CN113890383B - 一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑及其控制方法，包括高频变压器、一次交流侧、二次交流侧以及直流侧，高频变压器包括第一绕组、第二绕组和第三绕组；一次交流侧与高频变压器的第一绕组连接，二次交流侧与高频变压器的第二绕组连接，直流侧与高频变压器的第三绕组连接；控制方法包括一次交流侧的控制方法、二次交流侧的控制方法以及直流侧的控制方法。本发明变换器拓扑通过提供多个交流端口和直流端口，可用于连接柔性配电网中的多个交流馈线系统，且可对多个交流馈线系统进行电压和功率调节，实现对柔性配电网中多个交流馈线系统的连接以及对多个交流馈线系统电压和功率的柔性控制，同时降低变换器的成本和体积。

Description

一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑及其控制方法
技术领域
本发明涉及变电技术领域，具体是一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑及其控制方法。
背景技术
随着分布式可再生能源并网的不断增加，给传统的交流配电网带来了一些问题，例如电网电压波动、功率分布不均、功率供给不稳定等。因此，传统的交流配电网需要配置一种电压和功率调节装置来实现对交流配电网电压和功率的柔性控制，该装置需要提供至少两个交流端口，用于连接交流配电网的两个不同馈线系统。且随着本地分布式能源以及直流负荷的增加，该装置还需要配置一个直流端口，用于满足对本地新能源并网以及负荷供电的需求。
现有的应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑主要分为背靠背级联H桥型(BTBCHB型)和背靠背模块化多电平变换器型(BTB MMC型)。申请号为CN202010303221.1(一种非隔离型混合柔性合环装置及控制方法)的专利提出了一种背靠背电压源型变换器拓扑，两个电压源型变换器的直流端口相互连接，两个电压源型变换器的交流端口分别用于连接两个不同的交流馈线系统，而采用MMC(模块化多电平变换器，modular multilevelconverter)作为电压源型变换器，会导致大量开关器件和无源元件的使用，从而进一步导致变换器的成本和体积增加。申请号为CN201910691416.5(一种柔性合环装置)，CN201710190342.8(配电网合环运行装置及其应用方法)和CN201710012054.3(一种星型、三角型及混合型拓扑结构的柔性合环装置)的专利均提出了BTB CHB型的多端口变换器拓扑，该拓扑采用两个背靠背CHB变换器的结构，用于连接交流配电网中的两个交流馈线系统，且两个CHB变换器之间采用多个DC-DC变换器连接，可实现两个交流馈线系统之间的电气隔离。然而BTB CHB型的多端口变换器拓扑依然使用了大量的开关器件、高频变压器和无源元件，导致整个变换器的成本较高、体积较大。上述专利所提变换器拓扑仅提供了两个交流端口，没有提供直流端口。在此基础上，申请号为CN201710819005.0(高功率密度电力电子变压器拓扑结构及其控制方法)，CN201810039683.X(两级式多端口电力电子变压器的拓扑结构及其控制方法)和CN201710033847.3(模块化多电平全桥谐振型电力电子变压器拓扑)的专利均提出了基于CHB变换器结构的谐振型变换器拓扑，可同时提供交流端口和直流端口，并结合混频调制策略，可减少开关器件和无源元件的数量，降低变换器的成本和体积。但是该谐振型变换器拓扑仅提供一个交流端口和一个直流端口，无法满足对柔性配电网中多个交流馈线系统电压和功率调节的需求。因此，亟待一种多端口变换器拓扑，既可以提供多个交流端口和直流端口，也可以降低变换器的开关器件和无源元件数量，从而降低变换器的成本和体积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑及其控制方法，通过提供多个交流端口和直流端口，可用于连接柔性配电网中的多个交流馈线系统，且可对多个交流馈线系统进行电压和功率调节，实现对柔性配电网中多个交流馈线系统的连接以及对多个交流馈线系统电压和功率的柔性控制，同时降低变换器的成本和体积。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑，所述多端口变换器拓扑包括高频变压器、一次交流侧、二次交流侧以及直流侧。
