CN110504688B - 具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器及控制方法 - Google Patents

具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器及控制方法，其中：混合型模块化多电平换流器桥臂由半桥子模块和全桥子模块组成，半桥子模块与全桥子模块通过子模块直流电容与隔离型双有源桥变换器的输入端互联，多个隔离型双有源桥变换器的输出端并联形成低压直流母线，低压直流母线上接入三相全桥逆变器。本发明固态变压器能够提供中压直流，中压交流，低压直流，低压交流四类端口，利于实现多电压等级多形态交直流混合配电网互联；具备交直流故障不间断运行能力，能够实现任一端口所联网络发生短路或者断路故障时装置运行模式快速切换，同时保证非故障端口之间的不间断运行，从而提升所在交直流混合配电网的供电可靠性。

Description

具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器及控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统中智能配电网技术、电力电子技术等领域，具体地说，涉及一种具备交直流故障不间断运行能力的混合型模块化多电平固态变压器拓扑及该固态变压器的控制方法。
背景技术
可再生能源往往以分布式电源的形式接入配电网，转化为电能供给终端用户。然而，传统配电网的运行模式基本是以供方主导、单向辐射状供电为主，其配电一次控制设备(有载调压器、联络开关等)调控能力欠缺，难以满足可再生能源和负荷频繁波动时配电网的高精度实时运行优化需求。随着分布式电源接入量的不断增加，更有电动汽车的快速普及，储能和可控负荷的持续增多，现有配电网架构已很难满足新能源消纳、灵活调控及用户对环境保护、供电可靠性、电能质量和优质服务的要求。
因此，随着电力电子技术的发展，未来配电系统将通过固态变压器形成网状的多电压等级交直流混合配电架构。配电网络的复杂化也对固态变压器的交直流故障处理能力提出了严峻的挑战。挑战主要来自两个方面。第一个挑战来自于配电网的继电保护技术。目前，交流电网的继电保护技术相对成熟，保护难度低；但中高压直流配电网的继电保护技术尚未成熟，保护难度较高，目前采用具有直流故障阻断能力的换流器拓扑是较为有效的直流故障处理方案。第二个挑战来自于配电网的供电可靠性。在交直流混合配电网中，多个不同电压等级的交直流网络通过固态变压器的多个端口直接耦合，使得各端口间能量平衡关系更为复杂。当某个端口所连线路因短路故障而切除时，传统控制方法无法实现装置内部的能量平衡控制，从而迫使固态变压器退出运行。由于固态变压器端口数量较多，装置的退出运行会同时影响多个端口网络，严重影响交直流混合配电网的供电可靠性。综上所述，需要设计具有交直流故障不间断运行能力的固态变压器拓扑及相应的不间断运行控制策略，使其具备任一端口所联网络短路故障下固态变压器不间断运行能力，保证非故障端口正常运行，提高配电网的供电可靠性。
经检索，周剑桥等在第二届Power Electronics and Application Conferenceand Exposition(PEAC)国际会议上发表的“Family of MMC-based SST topologies forHybrid ACDC Distribution Grid Applications”(2018)论文中，提出了一种基于模块化多电平换流器(MMC)和双有源桥(DAB)的模块化固态变压器拓扑结构，实现多种交直流配电网的互联。但是该拓扑未考虑中低压交直流故障应对能力，无法实现装置在某一端口所联网络故障下的非故障端口的不间断运行，进而影响配电网的供电可靠性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提出一种具备交直流故障不间断运行能力的新型模块化多电平固态变压器及控制方法，可以实现外部交直流电网故障下固态变压器的不间断运行，以提升多电压等级多形态交直流混合配电网的供电可靠性。
