CN114884068B - 基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关 - Google Patents

基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关 Download PDF

Info

Publication number
CN114884068B
CN114884068B CN202210788285.4A CN202210788285A CN114884068B CN 114884068 B CN114884068 B CN 114884068B CN 202210788285 A CN202210788285 A CN 202210788285A CN 114884068 B CN114884068 B CN 114884068B
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch
transformer
group
converter
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN202210788285.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114884068A (zh
Inventor
朱晋
张俊杰
王群丰
尹靖元
霍群海
韦统振
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Electrical Engineering of CAS
Original Assignee
Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Electrical Engineering of CAS filed Critical Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority to CN202210788285.4A priority Critical patent/CN114884068B/zh
Publication of CN114884068A publication Critical patent/CN114884068A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114884068B publication Critical patent/CN114884068B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/10—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers
    • H02M5/12—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers for conversion of voltage or current amplitude only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

本发明属于柔性多状态开关领域，具体涉及了一种基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，旨在解决现有技术无法在减少电力电子器件数量的前提下，通过小功率变换器实现潮流转供和解决电能质量低的问题。本发明包括：连接电网端点
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE001
、开关连接端点
Figure 915328DEST_PATH_IMAGE002
和变压器的输入端
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE003
、输入端
Figure 171997DEST_PATH_IMAGE004
的第一开关组；连接电网端点
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE005
、端点
Figure 201657DEST_PATH_IMAGE006
和负载一端、变压器输出端
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE007
的第二开关组，负载另一端连接至变压器输出端
Figure 620000DEST_PATH_IMAGE008
；连接端点
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE009
、端点
Figure 364971DEST_PATH_IMAGE010
和第
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE011
个变换器组的输入侧变换器ai的第
Figure 159752DEST_PATH_IMAGE011
个第三开关组；输入侧与输出侧之间的变压器。本发明降低变换器容量，减少功率器件，提高分布式能源的消纳能力，改善电能质量，实现复杂扰动和运行风险下配电网主动防御及故障快速恢复。

Description

基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关
技术领域
本发明属于柔性多状态开关领域，具体涉及了一种基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关。
背景技术
基于电力电子技术的配电网柔性多状态开关技术，可实现相邻配电网络间快速及实时的潮流调节，优化馈线间的潮流分布，改善配电网电能质量。国内已有选择直流母线飞跨电容的三相四线变流器组成背靠背柔性多状态开关拓扑。一些文献提出了用于馈线互联的柔性多状态开关研究[1]，背靠背换流器分别通过各自的隔离变压器和相邻电网进行连接，可以实现相邻电网的无功调节、功率控制、调压/稳压功能、潮流调节、孤岛能量转供等多种功能，它左侧换流器VSC1与电网A连接，右侧换流器VSC2与电网B连接，根据潮流调节算法计算转供电流，采用双闭环控制策略，VSC1稳定直流母线电压和控制左侧无功功率，右侧换流器 VSC2实时地对有功功率和无功功率进行控制，从而达到与其相连的电网A和电网B负载率相同的目的。
现有的柔性多状态开关的拓扑结构均是基于全功率范围的AC-DC-AC或者AC-AC范围，而控制策略的研究也是基于全功率的拓扑结构。全功率范围的电力电子装置大幅增加了配电网的电力电子器件数量，随着潮流转供、无功补偿等需求的进一步提升，电力电子器件的数量也随之大幅增加。
总的来说，如何在具备相同功能条件下，减少电力电子器件的数量，是需要重点研究的内容。
以下文献是与本发明相关的技术背景资料：
[1] 彭翠萍,粟梦涵,刘水,高士森,卫才猛,郭琳,林杰欢,霍群海.用于馈线互联的柔性多状态开关研究[J].电力电容器与无功补偿,2020,41(06):132-136.