所述高频变压器包括第一绕组、第二绕组和第三绕组。
所述一次交流侧与高频变压器的第一绕组连接，二次交流侧与高频变压器的第二绕组连接，直流侧与高频变压器的第三绕组连接。
进一步的，所述一次交流侧为单相电路结构时，高频变压器为一个，二次交流侧和直流侧均为单相电路结构。
所述一次交流侧包括一次交流电源、一次滤波电感和一次级联全桥子模块桥臂，一次滤波电感的输入端连接在一次交流电源的正极，一次滤波电感的输出端连接在一次级联全桥子模块桥臂的输入端。
所述高频变压器第一绕组的同名端与一次级联全桥子模块桥臂的输入端之间连接有一次串联谐振支路，高频变压器第一绕组的异名端连接在一次级联全桥子模块桥臂的输出端。
所述二次交流侧包括二次交流电源、二次滤波电感和二次级联全桥子模块桥臂，二次滤波电感的输入端连接在二次交流电源的正极，二次滤波电感的输出端连接在二次级联全桥子模块桥臂的输入端，二次级联全桥子模块桥臂的输入端与高频变压器第二绕组的同名端之间连接有二次串联谐振支路，二次级联全桥子模块桥臂的输出端连接在高频变压器第二绕组的异名端。
所述高频变压器第三绕组的同名端和异名端分别与全桥电路的两个输入端口连接，全桥电路的电容正、负端口分别与直流端口的正、负端连接。
所述一次串联谐振支路是由一次谐振电感与一次谐振电容串联而成，一次串联谐振支路的谐振频率为fr1。
所述一次级联全桥子模块桥臂由N1个全桥子模块级联构成，其中，N1为大于1的整数。
所述二次串联谐振支路是由二次谐振电感与二次谐振电容串联而成，二次串联谐振支路的谐振频率为fr2。
所述二次级联全桥子模块桥臂由N2个全桥子模块级联构成，其中，N2为大于1的整数。
进一步的，所述一次交流侧为三相电路结构时，高频变压器为三个，二次交流侧和直流侧均为三相电路结构，连接三相电路结构中a相、b相和c相的高频变压器分别表示为Tra、Trb和Trc，一次交流侧、二次交流侧和直流侧中的三相电路结构的各相分别与一次交流侧、二次交流侧和直流侧的单相结构相同。
其中，在三相电路结构中，a相、b相和c相的一次交流电源分别表示为Vga1、Vgb1和Vgc1，一次滤波电感分别表示为Lga1、Lgb1和Lgc1，一次谐振电感分别表示为Lra1、Lrb1和Lrc1，一次谐振电容分别表示为Cra1、Crb1和Crc1，二次交流电源分别表示为Vga2、Vgb2和Vgc2，二次滤波电感分别表示为Lga2、Lgb2和Lgc2，二次谐振电感分别表示为Lra2、Lrb2和Lrc2，二次谐振电容分别表示为Cra2、Crb2和Crc2。
三相电路结构中的一次级联全桥子模块桥臂的输出端相互连接，二次级联全桥子模块桥臂的输出端相互连接。
在三相电路结构中，一次交流侧的Vga1、Vgb1和Vgc1的负极相互连接，低压直流侧的全桥电路之间的直流侧并联连接，直流端口电压为Vdcl，二次交流侧的Vga2、Vgb2和Vgc2的负极相互连接。
进一步的，当所述一次交流侧和二次交流侧为三相电路结构时，一次交流侧、二次交流侧以及直流侧可共用一个高频变压器。
一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑的控制方法，所述控制方法包括一次交流侧的控制方法、二次交流侧的控制方法以及直流侧的控制方法。
所述一次交流侧的控制方法包括基于dq坐标系的双闭环控制、高频调制信号控制、桥臂电压平衡控制以及桥臂内子模块电容电压平衡控制。
所述二次交流侧的控制方法包括基于dq坐标系的双闭环控制、高频调制信号控制、桥臂电压平衡控制以及桥臂内子模块电容电压平衡控制。
所述直流侧的控制包括直流侧全桥电路的调制信号控制。
本发明的有益效果：
