CN107612051B - 一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统，包括：两台多端口电力电子变压器、10kV交流母线、10kV直流母线、240V直流母线、380V交流母线。双冗余电力电子变压器分别接入于两路10kV交流电源，两台电力电子变压器10kV直流、240V直流及380V交流母线互联构成环网。10kV直流母线用于接纳大容量远距离光伏，同时实现两路10kV交流电源点的柔性互联；240V直流用于接纳低压光伏、储能等，同时给直流负载供电；380V交流用于接纳低压光伏、风电、光热发电等，同时给交流负载供电。该系统在保证交直流负荷高供电可靠性的同时，可以有效减少源、荷、储的多级变流环节，提高综合能源利用率及系统能效，同时通过多运行方式的切换，对电网提供辅助支撑。

Description

一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统

技术领域

本发明涉及交直流混合系统技术领域，尤其涉及一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统。

背景技术

分布式可再生能源已成为推进能源转型的重要途径，预计2050年非水可再生能源占比将高达43.44％，其中超过半数是分布式可再生能源。风电、光伏、光热发电等分布式可再生能源一般通过多级变流环节并网，且缺乏统一管控调度的手段，导致系统综合能效低下。在负荷侧，以IT类负载、变频空调及电动汽车为代表的广义直流用能设备比例快速升高，其变流环节严重降低了系统能效。

目前传统配网需要面临如下几类典型设备的接入：(1)交直流共存的分布式发电系统(如分布式光伏中光伏组件为直流源、风电机本质为交流源)；(2)交直流共存的储能设备(如锂电池、超级电容器本质为直流储能，飞轮储能本质为交流)；(3)电动汽车充电桩、数据中心IT类负载等广义直流设备，对电能直流及供电可靠性要求高，且需要经过多级整流或不间断电源(UPS，Uninterruptible Power Supply)实现供电；(4)传统交流负载直接接入低压交流配网。

面向分上述布式可再生能源可靠消纳及交直流负荷经济用能的重大需求，交直流混合系统在经济性、可靠性及灵活性等方面存在明显优势。国内外已经开展相关技术的研究，提出了交直流系统的概念及发展方向。传统交直流混合系统结构一般为低压放射状母线结构，可靠性低、母线末端电压波动大、能源接入能力有限，运行方式单一，不能实现灵活经济运行。因此支撑大容量交直流源、荷高效接入、可实现灵活运行的交直流混合系统是未来我国新型配用电系统的发展方向。研发此类交直流混合系统时，需要解决传统交直流混合系统可靠性低、母线末端电压波动大、能源接入能力有限，运行方式单一，不能实现灵活经济运行的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统，用于解决传统交直流混合系统可靠性低、母线末端电压波动大、能源接入能力有限，运行方式单一，不能实现灵活经济运行的技术问题。

本发明提供的一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统，包括：两台多端口电力电子变压器、10kV交流母线、10kV直流母线、240V直流母线和380V交流母线；

所述两台多端口电力电子变压器分别接入于两路独立的10kV交流电源；

所述两台多端口电力电子变压器的10kV交流端口通过所述10kV交流母线互相连接，正常运行时10kV交流母线为断开状态；

所述两台多端口电力电子变压器的10kV直流端口通过所述10kV直流母线互相连接；

所述两台多端口电力电子变压器的240V直流端口通过所述240V直流母线互相连接；

所述两台多端口电力电子变压器的380V交流端口通过所述380V交流母线互相连接；

所述10kV交流母线用于供电，所述10kV直流母线用于接入高压光伏电源，所述240V直流母线用于接入直流电源、储能装置和负荷，所述380V交流母线用于接入交流电源、储能装置和负荷。