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术无法在减少电力电子器件数量的前 提下，通过小功率的电力电子变换器实现潮流转供和解决电能质量低的问题，本发明提供 了一种基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，所述柔性多状态开关包括第一开关 组、第二开关组、
Figure DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组、与第三开关组一一对应的
Figure 970362DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组和变压器；
所述第一开关组，其两个输入端分别连接至输入侧电网端点
Figure 743146DEST_PATH_IMAGE002
和所述
Figure 690373DEST_PATH_IMAGE001
个第三开 关组中第1个第三开关组的输入端
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，其两个输出端分别连接至所述变压器的输入端
Figure 865003DEST_PATH_IMAGE004
和 输入端
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
所述第二开关组，其两个输入端分别连接至输出侧电网端点
Figure 403432DEST_PATH_IMAGE006
和电网接地端点
Figure DEST_PATH_IMAGE007
， 其两个输出端分别连接至负载一端和所述变压器的输出端
Figure 804457DEST_PATH_IMAGE008
，负载另一端连接至所述变压 器的输出端
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
所述
Figure 820955DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第
Figure 456948DEST_PATH_IMAGE010
个第三开关组，其输入端
Figure DEST_PATH_IMAGE011
和输入端
Figure 166278DEST_PATH_IMAGE012
分别连接至第
Figure DEST_PATH_IMAGE013
个第三开关组的输入端
Figure 913654DEST_PATH_IMAGE014
和第
Figure DEST_PATH_IMAGE015
个第三开关组的输入端
Figure 733842DEST_PATH_IMAGE016
，其两个输出端 分别连接至所述变换器组的输入侧变换器ai的两个输入端，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
所述
Figure 24009DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第
Figure 373082DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组，其输入端
Figure 342175DEST_PATH_IMAGE018
连接至输入侧电网接地端 点
Figure 169317DEST_PATH_IMAGE018
；
所述
Figure 907466DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 427440DEST_PATH_IMAGE010
个变换器组的输出侧变换器xi连接至变压器的输入端
Figure DEST_PATH_IMAGE019
、 输入端
Figure 290354DEST_PATH_IMAGE020
，其中，x=a,b,c，代表a相,b相,c相中的任意相。
在一些优选的实施例中，所述第一开关组包括电力开关Q1、控制开关CB1、电力开关Q2和控制开关CB2；
所述电力开关Q1和所述控制开关CB1串联到一起，用于连接输入侧电网端点
Figure 780241DEST_PATH_IMAGE002
和 变压器的输入端
Figure 782351DEST_PATH_IMAGE004
；
所述电力开关Q2和所述控制开关CB2串联到一起，用于连接所述
Figure 332281DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中 第1个第三开关组的输入端
Figure 151332DEST_PATH_IMAGE003
和变压器的输入端
Figure 710490DEST_PATH_IMAGE005
。
在一些优选的实施例中，所述第二开关组包括电力开关Q3、控制开关CB3、电力开关Q4和控制开关CB4；
所述电力开关Q3和所述控制开关CB3串联到一起，用于连接输出侧电网端点
Figure 298597DEST_PATH_IMAGE006
和负 载一端，负载另一端连接至变压器的输出端
Figure 285007DEST_PATH_IMAGE009
；
所述电力开关Q4和所述控制开关CB4串联到一起，用于连接输出侧电网接地端点
Figure 325776DEST_PATH_IMAGE007
和变压器的输出端
Figure 423045DEST_PATH_IMAGE008
。
在一些优选的实施例中，所述
Figure 990292DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第i个第三开关组包括电力开关 Q5、控制开关CB5、电力开关Q6和控制开关CB6；
所述电力开关Q5和所述控制开关CB5串联到一起，用于连接输入侧电网端点
Figure 22970DEST_PATH_IMAGE011
和 所述
Figure 675669DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 451995DEST_PATH_IMAGE010
个变换器组的输入侧变换器ai；
所述电力开关Q6和所述控制开关CB6串联到一起，用于连接输入侧电网端点
Figure 139328DEST_PATH_IMAGE012
和 所述
Figure 342907DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 217322DEST_PATH_IMAGE010
个变换器组的输入侧变换器ai。
在一些优选的实施例中，所述电力开关为隔离开关，用于进行输入侧的电压隔离。
在一些优选的实施例中，所述控制开关为断路器，用于控制输出侧的连接与断开。
在一些优选的实施例中，所述变压器，输入侧与输出侧的匝比为
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 62919DEST_PATH_IMAGE022
为变压 器输入侧绕组数，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为变压器输出侧绕组数；