根据本发明的第一方面，提供一种具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器，由混合型模块化多电平换流器(MMC)、多个隔离型双有源桥变换器(DAB)以及三相全桥逆变器构成，所述混合型模块化多电平换流器(MMC)桥臂由半桥子模块和全桥子模块组成，所述半桥子模块与所述全桥子模块通过子模块直流电容与所述隔离型双有源桥变换器(DAB)的输入端互联，多个所述隔离型双有源桥变换器(DAB)的输出端并联形成低压直流母线，所述低压直流母线上接入所述三相全桥逆变器，其中：
所述模块化多电平换流器(MMC)提供中压直流端口和中压交流端口，所述中压交流端口用于连接中压交流配电网，所述中压直流端口用于连接中压直流配电网；
所述隔离型双有源桥变换器(DAB)输出端并联，形成低压直流端口，所述低压直流端口用于连接低压直流配电网、分布式新能源、储能及其他柔性负荷；
所述低压直流母线通过所述三相全桥逆变器构成低压交流端口，所述低压交流端口用于与低压交流配电网相连。
当所述固态变压器任一端口所联网络发生短路故障时，通过闭锁故障端口，而不影响其他端口的正常运行，提高交直流混合配电网的供电可靠性。
根据本发明的第二方面，提供一种具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器的控制方法，包括以下一种或多种：
-当端口网络稳定时，固态变压器处于正常运行工况，对装置各端口间能量流动进行控制，维持端口网络稳定运行。其中，MMC采用直流电压-无功功率双环控制，控制交流侧无功功率并维持中压直流电压稳定；通过在调制电压中附加占空比控制，实现环流抑制及子模块电容电压平衡；DAB通过移相角控制有功功率，维持低压直流母线稳定；三相PWM逆变器通过定交流电压控制维持低压交流侧电压稳定。
-当固态变压器中压直流端口所联网络发生短路故障时，固态变压器自身具备直流故障电流阻断能力，可以通过改变控制策略阻断直流故障电流，使中压直流端口电压保持为0，并保持其余端口正常运行。其中，MMC换流站采用总电容电压-无功功率双环控制，控制交流侧无功功率并维持MMC电模块电容电压恒定，便于故障清除后装置的快速投入；全桥子模块阀段与半桥子模块阀段分别采用单独的调制策略，以实现混合子模块的协同工作及低压直流侧有功功率在所有DAB单元间均衡传输；通过在调制电压中附加占空比控制，实现环流抑制及子模块电容电压平衡；DAB通过移相角控制有功功率，维持低压直流母线稳定；三相PWM逆变器通过定交流电压控制维持低压交流侧电压稳定。从而实现中压直流端口故障下，非故障端口不间断运行。
-当固态变压器中压交流端口所联网络发生短路故障时，装置通过中压交流侧断路器阻断故障电流，隔离中压交流故障端口，并改变控制策略，保持其余端口正常运行。其中，MMC换流器采用总电容电压控制，维持MMC子模块电容电压平衡，DAB通过移相角控制有功功率，维持低压直流母线电压稳定；三相PWM逆变器通过定交流电压控制维持低压交流侧电压稳定。
-当固态变压器低压直流端口所联网络发生短路故障时，固态变压器通过改变控制策略闭锁DAB与三相PWM逆变器，隔离中压直流故障端口，保持中压交流端口与中压直流端口正常运行。其中，MMC采用直流电压-无功功率双环控制，控制交流侧无功功率并维持中压直流电压稳定；通过在调制电压中附加占空比控制，实现环流抑制及子模块电容电压平衡。
-当固态变压器低压交流端口所联网络发生短路故障时，固态变压器通过改变控制策略闭锁三相PWM逆变器，隔离低压交流故障端口，并保持其余端口正常运行。其中，MMC采用直流电压-无功功率双环控制，控制交流侧无功功率并维持中压直流电压稳定；通过在调制电压中附加占空比控制，实现环流抑制及子模块电容电压平衡；DAB通过移相角控制有功功率，维持低压直流母线稳定。
本发明上述方法的几种控制方法，可以是一种单独执行也可以同时执行。
与现有技术相比，本发明所提技术方案具有以下有益效果：
