CN116093950A - 基于双极性直接式ac/ac变换的双母线并供系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统，包括一台三相三绕组工频变压器，工频变压器包括三个一次侧主绕组、三个二次侧主绕组以及三个用于调节的二次侧辅助绕组，每个二次侧主绕组的两端连接一组所述BD‑AC模块的输入端，每组BD‑AC模块的一个输出端作为一相柔性母线输出端口，另一个输出端连接一个二次侧辅助绕组一个输出端，每个所述二次侧辅助绕组另一个输出端接地；该系统具有常规母线输出端口，还兼备电压幅值与相角调控能力的柔性母线输出端口，可依据负荷类别对同一供电分区不同电压质量需求的用户实施差异化管理；同时，在配电环网中，柔性母线的电压幅值与相角调控能力为环网潮流的柔性调控提供了可能。
Description
技术领域
本发明属于改进配电网电压柔性调控技术领域，具体涉及基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统。
背景技术
全球能源危机与环境问题使得作为电力系统重要组成部分的配电系统面临着巨大的挑战与压力，这些挑战与压力也是促进当今配电系统发展的重大机遇。随着国民经济的不断发展，电力用户呈现多样化发展态势，一方面，其对电能质量的需求由以往的按量需求逐渐向按质需求转变；另一方面，不同电力用户对电能质量的需求呈现出较大的差异化。由此，对于不同的电力用户需求，进行有针对性的电能质量供应管理具有一定的发展前景。再者，随着电力电子技术与装备的不断成熟，其在电力用户与配电网中的应用愈亦广泛，配电系统的运行方式、形态特征与演变路径均发生了深刻地变革。从配电网网架结构的运行方式角度，配电网正逐渐由传统的“闭环设计，开环运行”模式向“闭环设计，闭环运行”模式转变。在上述背景下，基于电力电子技术与装备的配电网柔性调控与互联技术将成为电力用户电能质量差异化管理与配电环网柔性调控不可或缺的重要技术。
目前，针对基于电力电子技术与装备的配电网柔性调控技术，国内外学者进行了广泛而深入的探索与研究，并取得了丰硕的成果。同时，随着电力电子器件成本的不断降低，众多的创新成果正逐渐在工程中得到应用，前景可观，例如其中的电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)、智能软开关(Soft Open Points,SOP)与统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)等装备技术备受瞩目。上述基于电力电子技术的柔性一次设备均通过电力电子变换器与电网接口，其选用的变换器往往以AC/DC或DC/DC为主，即对该类电能变换技术的研究已较为成熟。相比于此，作为四大电能变换技术之一的AC/AC变换技术的研究与应用仍有较大的发展空间与潜力。由于直接式AC/AC变换技术不存在直流环节，使得其无需装配体积、重量与成本较高的电容器与储能设备；同时，交流至交流的单级能量变换结构使得该类变换技术具有较快的响应速度与较高的能量变换效率。鉴于此，在交流配电系统中，直接式AC/AC变换技术在近几年获得了较多的关注。然而，由于直接式AC/AC变换技术中所采用的拓扑不同，使得其运行过程中存在单极性、换流以及飞跨电容电压不平衡等问题。
发明内容
本发明的目的是提供基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统，能够柔性调控母线输出端口电压，提高系统运行的稳定性。
本发明所采用的技术方案是，基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统，包括一台三相三绕组工频变压器与三组BD-AC模块，所述三相三绕组工频变压器包括三个一次侧主绕组、三个二次侧主绕组以及六个用于调节的二次侧辅助绕组，任意两个所述二次侧辅助绕组的两端连接一组所述BD-AC模块的输入端，每组所述BD-AC模块的一个输出端作为一相柔性母线输出端口，另一个输出端连接一个二次侧主绕组一个输出端，每个所述二次侧主绕组另一个输出端接地。
本发明的特点还在于：
每个BD-AC模块包括两个AC/AC变换器，每个所述AC/AC变换器输入端均连接三相三绕组工频变压器的一个二次侧辅助绕组，第一个AC/AC变换器的一个输出端作为柔性母线输出端口，另一个输出端连接第二个AC/AC变换器的一个输出端，第二个AC/AC变换器的另一个输出端连接三相三绕组工频变压器的二次侧主绕组一端，该三相三绕组工频变压器的二次侧主绕组的另一端接地。
