CN115800353A - 一种用于抑制环流的台区柔性互联系统 - Google Patents

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王志刚
王国宁
梁帅奇
隗华荣
葛伟美
吴金利
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Abstract

本发明公开了一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，其中，第一柔性互联装置和第二柔性互联装置均包括直流共模电感、并联的四相桥臂、第一控制器以及第二控制器，两个直流共模电感分别连接于四相桥臂的正负极并分别作为正负极直流侧端口，四相桥臂的中点分别作为四相交流侧端口，四相桥臂中的前三相桥臂的控制极分别连接至第一控制器，后一相桥臂的控制极分别连接至第二控制器；第一、二柔性互联装置通过正负极直流侧端口连接，第一、二柔性互联装置通过四相交流侧端口连接第一、二配电台区的配电变压器的四根相线。本发明能够实现无隔离变压器情况下台区柔性互联，并解决取消隔离变压器带来的地线环流过大的技术问题。

Description

一种用于抑制环流的台区柔性互联系统
技术领域
本发明涉及一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，属于电力电子技术领域。
背景技术
随着“双碳”目标的提出，以及屋顶分布式整县光伏建设等政策文件的实施，配网侧迎来分布式能源、充电桩等随机性电源(负荷)的大规模接入，配电台区呈现过载机率高、运行工况多变、负载率不均衡等特点，供电可靠性面临巨大挑战。在台区不扩容的情况下，采用电力电子装置进行台区互联、协调互济是一种可行方案。
目前行业内台区柔性互联装置普遍使用三桥臂VSC拓扑，直流支撑电容中点引出N线。由于N线电流不可控，台区互联时会在公共地线上产生环流。现有技术路线是在台区柔性互联系统中增加隔离变压器，虽然可以解决环流问题，但是由于隔离变压器的存在，使系统体积变大，效率变低，并且成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，能够实现无隔离变压器情况下台区柔性互联，并解决取消隔离变压器带来的地线环流过大的技术问题。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
本发明提供了一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，包括第一配电台区、第一柔性互联装置、第二柔性互联装置以及第二配电台区；所述第一柔性互联装置和第二柔性互联装置的结构相同且均包括直流共模电感、并联的四相桥臂、第一控制器以及第二控制器，两个所述直流共模电感分别连接于四相桥臂的正极和负极并分别作为正负极直流侧端口，所述四相桥臂的中点分别作为四相交流侧端口，所述四相桥臂中的前三相桥臂的控制极分别连接至相应的第一控制器，所述四相桥臂中的后一相桥臂的控制极分别连接至相应的第二控制器，所述第二控制器包括并联的PI控制器和准谐振控制器；所述第一柔性互联装置和第二柔性互联装置通过正负极直流侧端口连接，所述第一柔性互联装置通过四相交流侧端口连接第一配电台区的配电变压器的四根相线，所述第二柔性互联装置通过四相交流侧端口连接第二配电台区的配电变压器的四根相线。
可选的，所述四相桥臂中的每相桥臂采用两电平拓扑结构或三电平拓扑结构。
可选的，所述两电平拓扑结构中每相桥臂包括串联的第一功率管和第二功率管，所述第一功率管和第二功率管的连接点作为对应相桥臂的中点，所述第一功率管和第二功率管的基极作为对应相桥臂的控制极；所述每相桥臂的第一功率管的集电极连接在一起并作为四相桥臂的正极，所述每相桥臂的第二功率管的发射极连接在一起并作为四相桥臂的负极。
可选的，所述四相桥臂上还并联有支撑电容。
可选的，所述四相交流侧端口还连接有交流侧滤波器，所述交流侧滤波器包括L型滤波器、LC型滤波器和LCL型滤波器。
可选的，所述第一配电台区和第二配电台区均为380V交流台区，且其配电变压器中性点均接地。
可选的，在低频环流抑制时，所述第二控制器中准谐振控制器的中心频率与低频分量的频率一致，若存在多个低频分量，则并联相应数量的准谐振控制器。