储能装置包括第一储能装置、第二储能装置等；

负荷是指用电设备。

优选地，所述10kV直流端口和所述240V直流端口处均设置有直流断路器。

优选地，所述10kV直流母线连接有高压光伏电源，用于采集所述高压光伏电源的电能。

优选地，所述240V直流母线连接有第一低压光伏电源；所述240V直流母线还连接有第一储能装置，所述240V直流母线还通过第一静态转换开关连接负荷。

优选地，所述380V交流母线连接有第二低压光伏电源、风电电源和光热电源系统，所述光热电源系统还连接有储热系统、抽湿机和溴化锂制冷机；所述380V交流母线还连接第二储能装置；所述380V交流母线还通过第二静态转换开关连接负荷。

优选地，还包括控制系统；

所述控制系统包括云平台运行管理系统、能量管理系统和协调控制系统；

所述云平台运行管理系统与所述能量管理系统进行数据交互，所述能量管理系统与所述协调控制系统数据交互，所述协调控制系统监视控制所述直流电源、所述交流电源、所述储能装置、所述两台多端口电力电子变压器和所述交直流混合系统各母线及支路断路器；

优选地，所述云平台运行管理系统包括综合能效评估模块、系统运行方法优化模块、多能协同经济调度模块、云端数据采集模块、数据处理及挖掘分析模块、远程运维模块；

所述能量管理系统包括能量管理模块、多能互补优化运行控制模块、气象预测及发电预测模块、电力负荷预测管理模块。

优选地，所述交直流混合系统包括4种运行方式，所述4种运行方式具体包括：

双电力电子变压器供电运行方式：所述两台多端口电力电子变压器同时工作，其中一台所述两台多端口电力电子变压器采用定电压控制模式，另一台所述两台多端口电力电子变压器采用下垂控制或定功率控制模式；

单电力电子变压器独立运行方式：所述两台多端口电力电子变压器一台工作，另一台关闭，其中工作的所述两台多端口电力电子变压器采用定电压控制模式；

故障穿越运行方式：当电网侧故障导致电压跌落时，判断电网电压跌落幅度是否小于80％额定电压，若是，则保持所述交直流混合系统并网，若否，则断开开关，使得所述交直流混合系统断开电网，自动切换为孤岛运行方式；

孤岛运行方式：当所述高压光伏电源、直流电源、交流电源失效时，监测所述240V直流母线电压，若所述240V直流母线电压降低到预设阈值，则将接入所述240V直流母线的储能装置由定功率控制模式转化为定直流电压控制模式，并将接入所述380V交流母线的储能装置由定功率控制切换为VF模式或下垂控制模式。

优选地，所述交直流混合系统还包括辅助功能运行方式，所述辅助功能运行方式具体包括：

潮流优化运行方式：根据预设的电网需求判断条件将所述交直流混合系统中的所述10kV直流母线与另一所述交直流混合系统中的所述10kV直流母线互相连接；

所述交直流混合系统还包括另一种辅助功能运行方式，所述另一种辅助功能运行方式具体为：

电能质量治理运行方式：断开所述两台多端口电力电子变压器的10kV直流端口，使得所述10kV直流母线隔离，此时所述两台多端口电力电子变压器相当于静止动态无功补偿装置实现交流侧电能质量治理。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供的一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统，包括：两台多端口电力电子变压器、10kV交流母线、10kV直流母线、240V直流母线、380V交流母线；所述两台多端口电力电子变压器将各个母线连接起来构成环网，具备10kV交、直流配电级及380V交流/240V直流用电级双级母线。双冗余电力电子变压器分别接入于两路10kV交流电源，两台电力电子变压器10kV直流、240V直流及380V交流母线互联构成环网。10kV直流母线用于接纳大容量远距离光伏，同时实现两路10kV交流电源点的柔性互联；240V直流用于接纳低压光伏、储能等，同时给直流负载供电；380V交流用于接纳低压光伏、风电、光热发电等，同时给交流负载供电。该系统在保证交直流负荷高供电可靠性的同时，可以有效减少源、荷、储的多级变流环节，提高综合能源利用率及系统能效，同时通过多运行方式的切换，对电网提供辅助支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统的一个实施例的示意图；

