CN116470562A - 一种模块共用的电网柔性合环控制器拓扑、设备和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块共用的电网柔性合环控制器拓扑、设备和系统，属于柔性环网控制器领域，每个单相拓扑都包括：包含多个CHB模块的AC/AC变换器、包含多个全桥整流器的AC/DC模块，多个CHB模块的交流输入端串接后形成AC/AC变换器的一侧交流端口，多个CHB模块的交流输出端串接后形成AC/AC变换器的另一侧交流端口，部分全桥整流器的交流输入端串接后形成AC/DC模块的交流端口，AC/AC变换器的一侧交流端口与该部分AC/DC模块交流侧端口串接后接入第一交流电网，AC/AC变换器的另一侧交流端口与全部的AC/DC模块直流侧端口串接后接入第二交流电网。本发明通过使用共用模块部分增加整个柔性控制器拓扑的传输效率。
Description
技术领域
本发明涉及柔性环网控制器领域，具体涉及一种模块共用的电网柔性合环控制器拓扑、设备和系统。
背景技术
随着全球能源结构的转变，风能、太阳能等可再生能源比重迅速增加造成配电网中分布式电源的增多，配电网系统的结构逐渐复杂。柔性控制器(FlexibleACTransmissionSystem，FACTS)是指一类可由电力系统无限制地安装的调节装置，其作用在电力系统中是提高电力系统的稳定性、可靠性、经济性和可扩展性。柔性控制器通常由各种高压电力电子器件、控制器和传感器等组成，包括静止补偿装置和其它柔性交流输电技术，如柔性交流输电系统、高温超导柔性待命变压器和柔性直流输电等。
国内外柔性控制器的拓扑设计大多都从柔性直流输电背靠背结构的模块化多电平换流器(MMC)变流方案中得到灵感。基于MMC的柔性控制器，是一种新型的柔性交流输电技术，可用于控制电力系统中的电流、电压和无功功率等。专利CN106786722A设计了一种星型、三角型及混合型拓扑结构的柔性合环装置，其解决了现有技术中高压大容量高频隔离环节难以实现的问题。但是该拓扑使用较多高频变压器，占用体积大；且功率传输全部经过隔离变压器，传输效率低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种模块共用的电网柔性合环控制器拓扑，满足配电网对柔性控制器的要求，本发明公开的柔性合环控制器可以连接两个电压等级与相角差距较小的配电网节点，以实现配电网的潮流控制，提高电能质量以及供电可靠性，解决了现有柔性合环控制器虽然可以实现配电网节点的互联但以降低效率提高成本为代价的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
本申请第一方面公开一种模块共用的电网柔性合环控制器拓扑，每个单相拓扑都包括：包含CHB模块的AC/AC变换器和包含全桥整流器的AC/DC模块；
其中N1个CHB模块的交流输入端串接后形成AC/AC变换器的一侧交流端口；N2个CHB模块的交流输出端串接后形成AC/AC变换器的另一侧交流端口；
N1个AC/AC变换器的一侧交流端口与N3个AC/DC模块交流侧端口串接后接入第一交流电网，N2个AC/AC变换器的另一侧交流端口与N3+N4个AC/DC模块直流侧端口串接后接入第二交流电网。
其中N1、N2、N3、N4皆为正整数。
在一些实施例中，CHB模块为双有源桥DC/DC变换器，包括全桥整流器、高频隔离单元、全桥逆变器。
在一些实施例中，AC/AC变换器的交流输入端口以及AC/DC变换器的交流输出端口处均有滤波电容。
在一些实施例中，高频隔离单元与全桥整流器直流侧连接的端口、高频隔离单元与全桥逆变器直流侧连接的端口均接有滤波电容。
本申请第二方面公开一种电力设备，其特征在于，所述电力设备采用了如第二方面所述的一种模块共用的电网柔性合环控制器拓扑。
本申请第三方面公开一种柔性控制器，包括如第二方面所述的模块共用的电网柔性合环控制器拓扑。
本申请第四方面公开一种配电网系统，包括：第一交流电网和第二交流电网；第一交流电网和第二交流电网采用如第二方面所述的柔性控制器进行调节。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的一种模块共用的电网柔性控制器拓扑，相比于现有柔性控制器拓扑，满足共用与非共用模块数量要求时，当共用模块的全桥数量够多时，可以支撑起两端口网络的大部分电压，而流入共用模块的电流很小；
(2)本发明提供的一种模块共用的电网柔性控制器拓扑，相比于现有柔性控制器拓扑，在非共用模块全桥数量较少时，隔离级端口的电压不高，与之前的柔性合环控制器相比，在总功率传输不变的情况下，可以使隔离模块传输较少功率，减少功率损耗，从而增加整个柔性控制开关的传输效率；