1、本发明提出的应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑及其控制方法，能够提供多个交流端口和直流端口，可用于连接柔性配电网中的多个交流馈线系统，且可对多个交流馈线系统进行电压和功率调节；
2、本发明提供的应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑可实现多个交流和直流端口之间的电气隔离和功率解耦控制，且与现有方案相比，本发明提供的应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑使用的开关器件和无源元件数量较少，因此，具有成本较低、体积较小、功率密度较高等优点。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为多端口变换器拓扑电路图；
图2为一次交流侧基于dq坐标系的双闭环控制策略示意图；
图3为一次交流侧高频调制信号控制策略示意图；
图4为一次交流侧桥臂电压平衡控制策略示意图；
图5为一次交流侧桥臂内子模块电容电压平衡控制策略示意图；
图6为二次交流侧基于dq坐标系的双闭环控制策略示意图；
图7为二次交流侧高频调制信号控制策略示意图；
图8为二次交流侧桥臂电压平衡控制策略示意图；
图9为二次交流侧桥臂内子模块电容电压平衡控制策略示意图；
图10为应用于柔性配电网的三相共用一个变压器的多端口变换器拓扑电路图；
图11为一次交流侧和二次交流侧交流端口电压电流波形图；
图12为直流侧直流端口电压波形图；
图13为高频变压器第一绕组电压和电流波形图；
图14为高频变压器第二绕组电压和电流波形图；
图15为高频变压器第三绕组电压和电流波形图；
图16为一次交流侧a相桥臂电流波形图；
图17为二次交流侧a相桥臂电流波形图；
图18为一次交流侧a相全桥子模块电容电压波形图；
图19为二次交流侧a相全桥子模块电容电压波形图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑，多端口变换器拓扑包括高频变压器、一次交流侧、二次交流侧以及直流侧，如图1所。
高频变压器包括第一绕组、第二绕组和第三绕组。
一次交流侧与高频变压器的第一绕组连接，二次交流侧与高频变压器的第二绕组连接，直流侧与高频变压器的第三绕组连接。一次交流侧既可以是单相电路结构也可以是三相电路结构。
一次交流侧为单相电路结构时，高频变压器为一个，二次交流侧和直流侧均为单相电路结构，此时，一次交流侧包括一次交流电源、一次滤波电感和一次级联全桥子模块桥臂，一次滤波电感的输入端连接在一次交流电源的正极，一次滤波电感的输出端连接在一次级联全桥子模块桥臂的输入端。
高频变压器第一绕组的同名端与一次级联全桥子模块桥臂的输入端之间连接有一次串联谐振支路，高频变压器第一绕组的异名端连接在一次级联全桥子模块桥臂的输出端。
一次串联谐振支路是由一次谐振电感与一次谐振电容串联而成，一次串联谐振支路的谐振频率为fr1。
一次级联全桥子模块桥臂由N1个全桥子模块级联构成，其中，N1为大于1的整数。
二次交流侧包括二次交流电源、二次滤波电感和二次级联全桥子模块桥臂，二次滤波电感的输入端连接在二次交流电源的正极，二次滤波电感的输出端连接在二次级联全桥子模块桥臂的输入端，二次级联全桥子模块桥臂的输入端与高频变压器第二绕组的同名端之间连接有二次串联谐振支路，二次级联全桥子模块桥臂的输出端连接在高频变压器第二绕组的异名端。
高频变压器第三绕组的同名端和异名端分别与全桥电路的两个输入端口连接，全桥电路的电容正、负端口分别与直流端口的正、负端连接。
二次串联谐振支路是由二次谐振电感与二次谐振电容串联而成，二次串联谐振支路的谐振频率为fr2。
二次级联全桥子模块桥臂由N2个全桥子模块级联构成，其中，N2为大于1的整数。
一次交流侧为三相电路结构时，高频变压器为三个，二次交流侧和直流侧均为三相电路结构，连接三相电路结构中a相、b相和c相的高频变压器分别表示为Tra、Trb和Trc，一次交流侧、二次交流侧和直流侧中的三相电路结构的各相分别与一次交流侧、二次交流侧和直流侧的单相结构相同。