图2为本发明提供的一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统中的控制系统架构示意图；

图3为本发明提供的一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统中的运行方式示意图；

其中，附图标记如下：

SST：电力电子变压器，STS1：第一静态转换开关，STS2：第二静态转换开关，101：高压光伏电源，102：第一低压光伏电源，103：第二低压光伏电源，104：风电电源，105：光热电源系统，201：第一储能装置，202：第二储能装置，301：负荷，401：储热系统，402：抽湿机，403：溴化锂制冷机，501：直流断路器。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统，用于解决传统交直流混合系统可靠性低、母线末端电压波动大、能源接入能力有限，运行方式单一，不能实现灵活经济运行的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供的一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统的一个实施例，包括：两台多端口电力电子变压器(Solid State Transformer，SST，图1中标注为SST)、10kV交流母线、10kV直流母线、240V直流母线、380V交流母线；

两台多端口电力电子变压器分别接入于两路独立的10kV交流电源；

两台多端口电力电子变压器的10kV交流端口通过10kV交流母线互相连接，正常运行时10kV交流母线为断开状态；

两台多端口电力电子变压器的10kV直流端口通过10kV直流母线互相连接；

两台多端口电力电子变压器的240V直流端口通过240V直流母线互相连接；

两台多端口电力电子变压器的380V交流端口通过380V交流母线互相连接；

10kV直流母线用于接入高压光伏电源，240V直流母线用于接入直流电源、储能装置和负荷，380V交流母线用于接入交流电源、储能装置和负荷。

需要说明的是，各电源、储能装置和负荷接入交直流混合系统时，可以根据实际情况采用适当的变流器进行接入，包括AC/DC变流器、AC/AC变流器、DC/DC变流器、DC/AC变流器。

本发明中，双冗余电力电子变压器分别接入于两路10kV交流电源，两台电力电子变压器10kV直流、240V直流及380V交流母线互联构成环网。10kV直流母线用于接纳大容量远距离光伏，同时实现两路10kV交流电源点的柔性互联；240V直流用于接纳低压光伏、储能等，同时给直流负载供电；380V交流用于接纳低压光伏、风电、光热发电等，同时给交流负载供电。该系统在保证交直流负荷高供电可靠性的同时，可以有效减少源、荷、储的多级变流环节，提高综合能源利用率及系统能效，同时通过多运行方式的切换，对电网提供辅助支撑。

本发明提出一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统拓扑结构。采用两台多端口电力电子变压器(Solid State Transformer,SST)组网，SST采用标准模块化设计，每一台都具备10kV交流、10kV直流、380V交流及240V直流端口。10kV交流接入电源，10kV直流、380V交流及240V直流端口互联构成环网，具备10kV配电级及380V/240V用电级双级母线。多级母线按照分布式可再生能源接入经济性及负载用能需求，分别接入不同功率元件：分布式可再生能源、多类型储电、储热及热利用系统、交直流负荷。

该系统结构具有以下优势：

(1)提高分布式能源高效接入能力。低压直流母线接入容量有限，一般不超过几百千瓦，难以支撑较大功率的分布式能源接入；同时低压供电半径小，一般只是几百米。采用10kV交流接入较大容量的光伏、风电等分布式能源，存在变流环节多、损耗高、不经济的问题。而采用10kV直流母线可以应对长距离、较大容量的分布式能源接入，同时，可以减少变流环节，提高效率。

(2)通过电源点的柔性互联提高供电可靠性。10kV配电级包含10kV直流和10kV交流，可通过直流进行两个不同10kV电源点互联。当电网运行时，不同电源点之间可进行有功功率交换，电网的负载均衡程度、供电能力、可靠性等得到提升。当电网内互联的某个分区发生故障时，非故障分区对故障分区进行快速可控的功率支援，从而稳定故障分区内母线电压水平。

(3)系统具有灵活的运行方式。包括双电力电子变压器供电运行方式、单电力电子变压器独立供电运行方式、故障穿越运行方式、孤岛运行方式、双电源潮流优化运行方式、电能质量治理运行方式。前四种运行方式属于供电运行方式，主要各种状态下针对负荷可靠供电。后两种属于辅助功能运行方式，针对电网提供潮流优化及电能质量治理等辅助服务。