其中，
Figure 8353DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为对应 于第一开关组的变压器输入侧绕组数，
Figure 648413DEST_PATH_IMAGE026
为对应于
Figure 275704DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第
Figure 393832DEST_PATH_IMAGE010
个第三开关组 的变压器输入侧绕组，
Figure 790179DEST_PATH_IMAGE017
。
在一些优选的实施例中，所述柔性多状态开关，输入侧电网电压
Figure DEST_PATH_IMAGE027
、输出侧电 网电压
Figure 866719DEST_PATH_IMAGE028
与负载电压
Figure DEST_PATH_IMAGE029
的映射关系为：
Figure DEST_PATH_IMAGE031
Figure DEST_PATH_IMAGE033
Figure DEST_PATH_IMAGE035
Figure DEST_PATH_IMAGE037
Figure DEST_PATH_IMAGE039
Figure DEST_PATH_IMAGE041
Figure DEST_PATH_IMAGE043
其中，
Figure 200880DEST_PATH_IMAGE044
为端点
Figure 137348DEST_PATH_IMAGE002
和端点
Figure DEST_PATH_IMAGE045
之间的电压，
Figure 794725DEST_PATH_IMAGE046
为端点
Figure 370063DEST_PATH_IMAGE011
和端点
Figure 847312DEST_PATH_IMAGE012
之间的电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
为
Figure 838402DEST_PATH_IMAGE046
经过
Figure 209340DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 96525DEST_PATH_IMAGE010
个变换器组后的电压，
Figure 920124DEST_PATH_IMAGE048
为
Figure 42801DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 143612DEST_PATH_IMAGE010
个变 换器组的电压变换比，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为将电压
Figure 998436DEST_PATH_IMAGE044
经过第一开关组且将电压
Figure 43752DEST_PATH_IMAGE046
经过对应的变换 器组之后的变压器端点
Figure 845486DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 191017DEST_PATH_IMAGE050
之间的电压。
本发明的有益效果：
（1）本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，将变压器与变换器混联，与传统全功率AC-DC-AC变换器方案相比，大幅降低了变换器的容量需求，减少了功率器件的使用，提高分布式能源的消纳能力，改善配电网的电能质量，实现配电网经济优化运行，显著降低了系统成本与损耗，具有良好的生态效益，并且本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关无需设置直流电容，寿命长、损耗低。
（2）本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，能够同时实现配电网在复杂扰动和运行风险下的主动防御以及配电网故障的快速恢复，提升配电网的自愈能力，有效缩短配电网故障导致的用户停电时间，特别是降低电力系统故障给国民经济带来的严重损失，具有显著的经济和社会效益。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是传统全功率的基于AC/DC/AC的状态开关示意图；
图2是本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关的框架示意图；
图3是本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关的结构示意图；
图4是本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关一种实施例的n=1时的结构示意图；
图5是本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关一种实施例的n=1时的电压调节范围示意图；
图6是本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关一种实施例的n=2时的结构示意图；
图7是本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关一种实施例的n=2时的电压调节范围示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
配电网处于电力系统的末端，直接面向电力用户，承担着分配电能、服务客户的重任。当前，配电网建设滞后、结构不合理、调控手段有限， 制约了配电网运行控制的灵活性，造成了馈线负荷不均衡、供电恢复时间长等问题。另一方面，配电网内非线性、冲击性负荷比重的增加，以及新能源渗透率的不断提高，对配电网电能质量和供电可靠性的保障手段提出了更高要求。现有配电网正面临用电需求定制化和多样化、分布式电源接入规模化、潮流协调控制复杂化等多方面的巨大挑战。这些问题采用常规开关等传统调控手段难以同时得到有效解决。
本发明提供一种基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，采用电力电子新技术，与常规开关相比，不仅具备通和断两种状态，而且增加了功率连续可控状态，兼具运行模式柔性切换、控制方式灵活多样等特点，可避免常规开关倒闸操作引起的供电中断、合环冲击等问题，还能缓解电压骤降、三相不平衡现象，促进馈线负载分配的均衡化和电能质量改善，且本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关无需设置直流电容，寿命长、损耗低。
如图1所示，为传统全功率的基于AC/DC/AC的状态开关示意图，这种结构需要大量半导体器件，成本较高，然而，实际上线路间潮流转供并不需要全功率，仅需在一定范围内进行调节，通常为系统功率的1/4-1/3即可。