其中，在三相电路结构中，a相、b相和c相的一次交流电源分别表示为Vga1、Vgb1和Vgc1，一次滤波电感分别表示为Lga1、Lgb1和Lgc1，一次谐振电感分别表示为Lra1、Lrb1和Lrc1，一次谐振电容分别表示为Cra1、Crb1和Crc1，二次交流电源分别表示为Vga2、Vgb2和Vgc2，二次滤波电感分别表示为Lga2、Lgb2和Lgc2，二次谐振电感分别表示为Lra2、Lrb2和Lrc2，二次谐振电容分别表示为Cra2、Crb2和Crc2。
三相电路结构中的一次级联全桥子模块桥臂的输出端相互连接，二次级联全桥子模块桥臂的输出端相互连接。
在三相电路结构中，一次交流侧的Vga1、Vgb1和Vgc1的负极相互连接，低压直流侧的全桥电路之间的直流侧并联连接，直流端口电压为Vdcl，二次交流侧的Vga2、Vgb2和Vgc2的负极相互连接。
一次交流侧、二次交流侧和直流侧通过高频变压器的多个绕组相互连接，实现多个端口之间的功率传递和电气隔离，且多端口变换器拓扑的每个端口都可以实现功率的双向流动。
一次交流侧交流端口、二次交流侧交流端口以及直流侧直流端口之间可实现功率的完全解耦控制，一次交流侧交流端口和二次交流侧交流端口的电压幅值、相位和频率都可以单独调节，且一次交流侧和二次交流侧的电路参数分别根据一次交流侧交流端口和二次交流侧交流端口所需的电压特性进行设计，同时，该多端口变换器拓扑可进一步扩展至提供多个交流端口和直流端口。
一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑的控制方法，控制方法包括一次交流侧的控制方法、二次交流侧的控制方法以及直流侧的控制方法。
一次交流侧的控制方法包括基于dq坐标系的双闭环控制、高频调制信号控制、桥臂电压平衡控制以及桥臂内子模块电容电压平衡控制。
二次交流侧的控制方法包括基于dq坐标系的双闭环控制、高频调制信号控制、桥臂电压平衡控制以及桥臂内子模块电容电压平衡控制。
直流侧的控制包括直流侧全桥电路的调制信号控制。
一次交流侧的控制方法，如图2-5所示，包括以下步骤：
S11：基于dq坐标系的双闭环控制
采用一次交流侧所有全桥子模块电容电压的平均值vSM1_ave作为电压外环控制对象，并与给定值VSM1_ref进行比较，得到的差值通过PI控制后得到电流内环的给定Igd1_ref；并采用一次交流侧的交流端口电流作为电流内环的控制对象，通过PI控制以及坐标变换后，得到一次交流侧三相基本正弦工频调制信号vx1，其中，x表示a,b,c相。
S12：高频调制信号控制
采用直流端口电压VdcL作为电压环的控制对象，通过PI控制后，将控制结果与第一基本高频调制信号的幅值Vmf1相加，得到最终高频调制信号的幅值，并乘以单位高频调制信号，得到最终高频调制信号vmf1，将最终高频调制信号vmf1叠加到一次交流侧三相基本正弦工频调制信号中，得到一次交流侧各相一次级联全桥子模块桥臂的基本调制信号，该调制信号为一个工频正弦调制信号和高频调制信号的叠加。
其中，高频调制信号可以是高频正弦波调制信号、高频方波调制信号或者其他形式的高频调制信号，且高频调制信号的频率为fr1。
第一基本高频调制信号是给定的一个高频调制信号，其幅值为直流端口额定电压除以一次级联全桥子模块桥臂所有子模块电容电压之和。
S13：桥臂电压平衡控制
采用一次交流侧所有全桥子模块电容电压的平均值vSM1_ave作为电压控制的给定值，将一次交流侧各相桥臂所有全桥子模块电容电压的平均值vSM1x_ave作为采样值，与给定值进行比较后进行P环控制，并将P环控制的结果乘以各相一次级联全桥子模块桥臂的电流值ix1，最终得到一次交流侧桥臂电压平衡控制结果vx_leg1，其中，x表示a,b,c相，可实现一次交流侧三相桥臂电压的平衡控制。
S14：桥臂内子模块电容电压平衡控制
将一次交流侧各相桥臂内所有全桥子模块电容电压的平均值vSM1x_ave作为电压控制的给定值，将一次交流侧各相桥臂内各个全桥子模块电容电压值vSM1xj_ave作为采样值，与给定值进行比较后进行P环控制，并将P环控制的结果乘以各相一次级联全桥子模块桥臂的电流值ix1，最终得到一次交流侧各相桥臂各个全桥子模块的电压平衡控制结果vxj_SM1，其中，x表示a,b,c相，j表示x相第j个子模块，可实现一次交流侧各相桥臂内所有全桥子模块电容电压的平衡控制。
