CN117175596A - 基于开关耦合的潮流转供装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于开关耦合的潮流转供装置，可以应用于电气工程技术领域。该装置包括：整流器、逆变器和耦合控制模块；其中，整流器的第一交流端、第二交流端和第三交流端均被配置为通过第一滤波器连接第一配电网，整流器的第一直流端和第二直流端分别被配置为连接耦合控制模块的第一端和第二端；逆变器的第四交流端、第五交流端和第六交流端均被配置为通过第二滤波器连接第二配电网，逆变器的第三直流端和第四直流端分别被配置为连接耦合控制模块的第三端和第四端；以及耦合控制模块被配置为响应于门极控制信号，在充电工作模态、续流工作模态和放电工作模态之间进行切换。

Description

基于开关耦合的潮流转供装置

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，更具体地，涉及一种基于开关耦合的潮流转供装置。

背景技术

在现有技术中，光伏发电、电动汽车、新型储能等新能源行业蓬勃发展，大量新能源装置接入电网，其中，低压配电网中的新能源设备主要以微电网的形式接入，并作为两个或多个微电网之间的互联接口，因此，电力电子变流器在电网互联、能量转换、潮流调控等环节中起到重要作用。

电力电子变流器分为电压源型变流器和电流源型变流器，其中电流源变流器可直接对并网电流进行控制，通过调节直流电压可实现功率反向流动。但是，电流源变流器中开关器件的开通和关断会产生共模电压，较高的共模电压会产生漏电流，导致降低设备的寿命，严重时甚至使设备绝缘击穿，从而产生短路故障的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于开关耦合的潮流转供装置，包括：整流器、逆变器和耦合控制模块；整流器的第一交流端、第二交流端和第三交流端均被配置为通过第一滤波器连接第一配电网，整流器的第一直流端和第二直流端分别被配置为连接耦合控制模块的第一端和第二端；逆变器的第四交流端、第五交流端和第六交流端均被配置为通过第二滤波器连接第二配电网，逆变器的第三直流端和第四直流端分别被配置为连接耦合控制模块的第三端和第四端；耦合控制模块被配置为响应于门极控制信号，在充电工作模态、续流工作模态和放电工作模态之间进行切换。

根据本发明的实施例，门极控制信号为周期信号，门极控制信号的每个周期的信号包括第一子信号、第二子信号、第三子信号和第四子信号。

根据本发明的实施例，耦合控制模块包括第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管、第六晶闸管、第一续流电感和第二续流电感；其中，第一晶闸管的阳极被配置为连接第一端，第一晶闸管的阴极被配置为分别连接第三晶闸管的阴极和第一续流电感的一端，第二晶闸管的阳极被配置为分别连接第三晶闸管的阳极和第二续流电感的一端，第二晶闸管的阴极被配置为连接第二端，第四晶闸管的阳极被配置为分别连接第一续流电感的另一端和第六晶闸管的阳极，第四晶闸管的阴极被配置为连接第三端，第五晶闸管的阳极被配置为连接第四端，第五晶闸管的阴极被配置为分别连接第二续流电感的另一端和第六晶闸管的阴极。

根据本发明的实施例，耦合控制模块被配置为响应于第一子信号，控制第一晶闸管、第六晶闸管和第二晶闸管导通，并控制第三晶闸管、第四晶闸管和第五晶闸管截止，以切换至充电工作模态；耦合控制模块被配置为响应于第二子信号，控制第三晶闸管和第六晶闸管导通，并控制第一晶闸管、第二晶闸管、第四晶闸管和第五晶闸管截止，以切换至续流工作模态；耦合控制模块被配置为响应于第三子信号，控制第三晶闸管、第四晶闸管和第五晶闸管导通，并控制第一晶闸管、第六晶闸管和第二晶闸管截止，以切换至放电工作模态；耦合控制模块被配置为响应于第四子信号，控制第三晶闸管和第六晶闸管导通，并控制第一晶闸管、第二晶闸管、第四晶闸管和第五晶闸管截止，以切换至续流工作模态。