每个所述BD-AC模块与每个所述二次侧辅助绕组之间连接开关，当开关闭合时，BD-AC模块退出运行。
第二个所述AC/AC变换器的另一个输出端连接三相三绕组工频变压器的二次侧主绕组一端处引出常规母线输出端口。
AC/AC变换器包括八个绝缘栅双极型晶体管S1、S2、S1c、S2c、S2p、S1p、S1cp、S2cp，绝缘栅双极型晶体管S1的集电极连接绝缘栅双极型晶体管S2的集电极，绝缘栅双极型晶体管S1的发射极连接绝缘栅双极型晶体管S1c的集电极，绝缘栅双极型晶体管S1c的发射极连接绝缘栅双极型晶体管S2c的发射极，绝缘栅双极型晶体管S2c的集电极接地，绝缘栅双极型晶体管S2的发射极连接输入端子，绝缘栅双极型晶体管S2的集电极还连接电容C1的一个极板，电容C1的另一个极板连接绝缘栅双极型晶体管S1c的发射极；
绝缘栅双极型晶体管S1p的集电极连接绝缘栅双极型晶体管S2p的集电极，绝缘栅双极型晶体管S1p的发射极连接绝缘栅双极型晶体管S1cp的集电极，绝缘栅双极型晶体管S1cp的发射极连接绝缘栅双极型晶体管S2cp的发射极，绝缘栅双极型晶体管S2cp的集电极接地，绝缘栅双极型晶体管S2p的发射极连接输入端子，绝缘栅双极型晶体管S2p的集电极还连接电容C2的一个极板，电容C2的另一个极板连接绝缘栅双极型晶体管S1cp的发射极；
绝缘栅双极型晶体管S1的发射极与绝缘栅双极型晶体管S1p的发射极之间均连接一个输出端，每个AC/AC变换器中的输入端子连接三相三绕组工频变压器的一个二次侧辅助绕组。
绝缘栅双极型晶体管S1的发射极与输出端之间还连接一个LC滤波器。
绝缘栅双极型晶体管S1的发射极连接滤波电感Lf一端，滤波电感Lf另一端连接滤波电容Cf一个极板，滤波电容Cf另一个极板连接绝缘栅双极型晶体管S1p的发射极，滤波电容Cf两端分别连接一个输出端。
本发明基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统有益效果是：
该系统不仅具有常规母线输出端口，而且具有兼备电压幅值与相角调控能力的柔性母线输出端口，可依据负荷类别对同一供电分区不同电压质量需求的用户实施差异化管理；同时，在配电环网中，柔性母线的电压幅值与相角调控能力为环网潮流的柔性调控提供了可能。
附图说明
图1是本发明基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统拓扑图；
图2是本发明中AC/AC变换器的拓扑结构示意图；
图3(a)是本发明基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统柔性母线电压调控原理图；
图3(b)是本发明基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统柔性母线电压调控范围示意图；
图4(a)是本发明基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统DBC下的辐射式应用场景；
图4(b)是本发明基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统DBC下的配电环网应用场景示意图；
图5是基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统调控策略示意图；
图6是辐射仿真条件下电压调控场景图；
图7是并供环网接线模式示意图；
图8是潮流调控场景1图；
图9是潮流调控场景2图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
基于配电系统发展背景与双极性直接式AC/AC变换器(Bipolar Direct AC/ACConverter,BD-AC)拓扑优势及其在配电系统柔性调控领域的应用，本发明提出基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统，如图1所示，包括一台三相三绕组工频变压器与三组BD-AC模块，三相三绕组工频变压器包括三个一次侧主绕组、三个二次侧主绕组以及六个用于调节的二次侧辅助绕组，其中每个一次侧主绕组分别连接输入电压的不同相，三相三绕组工频变压器的二次侧辅助绕组连接三组BD-AC模块(即图1中A-AC/AC，B-AC/AC，C-AC/AC)，每组BD-AC模块的一个输出端作为一相柔性母线输出端口，另一个输出端连接一个二次侧辅助绕组一个输出端，每个二次侧辅助绕组另一个输出端接地。