1、本发明具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器及控制方法，可以提供中压交流、中压直流、低压直流、低压交流四类端口，利于构建多电压等级多形态交直流混合配电网。
2、本发明具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器及控制方法，具备交直流故障不间断运行能力，能够实现固态变压器任一端口故障下装置运行模式的快速切换及非故障端口的不间断运行，提高交直流混合配电网的供电可靠性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1a为本发明一实施例的具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器的结构示意图；
图1b为图1a中半桥子模块(HBSM)和全桥子模块(FBSM)的拓扑图示意图；
图2为本发明一实施例的固态变压器在正常工况下稳态运行控制框图；
图3为本发明一实施例的固态变压器在中压直流端口所联网络发生短路故障条件下系统运行控制框图；
图4为本发明一实施例的固态变压器在中压交流端口所联网络发生短路故障条件下系统运行控制框图；
图5为本发明一实施例的固态变压器在低压直流端口所联网络发生短路故障条件下系统运行控制框图；
图6为本发明一实施例的固态变压器在低压交流端口所联网络发生短路故障条件下系统运行控制框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
参照图1a、图1b所示，为本发明一实施例中的具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器，由混合型模块化多电平换流器(MMC)、多个隔离型双有源桥变换器(DAB)以及三相全桥逆变器构成，混合型模块化多电平换流器(MMC)桥臂由半桥子模块(HBSM)和全桥子模块(FBSM)组成，半桥子模块(HBSM)和全桥子模块(FBSM)通过子模块直流电容与隔离型双有源桥变换器(DAB)的输入端互联，多个隔离型双有源桥变换器(DAB)的输出端并联形成低压直流母线，低压直流母线上接入三相全桥逆变器，其中：模块化多电平换流器(MMC)提供中压直流端口和中压交流端口，中压交流端口用于连接中压交流配电网，中压直流端口用于连接中压直流配电网；隔离型双有源桥变换器(DAB)输出端并联，形成低压直流端口，低压直流端口用于连接低压直流配电网、分布式新能源、储能及其他柔性负荷；低压直流母线通过三相全桥逆变器构成低压交流端口，低压交流端口用于与低压交流配电网相连。
本发明上述实施例的固态变压器可以提供中压交流、中压直流、低压直流、低压交流四类端口，中压交流端口连接中压交流配电网，中压直流端口连接中压直流配电网，低压直流端口连接低压直流配电网、分布式新能源、储能及其他柔性负荷，低压交流端口连接低压交流配电网，利于实现多电压等级多形态交直流混合配电网互联。当固态变压器任一端口所联网络发生短路故障时，通过闭锁故障端口，而不影响其他端口的正常运行，提高交直流混合配电网的供电可靠性。
本发明上述实施例中的混合型模块化多电平换流器(MMC)、多个隔离型双有源桥变换器(DAB)以及三相全桥逆变器，均采用现有技术实现。
如图1b所示，图中为半桥子模块(HBSM)和全桥子模块(FBSM)的拓扑图。其中图1b上部为半桥子模块(HBSM)与隔离型双有源桥变换器(DAB)连接示意图，半桥子模块(HBSM)为半桥型两电平拓扑，隔离型双有源桥变换器(DAB)采用高频隔离变压器。图1b下部为全桥子模块(FBSM)与隔离型双有源桥变换器(DAB)连接示意图，全桥子模块(FBSM)采用全桥两电平拓扑，隔离型双有源桥变换器(DAB)采用高频隔离变压器。半桥子模块(HBSM)和全桥子模块(FBSM)中的电容与隔离型双有源桥变换器(DAB)的输入端互联。