根据本发明的实施例，整流器包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件；其中，第一开关器件的第一端被配置为分别连接第一交流端和第四开关器件的第二端，第一开关器件的第二端被配置为分别连接第三开关器件的第二端、第五开关器件的第二端和所述第一直流端，第二开关器件的第一端被配置为分别连接第四开关器件的第一端、第六开关器件的第一端和第二直流端，第二开关器件的第二端被配置为分别连接第三交流端和第五开关器件的第一端，第三开关器件的第一端被配置为分别连接第二交流端和第六开关器件的第二端；其中，对于第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件中的任意一个第一目标开关器件，第一目标开关器件包括第一二极管和第七晶闸管；其中，第一二极管的阴极被配置为连接第一目标开关器件的第二端，第一二极管的阳极被配置为连接第七晶闸管的阴极，第七晶闸管的阳极被配置为连接第一目标开关器件的第一端。

根据本发明的实施例，整流器被配置为响应于第一子信号，控制第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件导通，以向耦合控制模块提供直流电流；整流器被配置为响应于第二子信号、第三子信号或第四子信号，控制第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件关断。

根据本发明的实施例，逆变器包括第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件和第十二开关器件；其中，第七开关器件的第一端被配置为分别连接第九开关器件的第一端、第十一开关器件的第一端和第三直流端，第七开关器件的第二端被配置为分别连接第四交流端和第十开关器件的第一端，第八开关器件的第一端被配置为分别连接第十一开关器件的第二端和第六交流端，第八开关器件的第二端被配置为分别连接第十开关器件的第二端、第十二开关器件的第二端和第四直流端，第九开关器件的第二端被配置为分别连接第五交流端和第十二开关器件的第一端；其中，对于第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件和第十二开关器件中的任意一个第二目标开关器件，第二目标开关器件包括第二二极管和第八晶闸管；其中，第二二极管的阴极被配置为连接第二目标开关器件的第二端，第二二极管的阳极被配置为连接第八晶闸管的阴极，第八晶闸管的阳极被配置为连接第二目标开关器件的第一端。

根据本发明的实施例，逆变器被配置为响应于所述第一子信号、第二子信号或第四子信号，控制第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件和第十二开关器件关断；逆变器被配置为响应于第三子信号，控制第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件和第十二开关器件导通，以接收耦合控制模块提供的直流电流。

根据本发明的实施例，第一滤波器包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容和第三电容；其中，第一电感的一端、第二电感的一端和第三电感的一端均被配置为连接第一配电网，第一电感的另一端被配置为分别连接第一交流端和第一电容的一端，第二电感的另一端被配置为分别连接第二交流端和第二电容的一端，第三电感的另一端被配置为分别连接第三交流端和第三电容的一端，第一电容的另一端、第二电容的另一端和第三电容的另一端均被配置为连接第一公共点；其中，第二滤波器包括第四电感、第五电感、第六电感、第四电容、第五电容和第六电容；其中，第四电感的一端、第五电感的一端和第六电感的一端均被配置为连接第二配电网，第四电感的另一端被配置为分别连接第四交流端和第四电容的一端，第五电感的另一端被配置为分别连接第五交流端和第五电容的一端，第六电感的另一端被配置为分别连接第六交流端和第六电容的一端，第四电容的另一端、第五电容的另一端和第六电容的另一端均被配置为连接第二公共点。

根据本发明的实施例，第一公共点和第二公共点被配置为通过电阻相连接。

根据本发明的实施例，整流器通过第一滤波器连接第一配电网、耦合控制模块的第一端和第二端；逆变器通过第二滤波器连接第二配电网、耦合控制模块的第三端和第四端；耦合控制模块被配置为响应于门极控制信号，在充电工作模态、续流工作模态和放电工作模态之间进行切换，通过该耦合控制模块，可以在无需隔离变压器的情况下，实现配电网间的柔性潮流转供，可以阻断共模回路，消除共模电压，并降低设备成本。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中；