每个BD-AC模块包括两个AC/AC变换器，每个AC/AC变换器输入端均连接三相三绕组工频变压器的二次侧辅助绕组(如图1中二次侧绕组Wb2、Wc2)，第一个AC/AC变换器的一个输出端作为柔性母线输出端口，另一个输出端连接第二个AC/AC变换器的一个输出端，第二个AC/AC变换器的另一个输出端连接三相三绕组工频变压器的二次侧主绕组一端，该三相三绕组工频变压器的二次侧主绕组的另一个端接地。
每个BD-AC模块与每个二次侧辅助绕组之间连接开关，当开关闭合时，BD-AC模块退出运行，当系统正常运行或者AC/AC变换器发生故障需要检修的时候，闭合此开关，让AC/AC变换器退出运行，不影响主电路正常工作。
第二个AC/AC变换器输出端与三相三绕组工频变压器的二次侧主绕组连接处引出常规母线输出端口，使该基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统具有常规母线输出端口，而且具有兼备电压幅值与相角调控能力的柔性母线输出端口。
如图2所示，AC/AC变换器包括八个绝缘栅双极型晶体管S1、S2、S1c、S2c、S2p、S1p、S1cp、S2cp，绝缘栅双极型晶体管S1的集电极连接绝缘栅双极型晶体管S2的集电极，绝缘栅双极型晶体管S1的发射极连接绝缘栅双极型晶体管S1c的集电极，绝缘栅双极型晶体管S1c的发射极连接绝缘栅双极型晶体管S2c的发射极，绝缘栅双极型晶体管S2c的集电极接地，绝缘栅双极型晶体管S2的发射极连接输入端子，绝缘栅双极型晶体管S2的集电极还连接电容C1的一个极板，电容C1的另一个极板连接绝缘栅双极型晶体管S1c的发射极；
绝缘栅双极型晶体管S1p的集电极连接绝缘栅双极型晶体管S2p的集电极，绝缘栅双极型晶体管S1p的发射极连接绝缘栅双极型晶体管S1cp的集电极，绝缘栅双极型晶体管S1cp的发射极连接绝缘栅双极型晶体管S2cp的发射极，绝缘栅双极型晶体管S2cp的集电极接地，绝缘栅双极型晶体管S2p的发射极连接输入端子，绝缘栅双极型晶体管S2p的集电极还连接电容C2的一个极板，电容C2的另一个极板连接绝缘栅双极型晶体管S1cp的发射极；
绝缘栅双极型晶体管S1的发射极与绝缘栅双极型晶体管S1p的发射极之间均连接一个输出端，每个AC/AC变换器中的输入端子连接三相三绕组工频变压器的一个二次侧辅助绕组。
绝缘栅双极型晶体管S1的发射极与输出端之间还连接一个LC滤波器。
绝缘栅双极型晶体管S1的发射极连接滤波电感Lf一端，滤波电感Lf另一端连接滤波电容Cf一个极板，滤波电容Cf另一个极板连接绝缘栅双极型晶体管S1p的发射极，滤波电容Cf两端分别连接一个输出端。
通过对基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统中每相BD-AC模块视为受控源从而对其简化，其运行原理为：如图3a所示，由于B相与C相电压互差120°，由B、C两相BD-AC单元所提供的调控电压分别为DA1vb2与DA2vc2；进而，A相中的BD-AC模块所提供的柔性调控电压Δva在图3(a)中I至IV四个区域内，且四个区域边界所对应的占空比(DA1,DA2)取值分别为(-1,-1)、(1,-1)、(1,1)与(-1,1)。由此可以获得基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统(三相DBPS系统)的电压调控范围如图3(b)所示。
假定WA、WB、WC为三相三绕组工频变压器的一次侧绕组，亦为基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统的输入侧，以vA、vB、vC分别表征其三相输入端口的电压；Wa1，Wb1，Wc1为三相三绕组工频变压器的二次侧主绕组，其所提供的端口为基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统的常规母线输出端口，端口电压为va、vb、vc；Wa2，Wb2，Wc2为三相三绕组工频变压器的二次侧辅助绕组，三个辅助绕组所对应的电压以va2、vb2、vc2表征，其分别作为BD-AC模块的输入端与BD-AC模块中的BD-AC单元相连。