进一步地，10kV直流端口和240V直流端口处均设置有直流断路器501。

系统内关键支撑设备为电力电子变压器SST及直流断路器501，前者支撑系统网架、实现变流变压及系统灵活的潮流控制。电力电子变压器内部具有隔离级结构，可以有效隔离交流侧短路故障。当系统内直流系统发生短路故障时，系统内分布式可再生能源及交流侧都可以为故障点提供短路电流，因此故障电流上升率很快，切闭锁电力电子变压器也不能切除故障。因此，系统内需要配置直流断路器501，隔离故障电流，实现系统安全运行。

进一步地，10kV直流母线连接有高压光伏电源101，用于采集高压光伏电源的电能。

进一步地，240V直流母线连接有第一低压光伏电源102；240V直流母线还连接有第一储能装置201，240V直流母线还通过第一静态转换开关(图1中标注为STS1)连接负荷301。

进一步地，380V交流母线连接有第二低压光伏电源103、风电电源104和光热电源系统105，光热电源系统105还连接有储热系统401、抽湿机402和溴化锂制冷机403；380V交流母线还连接第二储能装置202；380V交流母线还通过第二静态转换开关(图1中标注为STS2)连接负荷301。

下面结合图1对交直流混合系统的整体结构进行说明：

交直流混合系统的系统结构规划，涉及到系统供电可靠性、电能质量、运行经济性及安全性等重要因素。主要包括了高低压配电母线的供电方式、系统组网方式、电压等级构成形式、分布式电源的类型及接入方式、关键设备的类型及接入方式、负载连接方式、系统运行方式等。

该技术方案以数据中心为负载，但该方案也适用于其他类型的配网主流交直流负载供能。以数据中心为例，数据中心主要的负荷为计算机、服务器等IT类及制冷空调等负荷，IT负荷对供电可靠性及电能质量要求极高，要求不间断供电。一般数据中心都会配置有UPS及备用发电机组，通常所有IT负载都要经过UPS来供电，当电网出现故障时，首先UPS快速响应，给负载提供短时不间断电力供应，备用发电机组在过程中启动，给负载提供长期的后备保障。实际运行UPS的平均效率仅为90％，造成了较多的能耗损失。国内外已经有部分数据中心通过AC/DC及DC/DC变流器构成240V直流母线，储能电池通过DC/DC变流器直挂母线，给服务器负载直接供电。

本发明提出增加10kV级直流母线，形成涵盖中低两级电压的配用电双级(10kV交、直流配电级及380V交流、240V直流用电级)交直流混联系统结构，该结构具备四个电压等级，分别是10kV交流、10kV直流、380V交流及240V直流。通过两台多端口电力电子变压器(10kV交直流端口、380V交流端口及240V直流端口)构成环网，10kV直流母线可以经济接入大容量光伏电源，380V交流母线可以接纳传统的交流源、储、荷，240V直流母线可以接纳直流的源、储，且完全匹配数据中心IT负荷的接入。

本发明提出一种基于双冗余电力电子变压器的配用电双级交直流混联系统结构。系统接入在两个110kV/10kV变电站低压侧，包含两个10kV交流电源，两个站点采用闭环设计，开环运行，采用10kV交流母线互联，正常运行时为断开状态。

系统内包含10kV直流母线、240V直流母线及380V交流母线，以及两个10kV交流电源点，共四个电压等级。

系统内按照设备类型可以分为：

1)分布式可再生能源：包括光伏发电、风力发电、光热发电系统；

2)储能系统包括：储电系统及储热系统。

3)热利用系统包括：溴化锂机组及抽湿机。

4)负荷包括：交流负荷及直流负荷。

5)关键设备包括：电力电子变压器及直流断路器。

系统内关键支撑设备为电力电子变压器及直流断路器，前者支撑系统网架、实现变流变压及系统灵活的潮流控制。电力电子变压器内部具有隔离级结构，可以有效隔离交流侧短路故障。当系统内直流系统发生短路故障时，系统内分布式可再生能源及交流侧都可以为故障点提供短路电流，因此故障电流上升率很快，切闭锁电力电子变压器也不能切除故障。因此，系统内需要配置直流断路器，隔离故障电流，实现系统安全运行。