如图2所示，为本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关的框架示意图，与现有全功率AC-DC-AC方案相比较，本发明采用变压器和电力电子变换器相结合的技术路线，通过小部分功率的电力电子变换器，即可以实现潮流转供和解决电能质量等问题，大幅降低了装置整体成本，为未来智能配电网的实施提供关键技术与设备支撑。
本发明的一种基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，所述柔性多状态开 关包括第一开关组、第二开关组、
Figure 417074DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组、与第三开关组一一对应的
Figure 215266DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组 和变压器；
所述第一开关组，其两个输入端分别连接至输入侧电网端点
Figure 820691DEST_PATH_IMAGE002
和所述
Figure 755149DEST_PATH_IMAGE001
个第三开 关组中第1个第三开关组的输入端
Figure 279671DEST_PATH_IMAGE003
，其两个输出端分别连接至所述变压器的输入端
Figure 440525DEST_PATH_IMAGE004
和 输入端
Figure 708695DEST_PATH_IMAGE005
；
所述第二开关组，其两个输入端分别连接至输出侧电网端点
Figure 638605DEST_PATH_IMAGE006
和电网接地端点
Figure 599608DEST_PATH_IMAGE007
， 其两个输出端分别连接至负载一端和所述变压器的输出端
Figure 247758DEST_PATH_IMAGE008
，负载另一端连接至所述变压 器的输出端
Figure 54040DEST_PATH_IMAGE009
；
所述
Figure 838456DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第
Figure 704781DEST_PATH_IMAGE010
个第三开关组，其输入端
Figure 840227DEST_PATH_IMAGE011
和输入端
Figure 450200DEST_PATH_IMAGE012
分别连接至第
Figure 213757DEST_PATH_IMAGE013
个第三开关组的输入端
Figure 391929DEST_PATH_IMAGE014
和第
Figure 873725DEST_PATH_IMAGE015
个第三开关组的输入端
Figure 165685DEST_PATH_IMAGE016
，其两个输出端 分别连接至所述变换器组的输入侧变换器ai的两个输入端，其中，
Figure 49328DEST_PATH_IMAGE017
；
所述
Figure 132821DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第
Figure 101914DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组，其输入端
Figure 929056DEST_PATH_IMAGE018
连接至输入侧电网接地端 点
Figure 667205DEST_PATH_IMAGE018
；
所述
Figure 311813DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 643568DEST_PATH_IMAGE010
个变换器组的输出侧变换器xi连接至变压器的输入端
Figure 399035DEST_PATH_IMAGE019
、输入端
Figure 867056DEST_PATH_IMAGE020
，其中，x=a,b,c，代表a相,b相,c相中的任意相。
为了更清晰地对本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关进行说明，下面结合图3对本发明实施例中各模块展开详述。
本发明第一实施例的基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，包括第一开 关组、第二开关组、
Figure 416986DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组、与第三开关组一一对应的
Figure 236038DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组和变压器，各模 块详细描述如下：
第一开关组，其两个输入端分别连接至输入侧电网端点
Figure 795195DEST_PATH_IMAGE002
和所述
Figure 383302DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组 中第1个第三开关组的输入端
Figure 838554DEST_PATH_IMAGE003
，其两个输出端分别连接至所述变压器的输入端
Figure 269536DEST_PATH_IMAGE004
和输入 端
Figure 242171DEST_PATH_IMAGE005
。
第一开关组包括电力开关Q1、控制开关CB1、电力开关Q2和控制开关CB2：电力开关 Q1和控制开关CB1串联到一起，用于连接输入侧电网端点
Figure 74998DEST_PATH_IMAGE002
和变压器的输入端
Figure 839167DEST_PATH_IMAGE004
；电力开关 Q2和控制开关CB2串联到一起，用于连接
Figure 491865DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第1个第三开关组的输入端
Figure 268191DEST_PATH_IMAGE003
（即端点
Figure 689945DEST_PATH_IMAGE045
）和变压器的输入端
Figure 752579DEST_PATH_IMAGE005
。
第二开关组，其两个输入端分别连接至输出侧电网端点
Figure 767940DEST_PATH_IMAGE006
和电网接地端点
Figure 472590DEST_PATH_IMAGE007
，其两 个输出端分别连接至负载一端和所述变压器的输出端
Figure 889796DEST_PATH_IMAGE008
，负载另一端连接至所述变压器的 输出端
Figure 123332DEST_PATH_IMAGE009
。
第二开关组包括电力开关Q3、控制开关CB3、电力开关Q4和控制开关CB4：电力开关 Q3和控制开关CB3串联到一起，用于连接输出侧电网端点
Figure 625988DEST_PATH_IMAGE006
和负载一端，负载另一端连接至 变压器的输出端
Figure 868751DEST_PATH_IMAGE009