图1示出了根据本发明实施例的基于开关耦合的基于开关耦合的潮流转供装置的示意图；

图2示出了根据本发明实施例的耦合控制模块的示意图；

图3A示出了根据本发明实施例的整流器的示意图；

图3B示出了根据本发明实施例的整流器中第一目标开关器件的示意图；

图4A示出了根据本发明实施例的逆变器的示意图；

图4B示出了根据本发明实施例的逆变器中第二目标开关器件的示意图；

图5示出了根据本发明实施例的第一滤波器的示意图；

图6示出了根据本发明实施例的第二滤波器的示意图；

图7示出了根据本发明实施例的基于开关耦合的潮流转供装置的结构示意图；

图8A示出了根据本发明实施例的基于开关耦合的潮流转供装置的充电工作模态的示意图；

图8B示出了根据本发明实施例的基于开关耦合的潮流转供装置的续流工作模态的示意图；

图8C示出了根据本发明实施例的基于开关耦合的潮流转供装置的放电工作模态的示意图；

图9示出了根据本发明实施例的周期分配图；

图10示出了根据本发明实施例的SVPWM调制的流程示意图；

图11示出了根据本发明实施例的SVPWM调制的直流电流仿真结果图；

图12A示出了根据本发明实施例的第一配电网电流仿真结果图；

图12B示出了根据本发明实施例的第一配电网谐波含量仿真结果图；

图13A示出了根据本发明实施例的第二配电网电流仿真结果图；以及

图13B示出了根据本发明实施例的第二配电网谐波含量仿真结果图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。

电力电子变流器分为电压源型变流器和电流源型变流器，其中电流源变流器可直接对并网电流进行控制，如通过调节直流电压可实现功率反向流动。但是，电流源变流器中开关器件的开通和关断会产生共模电压，较高的共模电压会产生漏电流，导致设备寿命降低，严重时甚至使设备绝缘击穿，从而产生短路故障的问题。

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于开关耦合的潮流转供装置，可以阻断共模回路，消除共模电压，具体地，该潮流转供装置包括：整流器、逆变器和耦合控制模块；整流器的第一交流端、第二交流端和第三交流端均被配置为通过第一滤波器连接第一配电网，整流器的第一直流端和第二直流端分别被配置为连接耦合控制模块的第一端和第二端；逆变器的第四交流端、第五交流端和第六交流端均被配置为通过第二滤波器连接第二配电网，逆变器的第三直流端和第四直流端分别被配置为连接耦合控制模块的第三端和第四端；耦合控制模块被配置为响应于门极控制信号，在充电工作模态、续流工作模态和放电工作模态之间进行切换。

根据本发明的实施例，通过耦合控制模块切换三个工作模态，可以在无需隔离变压器的情况下，实现配电网间的柔性潮流转供，可以阻断共模回路，消除共模电压，并降低设备成本。

图1示出了根据本发明实施例的基于开关耦合的潮流转供装置的示意图。

如图1所示，基于开关耦合的潮流转供装置可以包括整流器200、逆变器300和耦合控制模块100。

根据本发明的实施例，整流器200的第一交流端A1、第二交流端A2和第三交流端A3均被配置为通过第一滤波器400连接第一配电网600，整流器200的第一直流端B1和第二直流端B2分别被配置为连接耦合控制模块100的第一端P1和第二端P2；逆变器300的第四交流端A4、第五交流端A5和第六交流端A6均被配置为通过第二滤波器500连接第二配电网700，逆变器300的第三直流端B3和第四直流端B4分别被配置为连接耦合控制模块100的第三端P3和第四端P4；耦合控制模块100被配置为响应于门极控制信号，在充电工作模态、续流工作模态和放电工作模态之间进行切换。

根据本发明的实施例，整流器200可以是一个整流装置，简单的说就是将交流电转化为直流电的装置。它有两个主要功能，包括将交流电转化为直流电经滤波后供给逆变器300和给蓄电池提供充电电压。