(3)本发明提供的一种模块共用的电网柔性控制器拓扑，相比于现有柔性控制器拓扑，在某一侧交流系统发生接地故障时，该拓扑能够有效地防止故障传播，有效减少AC/AC模块数量。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本申请的模块共用的电网柔性控制器拓扑单相结构示意图；
图2为本申请的基于CHB的模块共用的电网柔性控制器拓扑单相结构示意图；
图3为本申请的在ug2侧发生交流接地故障时ug1对地的两条可能路径示意图。
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。
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。
本发明提供的一种模块共用的电网柔性控制器拓扑单相结构图如图2所示，具体为：
图中数字标号1、3、4、5均为全桥模块，数字标号2为双有源桥变换器(DAB)，有两个全桥和一个隔离变压器构成。图中U1是AC/AC模块的输入电压，U2是AC/AC模块的输出电压，U3是与AC/AC模块输入端口串联的AC/DC模块的交流侧电压，U4是与AC/AC模块输出端口串联的AC/DC模块的交流侧电压。Ug1是甲侧的交流网络电压，Ug2是乙侧的交流网络电压。在稳态运行时，有：u1+u3＝ug1和u2+u3+u4＝ug2。
本发明在ug2侧发生交流接地故障时ug1对地的两条可能路径如图3所示。图3用于分析该基于CHB的模块共用的电网柔性控制器拓扑的故障耐受能力。具体为：
假设ug2侧发生交流接地故障，为了使故障不传播到ug1侧，则需要闭锁所有开关器件的驱动信号，此时ug1对地有两条可能的路径，分别为图3中的虚线和点划线路径。对于虚线路径，由于稳态工作时有u1+u3＝ug1，所以器件闭锁时虚线路径中子模块电容之和是要高于ug1的峰值电压，所以闭锁时该虚线路径不会有电流通过。对于点划线路径，如果要想闭锁时没有电流通过，则至少要求稳态时u1+u2+u4≥ug1。若拓扑变为仅有模块I和模块II，根据上述不等式，要求模块I数量不能太少，至少模块I与模块II的数量相等，则可以实现闭锁时该点划线路径不会有电流通过。而在模块I输出和模块II交流输入的串联回路之间串接模块III，则可以减少模块I的数量，从而满足闭锁时不传导的要求。假设每个模块电压Usm都相等，则模块数量满足如下关系式N1+N3＝ug1/Usm，N2+N3+N4＝ug2/Usm，N1+N2+N4≥ug1/Usm。
总的来说，本发明提出的拓扑不仅相较传统CHBFLC结构少近一半的子模块与DC/DC模块；与缺少模块III的拓扑相比，在满足故障要求时还减少了模块I的数量。
本申请实施例公开一种电力设备，所述电力设备采用了如上所述的一种模块共用的电网柔性合环控制器拓扑。
本申请实施例公开一种柔性控制器，包括如上所述的模块共用的电网柔性合环控制器拓扑。
本申请实施例公开一种配电网系统，包括：第一交流电网和第二交流电网；第一交流电网和第二交流电网采用如上所述的柔性控制器进行调节。
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)
1.一种模块共用的电网柔性合环控制器拓扑，其特征在于，每个单相拓扑都包括：包含CHB模块的AC/AC变换器和包含全桥整流器的AC/DC模块；
其中N1个CHB模块的交流输入端串接后形成AC/AC变换器的一侧交流端口；N2个CHB模块的交流输出端串接后形成AC/AC变换器的另一侧交流端口；
N1个AC/AC变换器的一侧交流端口与N3个AC/DC模块交流侧端口串接后接入第一交流电网，N2个AC/AC变换器的另一侧交流端口与N3+N4个AC/DC模块直流侧端口串接后接入第二交流电网。
其中N1、N2、N3、N4皆为正整数。
2.根据权利要求1所述的模块共用的电网柔性合环控制器拓扑，其特征在于，CHB模块为双有源桥DC/DC变换器，包括全桥整流器、高频隔离单元、全桥逆变器。
3.根据权利要求1所述的模块共用的电网柔性合环控制器拓扑，其特征在于，AC/AC变换器的交流输入端口以及AC/DC变换器的交流输出端口处均有滤波电容。
4.根据权利要求2所述的模块共用的电网柔性合环控制器拓扑，其特征在于，高频隔离单元与全桥整流器直流侧连接的端口、高频隔离单元与全桥逆变器直流侧连接的端口均接有滤波电容。
5.一种电力设备，其特征在于，所述电力设备采用了权利要求1至4中任一项所述的一种模块共用的电网柔性合环控制器拓扑。
6.一种柔性控制器，其特征在于，包括如权利要求1至4中任一项所述的模块共用的电网柔性合环控制器拓扑。
7.一种配电网系统，其特征在于，包括：第一交流电网和第二交流电网；第一交流电网和第二交流电网采用如权利要求6所述的柔性控制器进行调节。
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