CN115425691A - 一种多电压等级柔性互联装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多电压等级柔性互联装置，涉及中低压直流配电技术领域，多电压等级直流组网装置包括2个多绕组变压器、中压功率转供模块及低压直流组网模块。中压功率转供模块含多个AC/DC变换器，AC/DC变换器在交流侧通过多绕组变压器与中压交流配电馈线连接，直流侧串联构成中压直流母线，分别采用功率控制以及直流电压控制策略，实现系统功率转供；低压直流组网模块包含2个AC/DC变换器及多个DC/DC变换器，储能、光伏及直流负荷通过DC/DC变换器接入低压直流母线，其中AC/DC变换器及双向DC/DC变换器采用虚拟电机控制策略，为系统提供惯性，实现各源荷稳定接入。

Description

一种多电压等级柔性互联装置
技术领域
本发明涉及中低压直流配电技术领域，具体的是一种多电压等级柔性互联装置。
背景技术
配电网是电力系统的重要组成部分之一，直接影响用户日常生活质量及地区经济发展，目前配电网普遍采用合环设计、开环运行的方式，随着国民经济快速发展以及产业结构升级，用户的用电需求及网架建设间的不匹配问题日益凸显。不同区域符合发展不均，导致部分配电线路轻载输送容量无法得到充分利用，而部分配电线路重载存在运行安全风险。
大量光伏、数据中心、电动汽车等新型源荷就地接入配电网，该类源荷的随机性将不可避免地造成配电网电压和潮流的随机波动。而相比于传统交流配电系统，基于电力电子技术的直流配电系统有供电容量更大、供电半径更长、运行效率更高、可控性强、电能质量问题不突出，不需要进行无功补偿，可闭环运行、节省走廊资源25％～30％等优势。在局部基于柔性互联装置进行直流组网，则可省去规模化直流型源、荷、储接入的交/直转换环节，有效提升系统效率，同时便于源、荷、储之间的灵活协同控制。
然而，目前的柔性互联装置主要为单电压等级型装置，针对中压柔性互联场景，如采用中压直流母线，则不利于电动汽车、数据中心等新型负荷的直接接入，需额外增加一级直流变换环节。针对该问题，现在提出一种多电压等级型柔性互联装置。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种多电压等级型柔性互联装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
2个多绕组变压器；
中压功率转供模块，其交流侧通过多绕组变压器与中压交流配电馈线连接，直流侧级联构成中压直流母线；
低压直流组网模块，其交流侧通过多绕组变压器与中压交流配电馈线连接，直流侧级联构成低压直流母线，直流侧可接入直流负荷及分布式电源。
进一步地，中压功率转供模块两端分别包含n个AC/DC变换器A和n个AC/DC变换器B；AC/DC变换器A和AC/DC变换器B的交流端口通过交流断路器与多绕组变压器对应绕组串联；AC/DC变换器A和AC/DC变换器B的直流侧电容连接有电力电子开关；AC/DC变换器A的直流侧端口串联，AC/DC变换器B的直流侧端口串联，构成两端中压直流端口，中压直流端口级联构成中压直流母线。
进一步地，低压直流组网模块的交流接口侧各有一个AC/DC变换器C1和AC/DC变换器D1，AC/DC变换器C1、D1交流侧分别通过交流断路器与多绕组变压器对应绕组串联，AC/DC变换器C1、D1的直流侧串联直流断路器构成直流端口，直流端口级联构成低压直流母线。
进一步地，储能装置通过双向DC/DC变换器接入低压直流母线；光伏和直流负荷通过单向DC/DC变换器接入低压直流母线。
进一步地，中压功率转供模块的一侧交流馈线连接的AC/DC变换器采用功率控制方法，中压功率转供模块的另一侧交流馈线连接的AC/DC变换器采用直流电压控制方法，且各AC/DC变换器采用均压控制方法。
进一步地，中压功率转供模块在直流侧短路故障情况时，各AC/DC变换器各电力电子开关关断，且各交流侧断路器断开；
中压功率转供模块的子模块故障情况时，关断故障的子模块直流电容级联电力电子开关，并断开故障的子模块交流侧断路器，故障的子模块中其余电力电子开关闭合。
进一步地，低压直流组网模块的AC/DC变换器及双向DC/DC变换器采用虚拟电机控制策略，通过模拟电动机外特性为直流系统提供惯量，连接光伏的单向DC/DC变换器采用MPPT控制策略，连接负荷的单向DC/DC变换器采用输出电压控制策略。
本发明的有益效果：
本申请通过对于各变换器的组合配置，实现了中压侧配电馈线功率转供，在一个模块出现内部故障时可实现旁路模块、故障穿越功能；低压侧各直流新型源荷就近接入，采用了虚拟电机控制策略，提高了系统惯量，实现各源荷的稳定接入，促进新能源就地消纳，有效提供配电网调控效率。
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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明提供的组网装置拓扑图；
图2是本发明提供的中压功率转供模块拓扑图；
图3是本发明提供的低压直流组网模块拓扑图。
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。
如图1所示，本发明所述的一种多电压等级型柔性互联装置，包括2个三相多绕组变压器三相多绕组变压器T1、T2、一个中压功率转供模块，一个低压直流组网模块。
所述中压功率转供模块包括多个AC/DC变换器；具体的包括n个AC/DC变换器A和n个AC/DC变换器B；其中AC/DC变换器A依次编号为A1～An、AC/DC变换器B依次编号为B1～Bn；AC/DC变换器A和AC/DC变换器B的交流端口与多绕组变压器对应绕组串联，并配置交流断路器；AC/DC变换器A和AC/DC变换器B的直流侧电容连接有电力电子开关，AC/DC变换器A的直流侧端口串联，AC/DC变换器B的直流侧端口串联，构成两端中压直流端口，中压直流端口级联构成中压直流母线。
所述中压功率转供模块中，与变压器T1连接的AC/DC变换器采用功率控制策略，与变压器T2连接的AC/DC变换器采用直流电压控制方法，各端AC/DC变换器采用直流均压控制方法，保证各模块AC/DC变换器直流侧电压均等。
所述中压功率转供模块在中压直流短路故障情况下，AC/DC变换器电力电子开关闭锁，以防止直流电容通过电路回路放电，并断开各交流侧断路器，以防止交流侧充电使得故障电流增大。
所述中压功率转供模块子模块n故障情况下，关断子模块n直流电容串联的电力电子开关，以防止电容通过短路回路放电，并断开模块n交流侧断路器，模块n中其余电力电子开关闭合，用于旁路模块n。
所述低压直流组网模块中，AC/DC变换器C1、AC/DC变换器D1分别与变压器T1、T2绕组连接，并配置交流断路器，直流侧配置直流断路器，级联构成低压直流母线，储能装置通过双向DC/DC变换器接入低压直流母线；光伏及直流负荷通过单向DC/DC变换器接入低压直流母线；
光伏即光伏阵列，光伏阵列是由多片光伏电池模组单体进行串、并联封装后组成的组件，利用半导体材料的光伏效应，将太阳辐射能转化为电能，通过单向DC/DC变换器接入到直流母线。
直流负荷指通过直流电源供电的负荷，主要包含电动汽车充电桩、城市轨道交通供电系统、数据中心等。
储能装置指储存电能或其他能源的装置，主要分为电化学储能、氢储能、机械储能三大类型，机械储能包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；电磁储能包括超导、超级电容和高能密度电容储能；电化学储能包括铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能。
所述低压直流组网模块中AC/DC变换器及双向DC/DC变换器采用虚拟电机控制策略，通过模拟电动机外特性为直流系统提供惯量，光伏型单向DC/DC变换器采用MPPT控制策略，直流负荷型单向DC/DC变换器采用输出电压控制策略。
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 (7)