根据本发明的实施例，逆变器300与整流器200相反，逆变器300则是一种把直流电转变成交流电的装置。

根据本发明的实施例，耦合控制模块100的第一端P1和第二端P2与整流器200的第一直流端B1和第二直流端B2连接，耦合控制模块100的第三端P3和第四端P4与逆变器300的第三直流端B3和第四直流端B4连接。

根据本发明的实施例，本实施例选取的第一配电网600可以为380V低压配电网、第二配电网700可以为380V低压配电网，配电网的电压值可以根据具体应用场景进行选择，在此不作限定。

根据本发明的实施例，耦合控制模块100响应于门极控制信号，在充电工作模态、续流工作模态和放电工作模态之间进行切换；其中，在充电工作模态时，电感充电，此时电流上升，整流器200将交流电转换为直流电，并输入至耦合控制模块100；在续流工作模态时，电感续流，电流保持不变；在放电工作模态时，电感放电，此时电流下降，直流电由耦合控制模块100输入至逆变器300，逆变器300将直流电转换为交流电并输入至第二配电网700。

根据本发明的实施例，作为一种可选实施方式，在第二配电网700向第一配电网600进行转供时，整流器200也可以作为逆变器300使用，逆变器300也可以作为整流器200使用，即逆变器300可以将第二配电网700提供的交流电转换为直流电，在耦合控制模块100将该直流电提供给整流器200之后，整流器200可以将该直流电转换为交流电，并将该交流电提供给第一配电网600。

根据本发明的实施例，通过耦合控制模块100响应门极控制信号使其在充电工作模态、续流工作模态和放电工作模态之间进行切换，通过该耦合控制模块100，可以在无需隔离变压器的情况下，实现配电网间的柔性潮流转供，可以阻断共模回路，消除共模电压，并降低设备成本。

根据本发明的实施例，门极控制信号为周期信号，门极控制信号的每个周期的信号包括第一子信号、第二子信号、第三子信号和第四子信号。

根据本发明的实施例，第一子信号响应充电工作模态，第三子信号响应放电工作模态，第二子信号、第四子信号响应续流工作模态，耦合控制模块100通过响应第一子信号、第二子信号、第三子信号和第四子信号来实现以充电工作模态、续流工作模态和放电工作模态的顺序运行，达到阻断整流侧和逆变侧的共模回路，有效消除系统的共模电压的效果。

图2示出了根据本发明实施例的耦合控制模块的示意图。

如图2所示，耦合控制模块100包括第一晶闸管G1、第二晶闸管G2、第三晶闸管G3、第四晶闸管G4、第五晶闸管G5、第六晶闸管G6、第一续流电感L1和第二续流电感L2；其中，第一晶闸管G1的阳极被配置为连接第一端P1，第一晶闸管G1的阴极被配置为分别连接第三晶闸管G3的阴极和第一续流电感L1的一端，第二晶闸管G2的阳极被配置为分别连接第三晶闸管G3的阳极和第二续流电感的一端，第二晶闸管G2的阴极被配置为连接第二端P2，第四晶闸管G4的阳极被配置为分别连接第一续流电感L1的另一端和第六晶闸管G6的阳极，第四晶闸管G4的阴极被配置为连接第三端P3，第五晶闸管G5的阳极被配置为连接第四端P4，第五晶闸管G5的阴极被配置为分别连接第二续流电感L2的另一端和第六晶闸管G6的阴极。

根据本发明的实施例，晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态；晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通，这时晶闸管处于正向导通状态；晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通；晶闸管在导通情况下，当主电流减小到接近于零时，晶闸管关断。