可选的，在高频环流抑制时，所述直流共模电感的电感值与正负极直流侧端口的电压值呈正比关系。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明提供的一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，将直流共模电感放置于直流正、负母线上，对于地线环流中的高频分量，同时流经直流正、负母线，利用电感的高频特性，极大地增加了回路中的阻抗，从而实现对高频环流的抑制；将采集到的N线电流与参考电流作差，经过PI控制器和准谐振控制器运算，输出结果叠加后作为N线电流对应的相桥臂的控制信号，PI控制器能较好地跟踪直流分量，准谐振控制器能较好地跟踪交流分量，从而实现对低频环流的抑制；综上，通过本发明提供的互联系统可实现无隔离变压器情况下台区柔性互联，节约了台区柔性互联系统的体积和成本，并提高了台区柔性互联系统的效率。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种用于抑制环流的台区柔性互联系统的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的第二控制器的工作原理示意图；
图3是本发明实施例一提供的采用本实施例高频环流抑制和未采用本实施例高频环流抑制的地线环流对比示意图；
图4是本发明实施例一提供的采用本实施例低频环流抑制和未采用本实施例低频环流抑制的地线环流对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图1所示，本发明实施例提供了一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，包括第一配电台区、第一柔性互联装置、第二柔性互联装置以及第二配电台区；第一柔性互联装置和第二柔性互联装置的结构相同且均包括直流共模电感和并联的四相桥臂，两个直流共模电感分别连接于四相桥臂的正极和负极并分别作为正负极直流侧端口，(在高频环流抑制时，所述直流共模电感的电感值与正负极直流侧端口的电压值呈正比关系)四相桥臂的中点分别作为四相交流侧端口(a、b、c、n)，第一柔性互联装置和第二柔性互联装置通过正负极直流侧端口连接，第一柔性互联装置通过四相交流侧端口连接第一配电台区的配电变压器的四根相线(A、B、C、N)，第二柔性互联装置通过四相交流侧端口连接第二配电台区的配电变压器的四根相线。
四相桥臂中的每相桥臂采用两电平拓扑结构或三电平拓扑结构；本实施例图1中以两电平拓扑结构为例，每相桥臂包括串联的第一功率管和第二功率管，第一功率管和第二功率管的连接点作为对应相桥臂的中点，第一功率管和第二功率管的基极作为对应相桥臂的控制极；每相桥臂的第一功率管的集电极连接在一起并作为四相桥臂的正极，每相桥臂的第二功率管的发射极连接在一起并作为四相桥臂的负极。
四相桥臂中的前三相桥臂的控制极分别连接至相应的第一控制器，四相桥臂中的后一相桥臂的控制极分别连接至相应的第二控制器，第二控制器包括并联的PI控制器和准谐振控制器；如图2所示，PI控制器中参数kp整定为2，参数ki整定为5；准谐振控制器中参数kr整定为20，中心频率ωr整定为150Hz，控制带宽ωc整定位10rad/s，s为拉普拉斯参数。在低频环流抑制时，所述第二控制器中准谐振控制器的中心频率ωr与低频分量的频率一致，若存在多个低频分量，则并联相应数量的准谐振控制器。
具体的，四相桥臂上还并联有支撑电容C，四相交流侧端口还连接有交流侧滤波器，交流侧滤波器包括L型滤波器、LC型滤波器和LCL型滤波器，本实施例图1中以L型滤波器为例，L型滤波器中每个电感的电感值为1mH。
具体的，第一配电台区和第二配电台区均为380V交流台区，且其配电变压器中性点均接地。
本实施的工作原理如下：
(1)采用直流共模电感进行高频环流抑制：
由于将直流共模电感放置于直流正、负母线(正负极直流侧端口之间的连接线)上，对于地线环流中的高频分量，同时流经直流正、负母线，利用电感的高频特性，极大地增加了回路中的阻抗，从而实现对高频环流的抑制。本实施例中，直流共模电感采用绕线式方案，感值为2mH，额定电流333A。如图3(a)所示，未放置直流共模电感时，由于第一柔性互联装置和第二柔性互联装置控制器中的载波不同步，造成四相桥臂中的电力电子开关状态不一致，会在台区柔性互联系统中的地线产生高频环流，当二者载波相差180°时，产生的地线高频环流峰值约为30A；当采用本发明提供的高频环流抑制方法，在直流正、负母线上放置直流共模电感后，如图3(b)所示，地线高频环流峰值仅为5A左右，证明了本发明所提方法的有效性。