；电力开关Q4和控制开关CB4串联到一起，用于连接输出侧电网接地端 点
Figure 999518DEST_PATH_IMAGE007
和变压器的输出端
Figure 544900DEST_PATH_IMAGE008
。
Figure 659486DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第
Figure 315727DEST_PATH_IMAGE010
个第三开关组，其输入端
Figure 566580DEST_PATH_IMAGE011
和输入端
Figure 282863DEST_PATH_IMAGE012
分别连接至第
Figure 884745DEST_PATH_IMAGE013
个第三开关组的输入端
Figure 203731DEST_PATH_IMAGE014
和第
Figure 441247DEST_PATH_IMAGE015
个第三开关组的输入端
Figure 453065DEST_PATH_IMAGE016
，其两个输出端分别连 接至所述变换器组的输入侧变换器ai的两个输入端，其中，
Figure 152031DEST_PATH_IMAGE017
。
Figure 274708DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第
Figure 375519DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组，其输入端
Figure 558239DEST_PATH_IMAGE018
连接至输入侧电网接地端点
Figure 10080DEST_PATH_IMAGE018
。
Figure 670868DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第
Figure 750820DEST_PATH_IMAGE010
个第三开关组包括电力开关Q5、控制开关CB5、电力开关Q6和 控制开关CB6：电力开关Q5和控制开关CB5串联到一起，用于连接输入侧电网端点
Figure 245386DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 43578DEST_PATH_IMAGE001
个 变换器组中第
Figure 383423DEST_PATH_IMAGE010
个变换器组的输入侧变换器ai；电力开关Q6和控制开关CB6串联到一起，用 于连接输入侧电网端点
Figure 317881DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 983349DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 268837DEST_PATH_IMAGE010
个变换器组的输入侧变换器ai。
电力开关为隔离开关，用于进行输入侧的电压隔离。
控制开关为断路器，用于控制输出侧的连接与断开。
Figure DEST_PATH_IMAGE051
个变换器组中第
Figure 677953DEST_PATH_IMAGE052
个变换器组的输出侧变换器xi连接至变压器的输入端
Figure DEST_PATH_IMAGE053
、输 入端
Figure 136091DEST_PATH_IMAGE054
，其中，x=a,b,c，代表a相,b相,c相中的任意相。
变压器，输入侧与输出侧的匝比为
Figure 831515DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 214086DEST_PATH_IMAGE022
为变压器输入侧绕组数，
Figure 285947DEST_PATH_IMAGE023
为变压 器输出侧绕组数。
其中，
Figure 194997DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 936688DEST_PATH_IMAGE025
为对应 于第一开关组的变压器输入侧绕组数，
Figure 196768DEST_PATH_IMAGE026
为对应于
Figure 682107DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第
Figure 445664DEST_PATH_IMAGE010
个第三开关组 的变压器输入侧绕组，
Figure 358256DEST_PATH_IMAGE017
。
柔性多状态开关，输入侧电网电压
Figure 105632DEST_PATH_IMAGE027
、输出侧电网电压
Figure 253717DEST_PATH_IMAGE028
与负载电压
Figure 12726DEST_PATH_IMAGE029
的映 射关系如式（1）-式（7）所示：
Figure 486432DEST_PATH_IMAGE056
Figure 330891DEST_PATH_IMAGE058
Figure 17088DEST_PATH_IMAGE060
Figure 896182DEST_PATH_IMAGE062
Figure 275211DEST_PATH_IMAGE064
Figure 466021DEST_PATH_IMAGE066
Figure 99783DEST_PATH_IMAGE068
其中，
Figure 958018DEST_PATH_IMAGE044
为端点
Figure 648893DEST_PATH_IMAGE002
和端点
Figure 592578DEST_PATH_IMAGE045
之间的电压，
Figure 761523DEST_PATH_IMAGE046
为端点
Figure 474264DEST_PATH_IMAGE011
和端点
Figure 70461DEST_PATH_IMAGE012
之间的电压，
Figure 501442DEST_PATH_IMAGE047
为
Figure 474078DEST_PATH_IMAGE046
经过
Figure 775746DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 933058DEST_PATH_IMAGE010
个变换器组后的电压，
Figure 726702DEST_PATH_IMAGE048
为
Figure 362082DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 659203DEST_PATH_IMAGE010
个变 换器组的电压变换比，
Figure 987416DEST_PATH_IMAGE049
为将电压
Figure 2776DEST_PATH_IMAGE044
经过第一开关组且将电压
Figure 441848DEST_PATH_IMAGE046
经过对应的变换 器组之后的变压器端点