单台电力电子变压器单元采用模块化设计，包括三级式(整流级、隔离级、逆变级)结构。每个单元都采用多端口设计方案，具备10kV直流、240V直流、10kV交流、380V交流4种电压等级端口，4个端口通过电力电子变换器结合电感、电容耦合。通过这种模块化结构，可以支持多种组网方式，两台电力电子变压器10kV交流分别接入交流工频电源，10kV直流、380V交流及240V直流互联，构成环网。

系统中包含风电、光伏及光热发电等分布式可再生能源。分布式风电一般采用直驱型机组，通过AC/DC/AC变流器并入380V交流母线。分布式光伏发电分为交流接入部分及直流接入部分。通过隔离型DC/DC变流器接入240V直流母线，通过DC/DC/AC型光伏逆变器接入380V交流母线。光热发电通过交流发电机组接入380V交流母线。

通过储电、储热等构成综合储能系统，储电系统包括功率型储能及能量型储能，分别支撑大功率快速波动，提供足额电力后备容量，分别配置DC/DC及DC/AC变流器可以实现直流及交流母线的接入。综合储能系统根据其控制策略可以实现四方面功能，一方面可以平滑系统内多类型可再生能源的波动性，提高分布可再生能源的可控性；二是可以与多类型分布式可再生能源互补运行，提高系统综合能源利用率；三是针对负荷而言，可以根据电价峰谷差，提高负载用能经济性；四是做为直流系统的后备电源，提高重要负载供电可靠性。系统中锂电池、超级电容器等直流储能介质通过隔离型DC/DC变流器并网。储热系统接入到热网中，实现热能的存储与转换。

热利用系统设备主要包括抽湿机及溴化锂机组，光热发电余热通过溴化锂机组转化实现机房制冷，另一部分余热为建筑除湿，实现热能多级利用，大幅提高系统综合能效。

负荷侧，通过工频变压器将10kV交流变压到380V交流，通过接入UPS给交流IT类负载供电。交直流混合系统低压侧具备240V直流母线及380V交流母线，可支撑交直流IT类负载的接入。交直流混合系统的供电可以保障高可靠性，无需额外配置UPS不间断电源。同时，交直流系统供电与电网供电间配置有STS静态双电源开关，可以实现切换供用户选择。

进一步地，还包括控制系统；

控制系统包括云平台运行管理系统、能量管理系统和协调控制系统；

云平台运行管理系统连接能量管理系统，能量管理系统连接协调控制系统，协调控制系统监视控制直流电源、交流电源、储能装置、两台多端口电力电子变压器等设备的控制系统，以及交直流混合系统各母线、支路的断路器。

进一步地，云平台运行管理系统包括综合能效评估模块、系统运行方法优化模块、多能协同经济调度模块、云端数据采集模块、数据处理及挖掘分析模块、远程运维模块；

能量管理系统包括能量管理模块、多能互补优化运行控制模块、气象预测及发电预测模块、电力负荷预测管理模块。

下面将结合图2对控制系统进行详细的描述：

交直流混合系统控制系统基本功能是保持系统内负荷供电可靠性及电能质量，保持系统内分布式可再生能源的高效利用，同时给电网提供一定的辅助支持。系统内核心装备为电力电子变压器及直流断路器，同时具有储能等可调度资源，通过对上述设备控制，实现系统电压稳定及故障电流快速开断。

本发明针对交直流混合系统，提出三层控制系统架构。

底层协调控制系统是负责电力电子变压器、直流断路器、各种分布式能源接入开关、负荷侧开关等本地设备的协调控制，属于即时控制协调。在没有上级调度指令的情况下，底层协调控制系统可以独立运行，可保证系统内源、网、荷、储等设备的正常运行。