S15：将上述四个步骤的控制结果相加，得到一次交流侧各相桥臂各个全桥子模块的调制信号vmxj_SM1，如式(1)所示，并与三角载波比较后，可得到一次交流侧各个全桥子模块中的四个开关器件的驱动触发信号。
vmxj_SM1＝vx1+vx_leg1+vxj_SM1+vmf1 (1)
多端口变换器拓扑的二次交流侧的控制方法，如图6-9所示，包括以下步骤：
S21：基于dq坐标系的双闭环控制
采用二次交流侧交流端口的功率PAC2作为功率外环控制对象，并与给定值PAC2_ref进行比较，得到的差值通过PI控制后得到电流内环的给定；并采用二次交流侧交流端口电流作为电流内环的控制对象，通过PI控制以及坐标变换后，得到二次交流侧三相基本正弦工频调制信号vx2，其中，x表示a,b,c相。
S22：高频调制信号控制
采用二次交流侧所有全桥子模块电容电压的平均值vSM2_ave作为电压环的控制对象，并与给定值VSM2_ref进行比较，得到的差值通过PI控制后，将控制结果与第二基本高频调制信号的幅值相减，得到最终高频调制信号的幅值Vmf2，并乘以单位高频调制信号，得到最终的高频调制信号vmf2，将最终的高频调制信号叠加到二次交流侧三相基本正弦工频调制信号中，即可得到二次交流侧三相二次级联全桥子模块桥臂的基本调制信号，该调制信号为一个工频正弦调制信号和高频调制信号的叠加。
其中高频调制信号可以是高频正弦波调制信号、高频方波调制信号或者其他形式的高频调制信号，且高频调制信号的频率为fr2。
第二基本高频调制信号幅值是直流端口额定电压除以二次级联全桥子模块桥臂所有子模块电容电压之和
S23：桥臂电压平衡控制
采用二次交流侧所有全桥子模块电容电压的平均值vSM2_ave作为电压控制的给定值，将二次交流侧各相桥臂所有全桥子模块电容电压的平均值vSM2x_ave作为采样值，与给定值进行比较后进行P环控制，并将P环控制的结果乘以每相二次级联全桥子模块桥臂的电流值ix2，最终得到二次交流侧桥臂电压平衡控制结果vx_leg2，其中，x表示a,b,c相，可实现二次交流侧三相桥臂电压的平衡控制。
S24：桥臂内子模块电容电压平衡控制
将二次交流侧每相桥臂内所有全桥子模块电容电压的平均值vSM2x_ave作为电压控制的给定值，将二次交流侧各相桥臂内各个全桥子模块电容电压值vSM2xj_ave作为采样值，与给定值进行比较后进行P环控制，并将P环控制的结果乘以每相二次级联全桥子模块桥臂的电流值ix2，最终得到二次交流侧每相桥臂每个全桥子模块的电压平衡控制结果vxj_SM2，其中，x表示a,b,c相，j表示x相第j个子模块，可实现二次交流侧每相桥臂内所有子模块电容电压的平衡控制。
S25：将上述四个步骤的控制结果相加，即可得到二次交流侧每相桥臂每个全桥子模块的调制信号，vmxj_SM2，如式(2)所示，并与三角载波比较后，可得到二次交流侧每个全桥子模块四个开关器件的驱动触发信号。
vmxj_SM2＝vx2+vx_leg2+vxj_SM2+vmf2 (2)
多端口变换器拓扑的直流侧控制方法，包括对直流侧全桥电路的调制信号控制，采用与一次交流侧以及二次交流侧的高频调制信号同频率同相位的单位高频调制信号，作为直流侧全桥电路的控制信号。
一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑，当一次交流侧和二次交流侧为三相电路结构时，一次交流侧、二次交流侧以及直流侧可共用一个高频变压器，如图10所示。
为了验证本拓扑及其控制方法的效果，对该多端口变换器拓扑及其控制方法进行了仿真验证，仿真参数如表1所示。
表1应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑的一组仿真参数
根据表1的参数，设定一次交流侧和二次交流侧交流端口电压相位差为π/6，一次交流侧无功功率为零，二次交流侧无功功率为零，并基于MATLAB/SIMULINK仿真软件，对应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑进行了仿真验证，仿真结果如图11-19所示。