由拓扑连接关系可知，每相BD-AC模块中所对应的2个AC/AC变换器与三相三绕组工频变压器另外两相辅助绕组相连，即每相BD-AC模块的输出电压由另外两相提供支撑；再者，BD-AC模块的输出端口与三相三绕组工频变压器一次侧主绕组构成串联系统，由此为基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统提供柔性母线输出端口，端口电压为vaF,vbF,vcF，故在基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统中，具有两个母线输出端口：常规母线输出端口与柔性母线输出端口。常规母线输出端口电压与传统母线端口电压相似，由三相三绕组工频变压器二次侧主绕组提供支撑，柔性母线输出端口电压由三相三绕组工频变压器二次侧主绕组与BD-AC模块提供支撑；
则有：
其中，nT1为三相三绕组工频变压器一次侧绕组与二次侧主绕组匝数比，nT2为三相三绕组工频变压器一次侧绕组与二次侧辅助绕组匝数比，(DA1,DA2)、(DB1,DB2)、(DC1,DC2)分别为装设于A相、B相与C相的BD-AC单元占空比，vA、vB、vC分别为系统三相输入端口的电压。
三相系统电压关系：
其中，
其中，Δva,Δvb,Δvc为三相BD-AC模块的柔性输出电压；va2、vb2、vc2为三个辅助绕组所对应的电压；θa,θb,θc分别为B、C相AC/AC模块输出电压与其自身电压偏差角。
通过对基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统运行原理的分析可知，DBPS系统含有常规与柔性母线两种输出端口，常规母线输出端口特性与传统变电站母线系统类似，柔性母线输出端口具有电压幅值与相角柔性调控特性。为了便于对DBPS系统的应用场景进行阐述分析，在此以变电站传统典型双母线接线形式(Double Bus Connection，DBC)为例，对DBPS系统的应用场景进行分析，具体如图4(a)、图4(b)所示。
图4(a)为基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统DBC下的辐射式应用场景，在该场景下，双母线并供系统在保有DBC(WI与WII为双母线接线的两段母线)的基础上，为变电站增添了有利于电压质量提高的柔性母线W2，从而使得变电站可以实现对敏感负荷的电能供应，即基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统不仅能够实现与传统接线形式的有效融合，而且能够为具有不同电压质量需求的用户提供差异化管理。图4(b)为基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统DBC下的配电环网应用场景，由图可知，负载1与负载2分别由L1与L2实现电能供应，负载3则由L3与L4共同实现电能供应，即双母线并供系统可以实现与供电分区的配电环网构建，在该配电环网中，通过双母线并供系统柔性母线W2输出端口电压的调整，可以进行环网潮流的柔性调控，实现潮流的优化控制，即双母线并供系统具有配电环网潮流调控潜力。
综上分析，双母线并供系统在辐射式应用场景下可以实现负载电压质量的提升，在配电环网应用场景下能够实现网络潮流的柔性调控；同时，双母线并供系统不仅可以实现与传统典型母线接线形式的有效融合，而且能够实现电力用户的差异化管理。
鉴于双母线并供系统的常规母线输出端口与传统母线并无实质差别，因此，本发明主要考虑对并供环网接线模式下双母线并供系统的柔性母线输出端口实施调控。
建立并供环网接线模式下基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统的柔性母线输出端口实施调控策略：
环网潮流调控下的潮流分布：
其中，SS1、SS2与Si分别为配电环网两个电源点的功率以及各负荷节点功率；ZL1,ZL2,…,ZLn,ZLn+1分别为环路内不同电力线路的阻抗值；vS1、vS2与vN分别为配电环网中两个电源点电压与网络额定电压；Δv为所装设的电压调控设备提供的补偿调控电压。
由式(4)与式(5)可知，在配电环网中，负荷节点的功率取决于电力用户本身，网架结构的电力线路参数可视为恒定值。由此可知，通过对配电环网中电压的调整即可实现网络潮流的柔性调控。通过上文的分析，当双母线并供系统组网构成并供环网后，其可实现柔性母线端口电压幅值与相角的柔性调控，即双母线并供系统具备配电环网柔性调控潜力。在此，设定SS1与SS2的目标值为S1ref与S2ref，由此可以计算得到双母线并供系统的潮流调控期望值ΔSref，进而可由式(4)或式(5)获得双母线并供系统调控电压目标值Δvref；然后，基于DBPS系统的电压合成调控原理得到双母线并供系统的控制策略如图5所示。