Figure 983688DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 355239DEST_PATH_IMAGE050
之间的电压。
图1中通过AC/DC/AC变换器可调输出电压值，从而调节电感电流，调节两条线路间的有功功率。图2中的AC1与AC2在同一时间的电压不同，有高有低，因此他们可以通过AC/DC/AC变换器连接，实现有功功率的灵活转供。
但是AC/DC/AC变换器的造价较高，为了提高经济性，建立如图3所示的电路，由传 统变压器结构与电力电子变换器混联的转供方案。图3中主要容量配额由传统变压器结构 提供，电力电子变换器容量较小，因此造价低，电力电子器件数量少，
Figure DEST_PATH_IMAGE069
，
Figure 123474DEST_PATH_IMAGE070
中每一路的电压由相应的电力电子变换器调节，虽然与图1相比，
Figure 100658DEST_PATH_IMAGE028
的可调节范围相 对有限，但这个调节范围已经可以满足线路间的柔性多状态开关要求，在整体性能不下降 的情况下，大大减少电力电子器件的数量，整体经济性显著提升。
如图4所示，为本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关一种实施例 的
Figure DEST_PATH_IMAGE071
时的结构示意图，此时，变换器由AC/DC/AC变换器构成，且
Figure 903529DEST_PATH_IMAGE071
,x=a,i=1,变换 器的输入接至A相/B相/C相，变换器的输出接至A相/B相/C相变压器绕组，其调节范围取决 于AC/DC/AC变换器的调节范围。
如图5所示，为本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关一种实施例 的
Figure 573544DEST_PATH_IMAGE071
时的电压调节范围示意图，正方形框内圆圈为
Figure 563497DEST_PATH_IMAGE072
的可调节范围。
如图6所示，为本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关一种实施例 的
Figure DEST_PATH_IMAGE073
时的结构示意图，此时，变换器由AC/ AC变换器构成，且
Figure 485317DEST_PATH_IMAGE073
，将另外两项的变 换器输出连接至 A相变压器绕组，其中AC/AC变换器b1的输入接至B相，其中AC/AC变换器c1 的输入接至C相。采取这种方案可以去掉AC/DC/AC方案中的直流电容，并且由于变换环节减 少，通过合适的AC/AC拓扑可以降低系统整体损耗，通过调节AC/AC变换器b1和AC/AC变换器 c1的幅值对
Figure 1749DEST_PATH_IMAGE070
进行调节。
如图7所示，为本发明基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关一种实施例 的
Figure 718032DEST_PATH_IMAGE073
时的电压调节范围示意图，六边形框内圆圈为输出侧电压
Figure 319915DEST_PATH_IMAGE074
的可调节范围。
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，其特征在于，所述柔性多状态 开关包括第一开关组、第二开关组、
Figure 589730DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组、与第三开关组一一对应的
Figure 659318DEST_PATH_IMAGE001
个变换器 组和变压器；
所述第一开关组，其两个输入端分别连接至输入侧电网端点
Figure DEST_PATH_IMAGE002
和所述
Figure 184977DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组 中第1个第三开关组的输入端
Figure 888227DEST_PATH_IMAGE003
，其两个输出端分别连接至所述变压器的输入端
Figure DEST_PATH_IMAGE004
和输入 端
Figure 714100DEST_PATH_IMAGE005
；
所述第二开关组，其两个输入端分别连接至输出侧电网端点
Figure DEST_PATH_IMAGE006
和电网接地端点
Figure 33217DEST_PATH_IMAGE007
，其两 个输出端分别连接至负载一端和所述变压器的输出端
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，负载另一端连接至所述变压器的 输出端
Figure 311752DEST_PATH_IMAGE009
；
所述
Figure 663099DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第
Figure DEST_PATH_IMAGE010
个第三开关组，其输入端
Figure 94211DEST_PATH_IMAGE011
和输入端
Figure DEST_PATH_IMAGE012
分别连接至第
Figure 833497DEST_PATH_IMAGE013
个第三开关组的输入端
Figure DEST_PATH_IMAGE014
和第
Figure 350060DEST_PATH_IMAGE015
个第三开关组的输入端
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，其两个输出端分别连 接至所述变换器组的输入侧变换器ai的两个输入端，其中，
Figure 98573DEST_PATH_IMAGE017
；
所述
Figure 39985DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第
Figure 622276DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组，其输入端
Figure DEST_PATH_IMAGE018
连接至输入侧电网接地端点
Figure 357626DEST_PATH_IMAGE018
；
所述
Figure 175409DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 236906DEST_PATH_IMAGE010
个变换器组的输出侧变换器xi连接至变压器的输入端
Figure 865465DEST_PATH_IMAGE019
、输入 端
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，其中，x=a,b,c，代表a相,b相,c相中的任意相。
2.根据权利要求1所述的基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，其特征在于，所述第一开关组包括电力开关Q1、控制开关CB1、电力开关Q2和控制开关CB2；