(2)采用连接N线的第四桥臂进行低频环流抑制：
首先，采集柔性互联装置上N线的电流，其次，将第四相桥臂参考电流设置为0。然后，将采集到的N线电流in与参考电流作差，送入第二控制器，分别经过PI控制器和准谐振控制器运算，输出结果叠加后作为第四相桥臂的控制信号dn。本实施例中，当未采用第四相桥臂对N线电流进行控制时，由于配电台区存在大量的不平衡负载和非线性负载，会在N线和地线上产生低频环流，频谱分量主要包括直流分量、基频分量和3倍频分量，本实施例以3倍频分量为例，如图4(a)所示，环流峰值约为30A；采用本发明提供的低频环流抑制方法后，如图4(b)所示，环流峰值约为8A，证明了本发明所提方法的有效性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，其特征在于，包括第一配电台区、第一柔性互联装置、第二柔性互联装置以及第二配电台区；所述第一柔性互联装置和第二柔性互联装置的结构相同且均包括直流共模电感、并联的四相桥臂、第一控制器以及第二控制器，两个所述直流共模电感分别连接于四相桥臂的正极和负极并分别作为正负极直流侧端口，所述四相桥臂的中点分别作为四相交流侧端口，所述四相桥臂中的前三相桥臂的控制极分别连接至相应的第一控制器，所述四相桥臂中的后一相桥臂的控制极分别连接至相应的第二控制器，所述第二控制器包括并联的PI控制器和准谐振控制器；所述第一柔性互联装置和第二柔性互联装置通过正负极直流侧端口连接，所述第一柔性互联装置通过四相交流侧端口连接第一配电台区的配电变压器的四根相线，所述第二柔性互联装置通过四相交流侧端口连接第二配电台区的配电变压器的四根相线。
2.根据权利要求1所述的一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，其特征在于，所述四相桥臂中的每相桥臂采用两电平拓扑结构或三电平拓扑结构。
3.根据权利要求2所述的一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，其特征在于，所述两电平拓扑结构中每相桥臂包括串联的第一功率管和第二功率管，所述第一功率管和第二功率管的连接点作为对应相桥臂的中点，所述第一功率管和第二功率管的基极作为对应相桥臂的控制极；所述每相桥臂的第一功率管的集电极连接在一起并作为四相桥臂的正极，所述每相桥臂的第二功率管的发射极连接在一起并作为四相桥臂的负极。
4.根据权利要求1所述的一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，其特征在于，所述四相桥臂上还并联有支撑电容。
5.根据权利要求1所述的一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，其特征在于，所述四相交流侧端口还连接有交流侧滤波器，所述交流侧滤波器包括L型滤波器、LC型滤波器和LCL型滤波器。
6.根据权利要求1所述的一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，其特征在于，所述第一配电台区和第二配电台区均为380V交流台区，且其配电变压器中性点均接地。
7.根据权利要求1所述的一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，其特征在于，在低频环流抑制时，所述第二控制器中准谐振控制器的中心频率与低频分量的频率一致，若存在多个低频分量，则并联相应数量的准谐振控制器。
8.根据权利要求1所述的一种用于抑制环流的台区柔性互联系统，其特征在于，在高频环流抑制时，所述直流共模电感的电感值与正负极直流侧端口的电压值呈正比关系。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117277826A (zh) * 2023-08-31 2023-12-22 东南大学 无隔离变压器的柔性互联装置及其环流抑制方法、系统

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