中间层“源-网-荷-储”能量管理系统是负责各种分布式能源和负荷、储能之间的互补运行协调，通过该系统实现系统内各种能源和负荷、储能互补运行的局部最优。能量管理系统除开能量管理基本功能外，还具备三个主要功能模块：多能互补优化运行控制实现系统内风电、光伏、光热及储电、储热等多类型能源形式的互补运行，实现系统内动态能效最优，提高综合能源利用率。气象预测及发电预测模块，根据天气预报，预测光伏、风电的发电情况，生成各种分布式能源和储能的周、日运行计划。电力负荷预测管理，实现系统内冷热负荷及交直流电力负荷的预测，生成周、日运行计划。

为实现多个分散式分布式可再生能源系统的优化调度和高效管理，将各系统数据通过通讯网络传送至调度运营层的云平台运行管理系统中，实现多系统的统一管控和大数据挖掘与信息共享。上层基于云平台的运行管理系统可以从多个区域统筹考虑，对每个区域的各种分布式能源和储能，根据整体的电源和负荷需求情况，指导多个区域各种分布式能源和储能的投运计划，做到全局最优。云平台运行管理系统具有七个基本功能模块：综合能效评估实现对交直流混合系统的能效进行动态评估，实时分析并显示系统能效。系统运行方式优化，实现交直流系统多种运行方式的选择。多能协同经济调度，实现系统内及多能源系统的多能源经济调度。云端数据采集，实现系统内及多能源系统运行数据的采集及展示。数据处理及挖掘分析为扩展应用，通过采集系统运行数据，可以进一步开发扩展应用，实现大数据的挖掘及再利用。远程运维实现交直流混合系统内设备的运行状态监测及故障诊断，即时获取故障通知及诊断。

交直流混合系统包括4种运行方式，4种运行方式具体包括：

双电力电子变压器供电运行方式：两台多端口电力电子变压器同时工作，其中一台两台多端口电力电子变压器采用定电压控制模式，另一台两台多端口电力电子变压器采用下垂控制或定功率控制模式；

单电力电子变压器独立运行方式：两台多端口电力电子变压器一台工作，另一台关闭，其中工作的两台多端口电力电子变压器采用定电压控制模式；

故障穿越运行方式：当电网侧故障导致电压跌落时，判断电网电压跌落幅度是否小于80％额定电压，若是，则保持交直流混合系统并网，若否，则断开开关，使得交直流混合系统断开电网，自动切换为孤岛运行方式；

孤岛运行方式：当高压光伏电源、直流电源、交流电源失效时，监测240V直流母线电压，若240V直流母线电压降低到预设阈值，则将接入240V直流母线的储能装置由定功率控制模式转化为定直流电压控制模式，并将接入380V交流母线的储能装置由定功率控制切换为VF模式或下垂控制模式。

交直流混合系统还包括两种辅助功能运行方式，两种辅助功能运行方式具体包括：

潮流优化运行方式：根据预设的电网需求判断条件将交直流混合系统中的10kV直流母线与另一交直流混合系统中的10kV直流母线互相连接；

电能质量治理运行方式：断开两台多端口电力电子变压器的10kV直流端口，使得10kV直流母线隔离，此时两台多端口电力电子变压器相当于静止动态无功补偿装置实现交流侧电能质量治理。

下面将结合图3对运行方式做详细的描述：

交直流混合系统根据系统电力电子变压器及系统内源、荷、储等设备的运行情况，可以划分为以下六种运行方式。包括双电力电子变压器供电运行方式、单电力电子变压器独立供电运行方式、故障穿越运行方式、孤岛运行方式、双电源潮流优化运行方式、电能质量治理运行方式。前四种运行方式属于供电运行方式，主要针对负荷供电。后两种属于辅助功能运行方式，主要针对电网。

