个直流电容器C。
本发明的有益效果：
本发明利用混合型子模块MMC换流器组成柔性互联开关，可以隔断换流器直流侧短路电流；利用柔性互联开关，提高含高密度DG配电馈线或配电网运行，将配置电力电子柔性互联开关作为可控性节点，将多回配电线路通过该开关进行互联，实现配电网闭环运行；或通过该柔性互联开关构建配电网网状接线模式，以满足配电网故障自愈，提高配电设备的利用率；与此同时，作为配电网控制性节点的电力电子柔性互联开关，其直流侧可集中接入大容量可再生能源，实现城市土地的综合利用；解决了现有的配电网架构已经很难满足用户对环境保护、供电可靠性和电能质量。传统配电网网络拓扑结构、自动化系统及开关设备，难以从本质上改变配电网系统级的不可控性，不能适应多元电力供应方式等技术问题。
附图说明：
图1本发明的结构示意图；
图2是发明的MMC换流器组成结构示意图；
图3为本发明MMC换流器中的半桥子模块HBSM组成结构示意图；
图4为本发明MMC换流器中的全桥子模块结构示意图；
图5为本发明实施例中四端系统某一馈线故障的柔性互联开关多端配电系统的拓扑结构示意图。
具体实施方式：
一种基于混合型子模块MMC的配电网多端柔性互联开关(见图1)，它包括旁路联络开关，每路电源分别通过MMC换流器接入配电网；MMC换流器的直流侧通过直流母线互相连接；每路电源之间通过旁路联络开关连接。
储能装置、DG装置或DG负荷接入到MMC换流器的直流侧母线。通过MMC换流器正负直流母线连接到主换流器正负极的接口处，分布式电源可选择太阳能光伏电池、中小型风力发电机等，储能装置可选择蓄电池储能、超级电容器储能、超导储能以及飞轮储能等。
所述的接口可选择电力电子变压器或者能源路由器，目的是让DG和储能装置接入。
每路电源、MMC换流器、储能装置、DG装置或DG负荷均通过断路器进行保护；利用所述的多端柔性互联开关可将电源扩展成多电源供电(电源1，电源2，….，电源n),以提高配电设备的利用率和供电可靠性。
所述MMC换流器为混合型子模块MMC换流器；所述混合型子模块MMC换流器分为三相，每一相的上、下桥臂各级联12个全桥子模块FBSM、12个半桥子模块HBSM，即N＝24，通过控制混合型子模块得到25电平；所述的混合子模块MMC换流器每一相桥臂上串联一个平波电抗器Lx。目的是为了抑制MMC输出的谐波，提高系统稳定性。
所述的各个桥臂上的12个全桥子模块级联在交流侧。目的是隔离直流故障电流，若半桥子模块级联在交流侧会出现直流故障电流无法隔离现象，出现换流器丧失控制能力，工作在不控整流状态，此时无法通过控制换流器来熄灭电弧。
所述半桥子模块包括二个IGBT模块(T1和T2)、与二个IGBT模块(T1和T2)反并联的二极管(D1和D2)及一个直流电容器C。所述的全桥子模块采用的电力电子器件是半桥子模块的2倍(T1～T4，D1～D4)，目的是在系统发生短路故障闭锁后，FBSM具有故障电流的双向阻断能力。采用混合子模块的目的是既减少了系统器件数量和系统损耗，又具有故障电流的双向阻断能力。
具体实施例1，参见附图1，所述的多端柔性互联开关,将含分布式电源的多回馈线通过多端柔性互联开关连接起来，每一侧电源、MMC换流器或者分布式电源都有断路器保护。利用所述的多端柔性互联开关可将电源扩展成多电源供电(电源1，电源2，….，电源n),每路电源需要一个MMC换流器进行供电，因此需要n个MMC换流器；以提高配电设备的利用率和供电可靠性。
参见附图5，本发明应用到四端系统中某一馈线故障的柔性互联开关多端配电系统的拓扑结构示意图具体。当配电网中靠近电源1的馈线1某处发生故障时，在柔性开关的作用下可将该段馈线切出，虽然电源1不再向配电网供电，但仍可在其他3个交流电源2，3、4，分布式电源、储能装置和馈线2、3、4的作用下对配电网进行持续性供电，并可对配电网潮流进行调控，实现了配电网的闭环运行；如果分布式电源或储能装置发生故障，在柔性开关的作用下，切断故障，电源1,2,3,4会正常供电。

Claims (6)

1.一种基于混合型子模块MMC的配电网多端柔性互联开关，它包括旁路联络开关，其特征在于：每路电源分别通过MMC换流器接入配电网；MMC换流器的直流侧互相连接；每路电源之间通过旁路联络开关连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于混合型子模块MMC的配电网多端柔性互联开关，其特征在于：储能装置、DG装置或DG负荷接入到MMC换流器的直流侧母线。
3.根据权利要求1所述的一种基于混合型子模块MMC的配电网多端柔性互联开关，其特征在于：每路电源、MMC换流器、储能装置、DG装置或DG负荷均通过断路器进行保护。
4.根据权利要求1所述的一种基于混合型子模块MMC的配电网多端柔性互联开关，其特征在于：所述MMC换流器为混合型子模块MMC换流器；所述混合型子模块MMC换流器分为三相，每一相的上、下桥臂各级联12个全桥子模块FBSM、12个半桥子模块HBSM，所述的混合子模块MMC换流器每一相桥臂上串联一个平波电抗器Lx。
5.根据权利要求4所述的一种基于混合型子模块MMC的配电网多端柔性互联开关，其特征在于：所述的各个桥臂上的12个全桥子模块级联在交流侧。
6.根据权利要求4所述的一种基于混合型子模块MMC的配电网多端柔性互联开关，其特征在于：所述半桥子模块包括二个IGBT模块(T1和T2)、与二个IGBT模块(T1和T2)反并联的二极管(D1和D2)及一个直流电容器C。
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