所述电力开关Q1和所述控制开关CB1串联到一起，用于连接输入侧电网端点
Figure 215675DEST_PATH_IMAGE002
和变压器 的输入端
Figure 837149DEST_PATH_IMAGE004
；
所述电力开关Q2和所述控制开关CB2串联到一起，用于连接所述
Figure 487573DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第1 个第三开关组的输入端
Figure 287033DEST_PATH_IMAGE003
和变压器的输入端
Figure 655697DEST_PATH_IMAGE005
。
3.根据权利要求1所述的基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，其特征在于，所述第二开关组包括电力开关Q3、控制开关CB3、电力开关Q4和控制开关CB4；
所述电力开关Q3和所述控制开关CB3串联到一起，用于连接输出侧电网端点
Figure 80863DEST_PATH_IMAGE006
和负载一 端，负载另一端连接至变压器的输出端
Figure 585793DEST_PATH_IMAGE009
；
所述电力开关Q4和所述控制开关CB4串联到一起，用于连接输出侧电网接地端点
Figure 556154DEST_PATH_IMAGE007
和变 压器的输出端
Figure 146536DEST_PATH_IMAGE008
。
4.根据权利要求1所述的基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，其特征在于， 所述
Figure 109812DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第
Figure 734829DEST_PATH_IMAGE010
个第三开关组包括电力开关Q5、控制开关CB5、电力开关Q6和控 制开关CB6；
所述电力开关Q5和所述控制开关CB5串联到一起，用于连接输入侧电网端点
Figure 879021DEST_PATH_IMAGE011
和所述
Figure 956698DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 458087DEST_PATH_IMAGE010
个变换器组的输入侧变换器ai；
所述电力开关Q6和所述控制开关CB6串联到一起，用于连接输入侧电网端点
Figure 937610DEST_PATH_IMAGE012
和所述
Figure 249774DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 80326DEST_PATH_IMAGE010
个变换器组的输入侧变换器ai。
5.根据权利要求2-4任一项所述的基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，其特征在于，所述电力开关为隔离开关，用于进行输入侧的电压隔离。
6.根据权利要求2-4任一项所述的基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，其特征在于，所述控制开关为断路器，用于控制输出侧的连接与断开。
7.根据权利要求1所述的基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，其特征在于， 所述变压器，输入侧与输出侧的匝比为
Figure 260772DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为变压器输入侧绕组数，
Figure 453856DEST_PATH_IMAGE023
为变压器输 出侧绕组数；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 671342DEST_PATH_IMAGE025
为对应于第 一开关组的变压器输入侧绕组数，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为对应于
Figure 51508DEST_PATH_IMAGE001
个第三开关组中第
Figure 911010DEST_PATH_IMAGE010
个第三开关组的变 压器输入侧绕组，
Figure 630705DEST_PATH_IMAGE017
。
8.根据权利要求7所述的基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关，其特征在于， 所述柔性多状态开关，输入侧电网电压
Figure 409305DEST_PATH_IMAGE027
、输出侧电网电压
Figure DEST_PATH_IMAGE028
与负载电压
Figure 276767DEST_PATH_IMAGE029
的映射关 系为：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
Figure 405872DEST_PATH_IMAGE031
Figure DEST_PATH_IMAGE032
Figure 307969DEST_PATH_IMAGE033
Figure DEST_PATH_IMAGE034
Figure 867257DEST_PATH_IMAGE035
Figure DEST_PATH_IMAGE036
其中，
Figure 487595DEST_PATH_IMAGE037
为端点
Figure 547955DEST_PATH_IMAGE002
和端点
Figure DEST_PATH_IMAGE038
之间的电压，
Figure 586449DEST_PATH_IMAGE039
为端点
Figure 831485DEST_PATH_IMAGE011
和端点
Figure 80064DEST_PATH_IMAGE012
之间的电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为
Figure 553902DEST_PATH_IMAGE039
经过
Figure 837116DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 253054DEST_PATH_IMAGE010
个变换器组后的电压，
Figure 254508DEST_PATH_IMAGE041
为
Figure 523247DEST_PATH_IMAGE001
个变换器组中第
Figure 926547DEST_PATH_IMAGE010
个变换器组的 电压变换比，
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为将电压
Figure 982227DEST_PATH_IMAGE037
经过第一开关组且将电压
Figure 470978DEST_PATH_IMAGE039