双电力电子变压器供电运行方式为两台电力电子变压器同时给负载供电，可以保有最高的供电可靠性。可以根据电网需要，切除系统内功率器件，切换为双电源潮流优化运行方式。或切换为电能质量治理运行方式，支撑系统电压，动态补偿无功功率。当一台电力电子变压器故障或需要检修维护时，可以切换为单端供电模式，单台电力电子变压器给负载供电。当电网发生故障，电压跌落幅度小于80％*额定电压，切换到故障穿越运行方式，此时，交直流混合系统需保持并网，支撑电网电压、给电网提供无功支撑，并同时给系统内负载供电。特殊情况下，电网发生故障导致完全失压或电压跌落幅度大于80％*额定电压超过临界时间时，可以自动切换为孤岛运行方式，给重要负载提供电力供应。

1双电力电子变压器供电运行方式

该运行方式下，双电力电子变压器同时运行给负载供电，可以保有最高的供电可靠性。其中一台电力电子变压器采用定电压控制，只稳定二次侧10kV、240V直流母线电压及380V交流母线电压、频率。另一台电力电子变压器采用下垂控制或定功率控制，实时控制系统内功率平衡。系统内分布式可再生能源处可根据负载用能需求，实现就地供能或并网发电。系统内储能系统采用定功率控制，可以根据运行策略实现多种功能，包括平滑系统内多类型可再生能源的波动性，提高分布可再生能源的可控性；二是可以与多类型分布式可再生能源互补运行，提高系统综合能源利用率；三是针对负荷而言，可以根据电价峰谷差，提高负载用能经济性。

2单电力电子变压器独立运行方式

当交流电源故障或单台电力电子变压器故障、检修时，系统运行方式切换为单电力电子变压器独立运行方式，由一台电力电子变压器单独给负载供电。此时，电力电子变压器采用定电压控制。系统内分布式可再生能源处可根据负载用能需求，实现就地供能或并网发电，储能系统采用定功率控制，功能与第一种运行方式相同。

3故障穿越运行方式

该运行方式属于暂态运行方式。电网侧故障导致电压跌落，会导致电力电子变压器产生严重的过电流，影响电力电子变压器及交直流混合系统的安全稳定运行。当电网电压跌落幅度小于80％*额定电压，交直流混合系统需要保持并网，并给电网提供无功功率补偿，支撑电网电压，辅助电网度过故障期。当电网电压跌落至小于20％*额定电压时，超出故障穿越运行方式，若故障时间超出临界时间，交直流混合系统从电网切除，自动切换为孤岛运行方式。

4孤岛运行方式

极端情况下，当两路交流电源全停，或两台电力电子变压器发生故障时，交直流混合系统与交流电网解列运行。储能系统实时检测系统电压情况，若电压降低到预设阈值，则接入240V直流母线的储能系统由定功率控制转化为定直流电压控制，稳定母线电压，接入380V交流母线的储能系统由定功率控制切换为VF或下垂控制，控制交流母线的电压及频率。接入与系统内的新能源仍采用PQ控制，支撑重要负荷的供电，富余电能给储能系统充电。

5潮流优化运行方式

在电网需求时，系统可以转为潮流优化运行模式，两个交流主变通过10kV直流母线实现功率交换，通过这种方式可以均衡两个站点的负载率，提升主变运行经济性；当电网内互联的某个分区发生故障时，非故障分区对故障分区进行快速可控的功率支援，从而提供互联电网的供电可靠性。该运行方式下，为保障交换功率的容量，系统内分布式可再生能源、储能等功率元件停止运行。

6电能质量治理运行方式

该运行方式下，两台电力电子变压器停止互联，10kV直流母线隔离。系统内分布式可再生能源、储能等功率元件停止运行。电力电子变压器与电网不进行有功功率的交换，作为SVG(静止动态无功补偿装置)实现交流侧电能质量治理。

电力电子变压器作为SVG运行时，不仅可以补偿电网的无功功率，同时可以实时检测测电网谐波电流，作为APF(有源滤波器)对电网谐波进行跟踪补偿。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统，其特征在于，包括：两台多端口电力电子变压器、10kV交流母线、10kV直流母线、240V直流母线和380V交流母线；