实施例
在PSIM仿真平台基础上搭建了基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统模型。在仿真过程中，选定的三相三绕组工频变压器一次侧额定输入电压为35kV，二次侧主绕组额定输出电压为10kV，即三相三绕组工频变压器一次侧绕组与二次侧主绕组的匝数比nT1＝3.5；对于三相三绕组工频变压器一次侧绕组与二次侧辅助绕组匝数比nT2的选取，在此考虑到我国城市中压配电网的电压质量标准为±7％以及目前市面上现有IGBT的承压能力，在此仿真验证过程中选定nT2＝20，即二次侧辅助绕组可控电压为1.75kV，IGBT开关频率选定15kHz；输出滤波器电感、电容参数分别为Lf＝0.5mH与Cf＝10μF，BD-AC单元中的结构电容C1＝C2＝10μF。
在并供辐射接线模式电压调控场景下，设定系统为对称负载ZLoad＝(20+j5)Ω；同时，为了对电压恒定、跌落与骤升状态下基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统的运行情况进行具体分析，在此分别对不同状态下基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统进行仿真分析，得到的仿真结果分别如图6所示
图8分别为基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统的输入端口电压(vA,vB,vC)、柔性母线端口电压(vaF,vbF,vcF)与常规母线端口电压(va,vb,vc)仿真结果波形图。由图可以看出，在[0s,0.04s]期间，基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统网侧电压为恒定状态，此时，其常规母线端口与柔性母线端口电压均处于稳定状态；[0.04s,0.08s]与[0.08s,0.12s]期间，基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统网侧电压分别发生跌落与骤升，深度均为7％，在此期间，基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统的柔性母线端口电压仍处于恒定状态，而其常规母线端口电压则随网侧电压的跌落与骤升而出现跌落与骤升。综上可知，当网侧电压出现7％以内的波动时，虽然基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统的并供母线均可满足网络电压质量要求，但是常规母线的电压质量明显降低，而挂接于柔性母线上的负荷电压质量得到了较好的保障，即基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统能够满足对电压质量敏感负荷的电能供应，具有较好的电压柔性调控能力。
在此以图7所示的并供环网接线模式为例对基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统的潮流调控场景进行分析，具体如下。
图8分别为联络线LTie-line上的功率波形(P,Q)、常规母线W2的输出电压波形(va,vb,vc)、柔性母线W3的输出电压波形(vaF,vbF,vcF)、母线W1的输出电压波形(vW1a,vW1b,vW1c)、母线W1与W2之间的电压差波形(ΔvA12,ΔvB12,ΔvC12)、母线W1与W3之间的电压差波形(ΔvA13,ΔvB13,ΔvC13)。
可以看出，在[0s,0.05s]期间，基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统处于“无调控”状态，即联络线LTie-line上的潮流为依据负荷的自然分布状态，此时的有功功率与无功功率均视为调控的额定状态，方向为由供电分区A流向供电分区B，即P＝1.0p.u.与Q＝1.0p.u.；在[0.05s,0.10s]期间，供电分区B因大量电动汽车集中充电导致重载，而此时供电分区A恰逢分布式电源出力增大，为了满足供电分区B的负荷供电需求以及实现分布式电源的消纳，此时，通过基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统的调控，实现了负荷转供，即在[0.05s,0.10s]期间，联络线的功率传送为P＝1.5p.u.