图11为一次交流侧和二次交流侧交流端口电压电流波形，其中，一次交流侧和二次交流侧交流端口电压波形相位相差π/6，且一次交流侧交流端口电压电流相位一致，因此一次交流侧实现了单位功率因数运行，二次交流侧交流端口电压电流相位也一致，因此二次交流侧也实现了单位功率因数运行，图11的仿真结果表明所提变换器拓扑达到了交流端口电压独立控制的目的。
图12为直流侧直流端口电压波形，直流端口电压迅速稳定至750V，图13、图14和图15分别为高频变压器的第一绕组、第二绕组和第三绕组电压和电流波形，电压和电流都是同相位，实现了准谐振运行，因此，直流侧的全桥电路可实现软开关运行。
图16和图17分别为一次交流侧和二次交流侧a相桥臂电流波形，桥臂电流中都包含了工频电流分量和高频电流分量，达到了预期的控制效果。
图18和图19分别为一次交流侧和二次交流侧a相桥臂所有全桥子模块电容电压波形，全桥子模块的电容电压都达到了很好的平衡状态，全桥子模块的电容电压波形中都含有二倍频波动分量，且全桥子模块电容电压都稳定在2kV上下波动，根据应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑的仿真波形可知，一次交流侧交流端口、二次交流侧交流端口以及直流侧直流端口都实现了电压的独立控制以及功率的解耦控制，达到了控制的目的和预期的效果，验证了所提应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑的有效性和可行性。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑的控制方法，其特征在于，所述多端口变换器拓扑包括高频变压器、一次交流侧、二次交流侧以及直流侧；
所述高频变压器包括第一绕组、第二绕组和第三绕组；
所述一次交流侧与高频变压器的第一绕组连接，二次交流侧与高频变压器的第二绕组连接，直流侧与高频变压器的第三绕组连接；
所述的一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑的控制方法，包括一次交流侧的控制方法、二次交流侧的控制方法以及直流侧的控制方法；
所述一次交流侧的控制方法包括基于dq坐标系的双闭环控制、高频调制信号控制、桥臂电压平衡控制以及桥臂内子模块电容电压平衡控制；
所述二次交流侧的控制方法包括基于dq坐标系的双闭环控制、高频调制信号控制、桥臂电压平衡控制以及桥臂内子模块电容电压平衡控制；
所述直流侧的控制包括直流侧全桥电路的调制信号控制；
所述一次交流侧的控制方法，包括以下步骤：
S11：基于dq坐标系的双闭环控制
采用一次交流侧所有全桥子模块电容电压的平均值vSM1_ave作为电压外环控制对象，并与给定值VSM1_ref进行比较，得到的差值通过PI控制后得到电流内环的给定Igd1_ref；并采用一次交流侧的交流端口电流作为电流内环的控制对象，通过PI控制以及坐标变换后，得到一次交流侧三相基本正弦工频调制信号vx1，其中，x表示a,b,c相；
S12：高频调制信号控制
采用直流端口电压VdcL作为电压环的控制对象，通过PI控制后，将控制结果与第一基本高频调制信号的幅值Vmf1相加，得到最终高频调制信号的幅值，并乘以单位高频调制信号，得到最终高频调制信号vmf1，将最终高频调制信号vmf1叠加到一次交流侧三相基本正弦工频调制信号中，得到一次交流侧各相一次级联全桥子模块桥臂的基本调制信号，该基本调制信号为一个工频正弦调制信号和高频调制信号的叠加；
S13：桥臂电压平衡控制
采用一次交流侧所有全桥子模块电容电压的平均值vSM1_ave作为电压控制的给定值，将一次交流侧各相桥臂所有全桥子模块电容电压的平均值vSM1x_ave作为采样值，与给定值进行比较后进行P环控制，并将P环控制的结果乘以各相一次级联全桥子模块桥臂的电流值ix1，最终得到一次交流侧桥臂电压平衡控制结果vx_leg1，其中，x表示a,b,c相，可实现一次交流侧三相桥臂电压的平衡控制；
S14：桥臂内子模块电容电压平衡控制