参照图2-6所示，为图1a所示具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器的控制方法原理图。当固态变压器任一端口所联网络发生短路故障时，通过调整控制方法闭锁故障端口，而不影响其他端口的正常运行，提高交直流混合配电网的供电可靠性。以下对所提固态变压器在不同工况下控制方法进行简要阐述。
具体的，如图2所示，为正常运行工况下固态变压器控制框图。当端口网络稳定时，固态变压器处于正常运行工况，对装置各端口间能量流动进行控制，维持端口网络稳定运行。其中，具体控制流程为：首先通过PLL锁相环和dq变换获取中压交流侧电压电流的相位和d、q轴分量，便于混合型模块化多电平换流器(MMC)的控制；混合型模块化多电平换流器(MMC)提供中压直流端口和中压交流端口，分别连接中压直流网络和中压交流网络，混合型模块化多电平换流器(MMC)采用直流电压-无功功率双环控制，直流电压和无功功率经双闭环控制得到各相上下桥臂调制电压指令值，控制交流侧无功功率并维持中压直流电压稳定；通过附加占空比控制，在各桥臂调制电压指令值中附加相应的补偿量，并经载波移相调制驱动相应开关管，实现环流抑制及子模块电容电压平衡；隔离型双有源桥变换器(DAB)输入侧与模块化多电平换流器(MMC)子模块直流侧相连，输出侧并联提供低压直流端口，连接低压直流配电网、分布式新能源、储能及其他柔性负荷，隔离型双有源桥变换器(DAB)采用移相角控制，低压直流母线电压经单闭环控制得到各隔离型双有源桥变换器(DAB)的移相角指令值，维持低压直流母线电压稳定；三相PWM逆变器直流侧与装置提供的低压直流端口相连，交流侧提供低压交流端口，与低压交流配电网相连，三相PWM逆变器采用定交流电压控制，低压交流侧电压经单闭环控制得到低压交流侧电压调制指令值，维持低压交流侧电压稳定。
如图3所示，为中压直流端口故障下固态变压器控制框图。当固态变压器中压直流端口所联网络发生短路故障时，固态变压器自身具备直流故障电流阻断能力，可以通过改变控制策略阻断直流故障电流，使中压直流端口电压保持为0，并保持其余端口正常运行。其中，具体控制流程为：首先通过PLL锁相环和dq变换获取中压交流侧电压电流的相位和d、q轴分量，便于混合型模块化多电平换流器(MMC)的控制；混合型模块化多电平换流器(MMC)仅提供中压交流端口，连接中压交流网络，混合型模块化多电平换流器(MMC)采用总电容电压-无功功率双环控制，总电容电压和无功功率经双闭环控制得到各相上下桥臂调制电压指令值，控制交流侧无功功率并维持混合型模块化多电平换流器(MMC)的总电容电压恒定，便于故障清除后装置的快速投入；全桥子模块阀段与半桥子模块阀段分别采用单独的调制策略，以实现混合子模块的协同工作及低压直流侧有功功率在所有隔离型双有源桥变换器(DAB)单元间均衡传输；通过附加占空比控制，在各桥臂调制电压指令值中附加相应的补偿量，并经载波移相调制驱动相应开关管，实现环流抑制及子模块电容电压平衡；隔离型双有源桥变换器(DAB)输入侧与模块化多电平换流器(MMC)子模块直流侧相连，输出侧并联提供低压直流端口，连接低压直流配电网、分布式新能源、储能及其他柔性负荷，隔离型双有源桥变换器(DAB)采用移相角控制，低压直流母线电压经单闭环控制得到各隔离型双有源桥变换器(DAB)的移相角指令值，维持低压直流母线电压稳定；三相PWM逆变器直流侧与装置提供的低压直流端口相连，交流侧提供低压交流端口，与低压交流配电网相连，三相PWM逆变器采用定交流电压控制，低压交流侧电压经单闭环控制得到低压交流侧电压调制指令值，维持低压交流侧电压稳定。
以下对直流端口故障条件下的不间断控制策略的基本工作原理做简要叙述。其中，中压交流侧相电压幅值为Um，电流幅值为Im。全桥子模块与半桥子模块采用相同的额定电压Uc，半桥子模块阀段与全桥子模块阀段内包含的子模块数量均取n：
首先，为了避免中压直流侧短路故障对装置运行产生影响，需要保持中压直流侧调制电压为低电压，即上下桥臂调制电压值之和为低电压，配合中压直流端口短路耐受，极限情况下端口电压降为零。