与Q＝1.3p.u.；假设在[0.10s,0.15s]期间，供电分区B负荷减小，无需供电分区A支援过多功率，此时通过基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统的调控，实现了联络线功率的下调，联络线的功率传送下调为P＝0.8p.u.与Q＝0.7p.u.；进一步，在[0.15s,0.20s]期间，供电分区B的负荷需求进一步降低，联络线的传送功率继续下调为P＝0.3p.u.与Q＝0.2p.u.；假设在[0.20s,0.25s]期间，供电分区A内负荷骤升，使得供电分区A供电紧张，此时供电分区B的分布式电源出力大增，则通过基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统的调控，使得联络线的功率传送方式改变，功率由供电分区B开始向供电分区A传输，此时联络线的功率传送为P＝-0.2p.u.与Q＝-0.4p.u.；在[0.25s,0.30s]期间，供电分区A与供电分区B的场景又回归至最初[0s,0.05s]状态，此时，联络线的功率传输再次发生改变，功率传送回归至最初P＝1.0p.u.与Q＝1.0p.u.状态。由仿真结果图可以看出，在上述变化过程中，(ΔvA12,ΔvB12,ΔvC12)未发生变化，(ΔvA13,ΔvB13,ΔvC13)则依据联络线功率调控需求而变化，即基于柔性母线W3的电压调控实现了配电环网潮流调控。
由图9可以看出，在[0s,0.05s]期间，与图8场景相同，联络线LTie-line上的潮流为由供电分区A流向供电分区B，P＝1.0p.u.与Q＝1.0p.u.；在[0.05s,0.10s]、[0.10s,0.15s]、[0.15s,0.20s]、[0.20s,0.25s]、[0.25s,0.30s]期间，有功功率与无功功率的变化量(ΔP，ΔQ)分别为(-0.5p.u.，0.2p.u.)、(-0.5p.u.，-1.2p.u.)、(-0.5p.u.，0.5p.u.)、(-0.5p.u.，-0.5p.u.)、(1.0p.u.，0.5p.u.)，进而可知联络线上的有功功率与无功功率(P，Q)分别为(0.5p.u.，1.2p.u.)、(0p.u.，0p.u.)、(-0.5p.u.，0.5p.u.)、(-1.0p.u.，0p.u.)、(0p.u.，0.5p.u.)。可以看出，在[0.05s,0.10s]、[0.15s,0.20s]时段，联络线中的有功功率变化量呈现相反趋势，在此过程中，配电环网调控效果良好；再者，在[0.10s,0.15s]期间，联络线有功功率与无功功率均调控至零，即供电分区A与供电分区B之间没有功率交换；同时，由图中亦可看出，此时柔性母线W3与常规母线W1电压相等。通过上述分析，利用基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统可以较好的实现配电环网潮流的柔性调控。
综上分析，与传统柔性配电装备(如基于MMC的SOP)相比，所提出的基于直接式AC/AC变换的基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统不仅具备SOP的基本功能，实现配电环网潮流的柔性调控，同时，其所具有的双母线(常规母线与柔性母线)并供能力可以实现与传统变电站母线接线方式的有效融合以及实现不同电力负荷的差异化管理；再者，直接式AC/AC变换技术所具有的单级功率变换特性，使得基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统具有较高的运行效率；最后，鉴于基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统中电力电子模块与三相三绕组工频变压器的拓扑连接关系，在电力电子模块故障或检修情况下，基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统可以由常规母线与柔性母线并供模式转变为常规双母线并供模式运行，具有较高的供电可靠性。
Claims (7)
1.基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统，其特征在于，包括一台三相三绕组工频变压器与三组BD-AC模块，所述三相三绕组工频变压器包括三个一次侧主绕组、三个二次侧主绕组以及六个用于调节的二次侧辅助绕组，每个所述二次侧主绕组的两端连接一组所述BD-AC模块的输入端，每组所述BD-AC模块的一个输出端作为一相柔性母线输出端口，另一个输出端连接一个二次侧辅助绕组一个输出端，每个所述二次侧辅助绕组另一个输出端接地。