经过对应的变换器组之后 的变压器端点
Figure 817776DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 810003DEST_PATH_IMAGE043
之间的电压。
CN202210788285.4A 2022-07-06 2022-07-06 基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关 Expired - Fee Related CN114884068B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210788285.4A CN114884068B (zh) 2022-07-06 2022-07-06 基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210788285.4A CN114884068B (zh) 2022-07-06 2022-07-06 基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114884068A CN114884068A (zh) 2022-08-09
CN114884068B true CN114884068B (zh) 2022-09-09

Family

ID=82683213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210788285.4A Expired - Fee Related CN114884068B (zh) 2022-07-06 2022-07-06 基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114884068B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016149105A1 (en) * 2015-03-13 2016-09-22 Arctic Sand Technologies, Inc. Flexible power converter construction with regulating circuits and switching networks
CN107134802A (zh) * 2017-06-29 2017-09-05 西安交通大学 一种基于电力电子变压器的中压三端口柔性多状态开关拓扑
CN107134780A (zh) * 2017-06-29 2017-09-05 西安交通大学 一种模块化中压三端口柔性多状态开关拓扑
CN108183486A (zh) * 2018-01-17 2018-06-19 中国科学院电工研究所 一种柔性多状态开关及其控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016149105A1 (en) * 2015-03-13 2016-09-22 Arctic Sand Technologies, Inc. Flexible power converter construction with regulating circuits and switching networks
CN107134802A (zh) * 2017-06-29 2017-09-05 西安交通大学 一种基于电力电子变压器的中压三端口柔性多状态开关拓扑
CN107134780A (zh) * 2017-06-29 2017-09-05 西安交通大学 一种模块化中压三端口柔性多状态开关拓扑
CN108183486A (zh) * 2018-01-17 2018-06-19 中国科学院电工研究所 一种柔性多状态开关及其控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《柔性多状态开关应用场景分析》;霍群海 等;《电力系统自动化》;20210425;第13-17页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114884068A (zh) 2022-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10033186B2 (en) Unified power flow controller for double-circuit line
US20200220355A1 (en) Chained multi-port grid-connected interface apparatus and control method
CN204391761U (zh) 一种柔性中压直流配电系统
CN101572495B (zh) 多功能电力电子变压器
CN113364311B (zh) 一种多中压交流端口固态变压器及其控制方法
CN101856979B (zh) 一种电气化铁路同相供电装置
CN104218805B (zh) 一种单双极性转换直流变换器
CN207010253U (zh) 一种链式多端口并网接口装置
CN102983584A (zh) 一种用于不平衡系统的统一潮流控制器
CN107370391A (zh) 面向中高压智能配电网的桥臂复用电力电子变压器
CN111987725A (zh) 一种配电网柔性补偿系统
Dhaked et al. A review paper on a D-FACTS controller: enhanced power flow controller
CN104065063A (zh) 一种适用于多条线路的统一潮流控制器
CN111049147B (zh) 一种混合补偿型线路间功率转移装置及其控制方法
CN214255722U (zh) 一种基于潮流路由器构成的能源局域网架构
CN110854867A (zh) 一种低压配网电能替代场景的电能质量综合优化系统及其控制方法
CN111934324B (zh) 适用于多通道双回路的多功能潮流控制器
CN111404187A (zh) 一种自愈式电力交换器和基于该交换器的配电线互联系统
CN110729717B (zh) 一种双全桥背靠背变流器并联型牵引补偿系统
CN210404745U (zh) 一种柔性多状态开关装置及系统
CN202930956U (zh) 一种用于不平衡系统的统一潮流控制器
CN114884068B (zh) 基于低功率变换器和变压器的柔性多状态开关
CN202949227U (zh) 一种采用模块化多电平换流器结构的可转换式静止补偿器
CN110535133A (zh) 一种柔性多状态开关装置及系统
Deng et al. Coordinated control and application of multi-terminal DC distribution system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20220909