其次，为保证中压交流侧正常运行，需要维持中压交流端口电压等于交流调制电压，以A相为例，上下桥臂调制电压需满足：
Figure GDA0002781042420000071
其中，uap，uan为MMC换流器A相上下桥臂调制电压指令值，Um为中压交流侧相电压幅值，ωt为A相相位。
最后，为保证低压直流侧与低压交流侧正常运行，需要保证低压侧有功功率能通过混合型模块化多电平换流器(MMC)模块均衡稳定地传输至隔离型双有源桥变换器(DAB)侧，为此需要对桥臂电流及子模块开关函数进行分析。以A相为例，上下桥臂电流分别为：
Figure GDA0002781042420000081
其中，Iap，Ian为MMC换流器A相上下桥臂电流值，Ia(t)为中压交流侧A相相电流，Im为A相相电流幅值，ωt为A相相位，
Figure GDA0002781042420000086
为功率因数角。
以A相上桥臂为例，A相上桥臂电压由半桥子模块阀段与全桥子模块阀段构成，为实现低压直流功率的均衡传输，需对这两种子模块采用单独的调制策略。其调制电压表达式如下：
Figure GDA0002781042420000082
其中U1，y1，y2为调制指令系数，根据系统运行特性进行整定；uapHB、uapFB为半桥子模块阀段和全桥子模块阀段的调制电压指令值。为保证电压变化在子模块阀段的电压变化范围内，U1，y1，y2的取值应满足以下条件：
Figure GDA0002781042420000083
从而可以得到半桥子模块与全桥子模块的平均开关函数：
Figure GDA0002781042420000084
SapHB、SapFB为半桥子模块和全桥子模块的平均开关函数。
流入子模块直流侧的电流为：
Figure GDA0002781042420000085
iSMapHB、iSMapFB为半桥子模块和全桥子模块直流侧电流值。
上式中
Figure GDA0002781042420000091
与
Figure GDA0002781042420000092
为直流分量，经由后级隔离型双有源桥变换器(DAB)单元流入低压直流侧，产生有功功率。其余分量为交流分量，作用于子模块电容上产生电容电压波动，不影响低压侧功率传输。故单个半桥子模块和全桥子模块向隔离型双有源桥变换器(DAB)单元的功率传输方程如下：
Figure GDA0002781042420000093
通过计算分析可以得出，选取合适的电压调制指令系数，即可实现不间断运行状态下低压直流侧有功功率的均衡稳定传输。
以上是以A相为例的说明，对于其他相同样适用，在此不再赘述。
如图4所示，为中压交流端口故障下固态变压器控制框图。当固态变压器中压交流端口所联网络发生短路故障时，固态变压器通过中压交流侧断路器阻断故障电流，隔离中压交流故障端口，并改变控制策略，保持其余端口正常运行。其中，具体控制流程为：混合型模块化多电平换流器(MMC)仅提供中压直流端口，连接中压直流网络，混合型模块化多电平换流器(MMC)采用总电容电压控制，总电容电压经单闭环控制，并附加直流电压调制值与电容电压平衡补偿量，得到各子模块电压调制指令值，维持混合型模块化多电平换流器(MMC)子模块电容电压平衡；隔离型双有源桥变换器(DAB)输入侧与模块化多电平换流器(MMC)子模块直流侧相连，输出侧并联提供低压直流端口，连接低压直流配电网、分布式新能源、储能及其他柔性负荷，隔离型双有源桥变换器(DAB)采用移相角控制，低压直流母线电压经单闭环控制得到各隔离型双有源桥变换器(DAB)的移相角指令值，维持低压直流母线电压稳定；三相PWM逆变器直流侧与装置提供的低压直流端口相连，交流侧提供低压交流端口，与低压交流配电网相连，三相PWM逆变器采用定交流电压控制，低压交流侧电压经单闭环控制得到低压交流侧电压调制指令值，维持低压交流侧电压稳定。