将一次交流侧各相桥臂内所有全桥子模块电容电压的平均值vSM1x_ave作为电压控制的给定值，将一次交流侧各相桥臂内各个全桥子模块电容电压值vSM1xj_ave作为采样值，与给定值进行比较后进行P环控制，并将P环控制的结果乘以各相一次级联全桥子模块桥臂的电流值ix1，最终得到一次交流侧各相桥臂内各个全桥子模块电容电压的平衡控制结果vxj_SM1，其中，x表示a,b,c相，j表示x相桥臂内第j个子模块，可实现一次交流侧各相桥臂内所有全桥子模块电容电压的平衡控制；
S15：将上述四个步骤的控制结果相加，得到一次交流侧各相桥臂各个全桥子模块的调制信号vmxj_SM1，如式(1)所示，并与三角载波比较后，可得到一次交流侧各个全桥子模块中的四个开关器件的驱动触发信号；
vmxj_SM1＝vx1+vx_leg1+vxj_SM1+vmf1 (1)
所述二次交流侧的控制方法，包括以下步骤：
S21：基于dq坐标系的双闭环控制
采用二次交流侧交流端口的功率PAC2作为功率外环控制对象，并与其给定值PAC2_ref进行比较，得到的差值通过PI控制后得到电流内环的给定；并采用二次交流侧交流端口电流作为电流内环的控制对象，通过PI控制以及坐标变换后，得到二次交流侧三相基本正弦工频调制信号vx2，其中，x表示a,b,c相；
S22：高频调制信号控制
采用二次交流侧所有全桥子模块电容电压的平均值vSM2_ave作为电压环的控制对象，并与其给定值VSM2_ref进行比较，得到的差值通过PI控制后，将控制结果与第二基本高频调制信号的幅值相减，得到最终高频调制信号的幅值Vmf2，并乘以单位高频调制信号，得到最终的高频调制信号vmf2，将最终的高频调制信号叠加到二次交流侧三相基本正弦工频调制信号中，即可得到二次交流侧三相二次级联全桥子模块桥臂的基本调制信号，该基本调制信号为一个工频正弦调制信号和高频调制信号的叠加；
S23：桥臂电压平衡控制
采用二次交流侧所有全桥子模块电容电压的平均值vSM2_ave作为电压控制的给定值，将二次交流侧各相桥臂所有全桥子模块电容电压的平均值vSM2x_ave作为采样值，与给定值进行比较后进行P环控制，并将P环控制的结果乘以各相二次级联全桥子模块桥臂的电流值ix2，最终得到二次交流侧桥臂电压平衡控制结果vx_leg2，其中，x表示a,b,c相，可实现二次交流侧三相桥臂电压的平衡控制；
S24：桥臂内子模块电容电压平衡控制
将二次交流侧每相桥臂内所有全桥子模块电容电压的平均值vSM2x_ave作为电压控制的给定值，将二次交流侧各相桥臂内各个全桥子模块电容电压值vSM2xj_ave作为采样值，与给定值进行比较后进行P环控制，并将P环控制的结果乘以各相二次级联全桥子模块桥臂的电流值ix2，最终得到二次交流侧每相桥臂每个全桥子模块的电压平衡控制结果vxj_SM2，其中，x表示a,b,c相，j表示x相第j个子模块，可实现二次交流侧每相桥臂内所有子模块电容电压的平衡控制；
S25：将上述四个步骤的控制结果相加，即可得到二次交流侧每相桥臂每个全桥子模块的调制信号vmxj_SM2，如式(2)所示，并与三角载波比较后，可得到二次交流侧每个全桥子模块四个开关器件的驱动触发信号；
vmxj_SM2＝vx2+vx_leg2+vxj_SM2+vmf2 (2)
所述的多端口变换器拓扑的直流侧控制方法，包括对直流侧全桥电路的调制信号控制，采用与一次交流侧以及二次交流侧的高频调制信号同频率同相位的单位高频调制信号，作为直流侧全桥电路的控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑的控制方法，其特征在于，所述一次交流侧为单相电路结构时，高频变压器为一个，二次交流侧和直流侧均为单相电路结构；
所述一次交流侧包括一次交流电源、一次滤波电感和一次级联全桥子模块桥臂，一次滤波电感的输入端连接在一次交流电源的正极，一次滤波电感的输出端连接在一次级联全桥子模块桥臂的输入端；
所述高频变压器第一绕组的同名端与一次级联全桥子模块桥臂的输入端之间连接有一次串联谐振支路，高频变压器第一绕组的异名端连接在一次级联全桥子模块桥臂的输出端；