1.一种多电压等级柔性互联装置，其特征在于，包括：
2个多绕组变压器；
中压功率转供模块，其交流侧通过多绕组变压器与中压交流配电馈线连接，直流侧级联构成中压直流母线；
低压直流组网模块，其交流侧通过多绕组变压器与中压交流配电馈线连接，直流侧级联构成低压直流母线，直流侧可接入直流负荷及分布式电源。
2.根据权利要求1所述的多电压等级柔性互联装置，其特征在于，中压功率转供模块两端分别包含n个AC/DC变换器A和n个AC/DC变换器B；AC/DC变换器A和AC/DC变换器B的交流端口通过交流断路器与多绕组变压器对应绕组串联；AC/DC变换器A和AC/DC变换器B的直流侧电容连接有电力电子开关；AC/DC变换器A的直流侧端口串联，AC/DC变换器B的直流侧端口串联，构成两端中压直流端口，中压直流端口级联构成中压直流母线。
3.根据权利要求1所述的多电压等级柔性互联装置，其特征在于，低压直流组网模块的交流接口侧各有一个AC/DC变换器C1和AC/DC变换器D1，AC/DC变换器C1、D1交流侧分别通过交流断路器与多绕组变压器对应绕组串联，AC/DC变换器C1、D1的直流侧串联直流断路器构成直流端口，直流端口级联构成低压直流母线。
4.根据权利要求3所述的多电压等级柔性互联装置，其特征在于，储能装置通过双向DC/DC变换器接入低压直流母线；光伏和直流负荷通过单向DC/DC变换器接入低压直流母线。
5.根据权利要求2所述的多电压等级柔性互联装置，其特征在于，中压功率转供模块的一侧交流馈线连接的AC/DC变换器采用功率控制方法，中压功率转供模块的另一侧交流馈线连接的AC/DC变换器采用直流电压控制方法，且各AC/DC变换器采用均压控制方法。
6.根据权利要求2所述的多电压等级柔性互联装置，其特征在于，中压功率转供模块在直流侧短路故障情况时，各AC/DC变换器各电力电子开关关断，且各交流侧断路器断开；
中压功率转供模块的子模块故障情况时，关断故障的子模块直流电容级联电力电子开关，并断开故障的子模块交流侧断路器，故障的子模块中其余电力电子开关闭合。
7.根据权利要求4所述的多电压等级柔性互联装置，其特征在于，低压直流组网模块的AC/DC变换器及双向DC/DC变换器采用虚拟电机控制策略，通过模拟电动机外特性为直流系统提供惯量，连接光伏的单向DC/DC变换器采用MPPT控制策略，连接负荷的单向DC/DC变换器采用输出电压控制策略。
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