如图5所示，为低压直流故障下固态变压器控制框图。当固态变压器低压直流端口所联网络发生短路故障时，固态变压器通过改变控制策略闭锁隔离型双有源桥变换器(DAB)与三相PWM逆变器，隔离中压直流故障端口，保持中压交流端口与中压直流端口正常运行。其中，具体控制流程为：首先通过PLL锁相环和dq变换获取中压交流侧电压电流的相位和d、q轴分量，便于混合型模块化多电平换流器(MMC)的控制；混合型模块化多电平换流器(MMC)提供中压直流端口和中压交流端口，分别连接中压直流网络和中压交流网络，混合型模块化多电平换流器(MMC)采用直流电压-无功功率双环控制，直流电压和无功功率经双闭环控制得到各相上下桥臂调制电压指令值，控制交流侧无功功率并维持中压直流电压稳定；通过附加占空比控制，在各桥臂调制电压指令值中附加相应的补偿量，并经载波移相调制驱动相应开关管，实现环流抑制及子模块电容电压平衡；隔离型双有源桥变换器(DAB)和三相PWM逆变器停止工作。
如图6所示，为低压交流故障下固态变压器控制框图。当固态变压器低压交流端口所联网络发生短路故障时，固态变压器通过改变控制策略闭锁三相PWM逆变器，隔离低压交流故障端口，并保持其余端口正常运行。其中，具体控制流程为：首先通过PLL锁相环和dq变换获取中压交流侧电压电流的相位和d、q轴分量，便于混合型模块化多电平换流器(MMC)的控制；混合型模块化多电平换流器(MMC)提供中压直流端口和中压交流端口，分别连接中压直流网络和中压交流网络，混合型模块化多电平换流器(MMC)采用直流电压-无功功率双环控制，直流电压和无功功率经双闭环控制得到各相上下桥臂调制电压指令值，控制交流侧无功功率并维持中压直流电压稳定；通过附加占空比控制，在各桥臂调制电压指令值中附加相应的补偿量，并经载波移相调制驱动相应开关管，实现环流抑制及子模块电容电压平衡；隔离型双有源桥变换器(DAB)输入侧与模块化多电平换流器(MMC)子模块直流侧相连，输出侧并联提供低压直流端口，连接低压直流配电网、分布式新能源、储能及其他柔性负荷，隔离型双有源桥变换器(DAB)采用移相角控制，低压直流母线电压经单闭环控制得到各隔离型双有源桥变换器(DAB)的移相角指令值，维持低压直流母线电压稳定；三相PWM逆变器停止工作。
本发明上述实施例的具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器及控制方法，其中混合型子模块以两电平半桥子模块与全桥子模块作为案例进行描述，但在实际应用中不局限于上述两种子模块，理论上混合型子模块可以拓展到任意电平。
本发明上述实施例，一方面能够提供中压直流，中压交流，低压直流，低压交流四类端口，利于实现多电压等级多形态交直流混合配电网互联；另一方面具备交直流故障不间断运行能力，能够实现固态变压器任一端口故障下装置运行模式的快速切换及非故障端口的不间断运行，以提升所建立多电压等级多形态交直流混合配电网的供电可靠性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器的控制方法，其特征在于：所述方法采用具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器实现；
所述具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器，由混合型模块化多电平换流器(MMC)、多个隔离型双有源桥变换器(DAB)以及三相全桥逆变器构成，所述混合型模块化多电平换流器(MMC)桥臂由半桥子模块和全桥子模块组成，所述半桥子模块与所述全桥子模块通过其包含的直流电容与所述隔离型双有源桥变换器(DAB)的输入端互联，多个所述隔离型双有源桥变换器(DAB)的输出端并联形成低压直流母线，所述低压直流母线上接入所述三相全桥逆变器，其中：
所述模块化多电平换流器(MMC)提供中压直流端口和中压交流端口，所述中压交流端口用于连接中压交流配电网，所述中压直流端口用于连接中压直流配电网；
所述隔离型双有源桥变换器(DAB)输出端并联，形成低压直流端口，所述低压直流端口用于连接低压直流配电网、分布式新能源、储能及其他柔性负荷；
所述低压直流母线通过所述三相全桥逆变器构成低压交流端口，所述低压交流端口用于与低压交流配电网相连；