所述两台多端口电力电子变压器分别接入于两路独立的10kV交流电源；

所述两台多端口电力电子变压器的10kV交流端口通过所述10kV交流母线互相连接，正常运行时所述10kV交流母线为断开状态；

所述两台多端口电力电子变压器的10kV直流端口通过所述10kV直流母线互相连接；

所述两台多端口电力电子变压器的240V直流端口通过所述240V直流母线互相连接；

所述两台多端口电力电子变压器的380V交流端口通过所述380V交流母线互相连接；

所述10kV直流母线用于接入高压光伏电源，所述240V直流母线用于接入直流电源、储能装置和负荷，所述380V交流母线用于接入交流电源、储能装置和负荷；

所述380V交流母线连接有第二低压光伏电源、风电电源和光热电源系统，所述光热电源系统还连接有储热系统、抽湿机和溴化锂制冷机；所述380V交流母线还连接第二储能装置；所述380V交流母线还通过第二静态转换开关连接负荷；

所述240V直流母线连接有第一低压光伏电源；所述240V直流母线还连接有第一储能装置，所述240V直流母线还通过第一静态转换开关连接负荷；

所述交直流混合系统包括4种运行方式，所述4种运行方式具体包括：

双电力电子变压器供电运行方式：所述两台多端口电力电子变压器同时工作，其中一台所述两台多端口电力电子变压器采用定电压控制模式，另一台所述两台多端口电力电子变压器采用下垂控制或定功率控制模式；

单电力电子变压器独立运行方式：所述两台多端口电力电子变压器一台工作，另一台关闭，其中工作的所述两台多端口电力电子变压器采用定电压控制模式；

故障穿越运行方式：当电网侧故障导致电压跌落时，判断电网电压跌落幅度是否小于80％额定电压，若是，则保持所述交直流混合系统并网，若否，则断开开关，使得所述交直流混合系统断开电网，自动切换为孤岛运行方式；

孤岛运行方式：当所述高压光伏电源、直流电源、交流电源失效时，监测所述240V直流母线电压，若所述240V直流母线电压降低到预设阈值，则将接入所述240V直流母线的储能装置由定功率控制模式转化为定直流电压控制模式，并将接入所述380V交流母线的储能装置由定功率控制切换为VF模式或下垂控制模式。

2.根据权利要求1所述的一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统，其特征在于，所述10kV直流端口和所述240V直流端口均设置有直流断路器。

3.根据权利要求1所述的一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统，其特征在于，所述10kV直流母线连接有所述高压光伏电源，用于采集所述高压光伏电源的电能。

4.根据权利要求1所述的一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统，其特征在于，还包括控制系统；

所述控制系统包括云平台运行管理系统、能量管理系统和协调控制系统；

所述云平台运行管理系统与所述能量管理系统进行数据交互，所述能量管理系统与所述协调控制系统进行数据交互，所述协调控制系统监视控制所述直流电源、所述交流电源、所述储能装置、所述两台多端口电力电子变压器以及交直流系统母线及各支路断路器。

5.根据权利要求4所述的一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统，其特征在于，所述云平台运行管理系统包括综合能效评估模块、系统运行方法优化模块、多能协同经济调度模块、云端数据采集模块、数据处理及挖掘分析模块和远程运维模块；

所述能量管理系统包括能量管理模块、多能互补优化运行控制模块、气象预测及发电预测模块和电力负荷预测管理模块。

6.根据权利要求1所述的一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统，其特征在于，所述交直流混合系统还包括辅助功能运行方式，所述辅助功能运行方式具体为：

潮流优化运行方式：根据预设的电网需求判断条件将所述交直流混合系统中的所述10kV直流母线与另一所述交直流混合系统中的所述10kV直流母线互相连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于双冗余电力电子变压器的交直流混合系统，其特征在于，所述交直流混合系统还包括另一种辅助功能运行方式，所述另一种辅助功能运行方式具体为：

电能质量治理运行方式：断开所述两台多端口电力电子变压器的10kV直流端口，使得所述10kV直流母线隔离，此时所述两台多端口电力电子变压器相当于静止动态无功补偿装置实现交流侧电能质量治理。

Images