所述二次交流侧包括二次交流电源、二次滤波电感和二次级联全桥子模块桥臂，二次滤波电感的输入端连接在二次交流电源的正极，二次滤波电感的输出端连接在二次级联全桥子模块桥臂的输入端，二次级联全桥子模块桥臂的输入端与高频变压器第二绕组的同名端之间连接有二次串联谐振支路，二次级联全桥子模块桥臂的输出端连接在高频变压器第二绕组的异名端；
所述高频变压器第三绕组的同名端和异名端分别与全桥电路的两个输入端口连接，全桥电路的电容正、负端口分别与直流端口的正、负端连接；
所述一次串联谐振支路是由一次谐振电感与一次谐振电容串联而成，一次串联谐振支路的谐振频率为fr1；
所述一次级联全桥子模块桥臂由N1个全桥子模块级联构成，其中，N1为大于1的整数；
所述二次串联谐振支路是由二次谐振电感与二次谐振电容串联而成，二次串联谐振支路的谐振频率为fr2；
所述二次级联全桥子模块桥臂由N2个全桥子模块级联构成，其中，N2为大于1的整数。
3.根据权利要求2所述的一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑的控制方法，其特征在于，所述一次交流侧为三相电路结构时，高频变压器为三个，二次交流侧和直流侧均为三相电路结构，连接三相电路结构中a相、b相和c相的高频变压器分别表示为Tra、Trb和Trc，一次交流侧、二次交流侧和直流侧中的三相电路结构的各相分别与一次交流侧、二次交流侧和直流侧的单相结构相同；
其中，在三相电路结构中，a相、b相和c相的一次交流电源分别表示为Vga1、Vgb1和Vgc1，一次滤波电感分别表示为Lga1、Lgb1和Lgc1，一次谐振电感分别表示为Lra1、Lrb1和Lrc1，一次谐振电容分别表示为Cra1、Crb1和Crc1，二次交流电源分别表示为Vga2、Vgb2和Vgc2，二次滤波电感分别表示为Lga2、Lgb2和Lgc2，二次谐振电感分别表示为Lra2、Lrb2和Lrc2，二次谐振电容分别表示为Cra2、Crb2和Crc2；
三相电路结构中的一次级联全桥子模块桥臂的输出端相互连接，二次级联全桥子模块桥臂的输出端相互连接；
在三相电路结构中，一次交流侧的Vga1、Vgb1和Vgc1的负极相互连接，低压直流侧的全桥电路之间的直流侧并联连接，直流端口电压为Vdcl，二次交流侧的Vga2、Vgb2和Vgc2的负极相互连接。
4.根据权利要求1所述的一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑的控制方法，当所述一次交流侧和二次交流侧为三相电路结构时，一次交流侧、二次交流侧以及直流侧共用一个高频变压器。
5.根据权利要求1所述的一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑的控制方法，其特征在于，所述S12中高频调制信号为高频正弦波调制信号、高频方波调制信号中的一种，高频调制信号的频率为fr1；
所述第一基本高频调制信号是给定的一个高频调制信号，其幅值为直流端口额定电压除以一次级联全桥子模块桥臂所有子模块电容电压之和。
6.根据权利要求1所述的一种应用于柔性配电网的多端口变换器拓扑的控制方法，其特征在于，所述S22中高频调制信号为高频正弦波调制信号、高频方波调制信号中的一种，高频调制信号的频率为fr2；
所述第二基本高频调制信号幅值是直流端口额定电压除以二次级联全桥子模块桥臂所有子模块电容电压之和。
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A MMC-Based Multiport Power Electronic Transformer With Shared Medium-Frequency Transformer;Dajun Ma等;《IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS-II: EXPRESS BRIEFS》;第第68卷卷(第第2期期);第727-731页 *

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