当所述固态变压器的中压直流端口所联网络发生短路故障时，固态变压器自身具备直流故障电流阻断能力，通过改变控制策略阻断直流故障电流，使中压直流端口电压保持为0，并保持其余端口正常运行；
对直流端口故障条件下的不间断控制，包括：
设中压交流侧电压幅值为Um，电流幅值为Im，所述混合型模块化多电平换流器(MMC)桥臂的全桥子模块与半桥子模块采用相同的额定电压Uc，半桥子模块阀段与全桥子模块阀段内包含的子模块数量均取n：
首先，为了避免中压直流侧短路故障对装置运行产生影响，保持中压直流侧调制电压为低电压，即上下桥臂调制电压值之和为低电压，配合中压直流端口短路耐受，极限情况下端口电压降为零；
其次，为保证中压交流侧正常运行，维持中压交流端口电压等于交流调制电压，以A相为例，上下桥臂调制电压需满足：
Figure FDA0002755302590000021
最后，为保证低压直流侧与低压交流侧正常运行，保证低压侧有功功率能通过所述混合型模块化多电平换流器(MMC)子模块均衡稳定地传输至所述隔离型双有源桥变换器(DAB)侧，为此需要对桥臂电流及子模块开关函数进行分析，以A相为例，上下桥臂电流分别为：
Figure FDA0002755302590000022
Iap，Ian为MMC换流器A相上下桥臂电流值，Ia(t)为中压交流侧A相相电流，Im为A相相电流幅值，ωt为A相相位，
Figure FDA0002755302590000023
为功率因数角；
以A相上桥臂为例，A相上桥臂电压由半桥子模块阀段与全桥子模块阀段构成，为实现低压直流功率的均衡传输，对这两种子模块采用单独的调制策略，其调制电压表达式如下：
Figure FDA0002755302590000024
其中U1，y1，y2为调制指令系数，根据系统运行特性进行整定；uapHB、uapFB分别为半桥子模块阀段和全桥子模块阀段的调制电压指令值；为保证电压变化在子模块阀段的电压变化范围内，U1，y1，y2的取值应满足以下条件：
Figure FDA0002755302590000025
从而得到半桥子模块与全桥子模块的平均开关函数：
Figure FDA0002755302590000026
SapHB、SapFB分别为半桥子模块和全桥子模块的平均开关函数；iSMapHB、iSMapFB分别为半桥子模块和全桥子模块直流侧电流值；
流入子模块直流侧的电流为：
Figure FDA0002755302590000031
上式中
Figure FDA0002755302590000032
与
Figure FDA0002755302590000033
为直流分量，经由后级隔离型双有源桥变换器(DAB)单元流入低压直流侧，产生有功功率；其余分量为交流分量，作用于子模块电容上产生电容电压波动，不影响低压侧功率传输，故单个半桥子模块和全桥子模块向隔离型双有源桥变换器(DAB)单元的功率传输方程如下：
Figure FDA0002755302590000034
PDABapHB、PDABapFB分别为单个半桥子模块和全桥子模块向隔离型双有源桥变换器(DAB)单元的功率传输方程；
通过计算分析可得出，选取合适的电压调制指令系数，即可实现不间断运行状态下低压直流侧有功功率的均衡稳定传输。
2.根据权利要求1所述的具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器的控制方法，其特征在于：当所述固态变压器任一端口所联网络发生短路故障时，通过闭锁故障端口，不影响其他端口的正常运行，提高交直流混合配电网的供电可靠性。
3.根据权利要求1所述的具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器的控制方法，其特征在于：当各端口网络稳定，所述固态变压器处于正常运行工况，对各端口间能量流动进行控制，维持端口网络稳定运行；其中，低压直流母线相连三相PWM逆变器直流侧，所述三相PWM逆变器交流侧连接低压交流网络；