2.根据权利要求1所述基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统，其特征在于，每个所述BD-AC模块包括两个AC/AC变换器，每个所述AC/AC变换器输入端均连接三相三绕组工频变压器的一个二次侧辅助绕组，第一个AC/AC变换器的一个输出端作为柔性母线输出端口，另一个输出端连接第二个AC/AC变换器的一个输出端，第二个AC/AC变换器的另一个输出端连接三相三绕组工频变压器的二次侧主绕组一端，该三相三绕组工频变压器的二次侧主绕组的另一端接地。
3.根据权利要求2所述基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统，其特征在于，每个所述BD-AC模块与每个所述二次侧辅助绕组之间连接开关，当开关闭合时，BD-AC模块退出运行。
4.根据权利要求2所述基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统，其特征在于，第二个所述AC/AC变换器的另一个输出端连接三相三绕组工频变压器的二次侧主绕组一端处引出常规母线输出端口。
5.根据权利要求2所述基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统，其特征在于，所述AC/AC变换器包括八个绝缘栅双极型晶体管S1、S2、S1c、S2c、S2p、S1p、S1cp、S2cp，所述绝缘栅双极型晶体管S1的集电极连接绝缘栅双极型晶体管S2的集电极，所述绝缘栅双极型晶体管S1的发射极连接绝缘栅双极型晶体管S1c的集电极，所述绝缘栅双极型晶体管S1c的发射极连接绝缘栅双极型晶体管S2c的发射极，所述绝缘栅双极型晶体管S2c的集电极接地，所述绝缘栅双极型晶体管S2的发射极连接输入端子，所述绝缘栅双极型晶体管S2的集电极还连接电容C1的一个极板，所述电容C1的另一个极板连接绝缘栅双极型晶体管S1c的发射极；
所述绝缘栅双极型晶体管S1p的集电极连接绝缘栅双极型晶体管S2p的集电极，所述绝缘栅双极型晶体管S1p的发射极连接绝缘栅双极型晶体管S1cp的集电极，所述绝缘栅双极型晶体管S1cp的发射极连接绝缘栅双极型晶体管S2cp的发射极，所述绝缘栅双极型晶体管S2cp的集电极接地，所述绝缘栅双极型晶体管S2p的发射极连接输入端子，所述绝缘栅双极型晶体管S2p的集电极还连接电容C2的一个极板，所述电容C2的另一个极板连接绝缘栅双极型晶体管S1cp的发射极；
所述绝缘栅双极型晶体管S1的发射极与绝缘栅双极型晶体管S1p的发射极之间均连接一个输出端，每个所述AC/AC变换器中的输入端子连接三相三绕组工频变压器的一个二次侧辅助绕组。
6.根据权利要求5所述基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管S1的发射极与输出端之间还连接一个LC滤波器。
7.根据权利要求5所述基于双极性直接式AC/AC变换的双母线并供系统，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管S1的发射极连接滤波电感Lf一端，所述滤波电感Lf另一端连接滤波电容Cf一个极板，所述滤波电容Cf另一个极板连接绝缘栅双极型晶体管S1p的发射极，所述滤波电容Cf两端分别连接一个输出端。
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| CN116505534A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-07-28 | 东北电力大学 | 一种直接式ac/ac型混合配电变压器的建模方法 |
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| CN116505534A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-07-28 | 东北电力大学 | 一种直接式ac/ac型混合配电变压器的建模方法 |
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