所述混合型模块化多电平换流器(MMC)采用直流电压-无功功率双环控制，控制交流侧无功功率并维持中压直流电压稳定；通过在调制电压中附加占空比控制，实现环流抑制及子模块直流电容电压平衡；
所述隔离型双有源桥变换器(DAB)通过移相角控制有功功率，维持低压直流母线稳定；
所述三相PWM逆变器通过定交流电压控制维持低压交流侧电压稳定。
4.根据权利要求1所述的具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器的控制方法，其特征在于：当所述固态变压器的中压直流端口所联网络发生短路故障时，所述混合型模块化多电平换流器(MMC)采用总电容电压-无功功率双环控制，控制交流侧无功功率并维持所述混合型模块化多电平换流器(MMC)子模块电容电压恒定，便于故障清除后装置的快速投入。
5.根据权利要求4所述的具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器的控制方法，其特征在于：当所述固态变压器的中压直流端口所联网络发生短路故障时，其中：低压直流母线相连三相PWM逆变器直流侧，所述三相PWM逆变器交流侧连接低压交流网络；
所述混合型模块化多电平换流器(MMC)的全桥子模块阀段与半桥子模块阀段分别采用单独的调制策略，以实现混合子模块的协同工作及低压直流侧有功功率在所有所述隔离型双有源桥变换器(DAB)单元间均衡传输；通过在调制电压中附加占空比控制，实现环流抑制及子模块直流电容电压平衡；
所述隔离型双有源桥变换器(DAB)通过移相角控制有功功率，维持低压直流母线稳定；
所述三相PWM逆变器通过定交流电压控制维持低压交流侧电压稳定；
从而实现中压直流端口故障下，非故障端口不间断运行。
6.根据权利要求1所述的具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器的控制方法，其特征在于：当所述固态变压器的中压交流端口所联网络发生短路故障时，通过中压交流侧断路器阻断故障电流，隔离中压交流故障端口，并改变控制策略，保持其余端口正常运行，其中，低压直流母线相连三相PWM逆变器直流侧，所述三相PWM逆变器交流侧连接低压交流网络；
所述混合型模块化多电平换流器(MMC)采用总电容电压控制，维持MMC子模块电容电压平衡；
所述隔离型双有源桥变换器(DAB)通过移相角控制有功功率，维持低压直流母线电压稳定；
所述三相PWM逆变器通过定交流电压控制维持低压交流侧电压稳定。
7.根据权利要求1所述的具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器的控制方法，其特征在于：当所述固态变压器的低压直流端口所联网络发生短路故障时，通过改变控制策略闭锁所述隔离型双有源桥变换器(DAB)与三相PWM逆变器，隔离中压直流故障端口，保持中压交流端口与中压直流端口正常运行，其中，低压直流母线相连所述三相PWM逆变器直流侧，所述三相PWM逆变器交流侧连接低压交流网络；
所述混合型模块化多电平换流器(MMC)采用直流电压-无功功率双环控制，控制交流侧无功功率并维持中压直流电压稳定；通过在调制电压中附加占空比控制，实现环流抑制及子模块电容电压平衡。
8.根据权利要求1所述的具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器的控制方法，其特征在于：当所述固态变压器的低压交流端口所联网络发生短路故障时，通过改变控制策略闭锁三相PWM逆变器，隔离低压交流故障端口，并保持其余端口正常运行，其中，低压直流母线相连所述三相PWM逆变器直流侧，所述三相PWM逆变器交流侧连接低压交流网络；
所述混合型模块化多电平换流器(MMC)采用直流电压-无功功率双环控制，控制交流侧无功功率并维持中压直流电压稳定；通过在调制电压中附加占空比控制，实现环流抑制及子模块电容电压平衡；
所述隔离型双有源桥变换器(DAB)通过移相角控制有功功率，维持低压直流母线稳定。
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