根据本发明的实施例，耦合控制模块100被配置为响应于第一子信号，控制第一晶闸管G1、第六晶闸管G6和第二晶闸管G2导通，并控制第三晶闸管G3、第四晶闸管G4和第五晶闸管G5截止，以切换至充电工作模态；耦合控制模块100被配置为响应于第二子信号，控制第三晶闸管G3和第六晶闸管G6导通，并控制第一晶闸管G1、第二晶闸管G2、第四晶闸管G4和第五晶闸管G5截止，以切换至续流工作模态；耦合控制模块100被配置为响应于第三子信号，控制第三晶闸管G3、第四晶闸管G4和第五晶闸管G5导通，并控制第一晶闸管G1、第六晶闸管G6和第二晶闸管G2截止，以切换至放电工作模态；耦合控制模块100被配置为响应于第四子信号，控制第三晶闸管G3和第六晶闸管G6导通，并控制第一晶闸管G1、第二晶闸管G2、第四晶闸管G4和第五晶闸管G5截止，以切换至续流工作模态。

图3A示出了根据本发明实施例的整流器的示意图。

如图3A所示，整流器200包括第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第五开关器件S5和第六开关器件S6；其中，第一开关器件S1的第一端被配置为分别连接第一交流端A1和第四开关器件S4的第二端，第一开关器件S1的第二端被配置为分别连接第三开关器件S3的第二端、第五开关器件S5的第二端和所述第一直流端B1，第二开关器件S2的第一端被配置为分别连接第四开关器件S4的第一端、第六开关器件S6的第一端和第二直流端B2，第二开关器件S2的第二端被配置为分别连接第三交流端A3和第五开关器件S5的第一端，第三开关器件S3的第一端被配置为分别连接第二交流端A2和第六开关器件S6的第二端。

图3B示出了根据本发明实施例的整流器中第一目标开关器件的示意图。

根据本发明的实施例，如图3B所示的第一目标开关器件可以是第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第五开关器件S5和第六开关器件S6中的任意一个。第一目标开关器件包括第一二极管D1和第七晶闸管G7；其中，第一二极管D1的阴极被配置为连接第一目标开关器件的第二端P5，第一二极管D1的阳极被配置为连接第七晶闸管G7的阴极，第七晶闸管G7的阳极被配置为连接第一目标开关器件的第一端P6。

根据本发明的实施例，整流器200被配置为响应于第一子信号，控制第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第五开关器件S5和第六开关器件S6导通，以向耦合控制模块100提供直流电流；整流器200被配置为响应于第二子信号、第三子信号或第四子信号，控制第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第五开关器件S5和第六开关器件S6关断。

图4A示出了根据本发明实施例的逆变器的示意图。

如图4A所示，逆变器300包括第七开关器件S7、第八开关器件S8、第九开关器件S9、第十开关器件S10、第十一开关器件S11和第十二开关器件S12；其中，第七开关器件S7的第一端被配置为分别连接第九开关器件S9的第一端、第十一开关器件S11的第一端和第三直流端B3，第七开关器件S7的第二端被配置为分别连接第四交流端A4和第十开关器件S10的第一端，第八开关器件S8的第一端被配置为分别连接第十一开关器件S11的第二端和第六交流端A6，第八开关器件S8的第二端被配置为分别连接第十开关器件S10的第二端、第十二开关器件S12的第二端和第四直流端B4，第九开关器件S9的第二端被配置为分别连接第五交流端A5和第十二开关器件S12的第一端。

图4B示出了根据本发明实施例的逆变器中第二目标开关器件的示意图。

根据本发明的实施例，如图4B所示的第二目标开关器件可以是第七开关器件S7、第八开关器件S8、第九开关器件S9、第十开关器件S10、第十一开关器件S11和第十二开关器件S12中的任意一个。第二目标开关器件包括第二二极管D2和第八晶闸管G8；其中，第二二极管D2的阴极被配置为连接第二目标开关器件的第二端P8，第二二极管D2的阳极被配置为连接第八晶闸管G8的阴极，第八晶闸管G8的阳极被配置为连接第二目标开关器件的第一端P7。

根据本发明的实施例，逆变器300被配置为响应于第一子信号、第二子信号或第四子信号，控制第七开关器件S7、第八开关器件S8、第九开关器件S9、第十开关器件S10、第十一开关器件S11和第十二开关器件S12关断；逆变器300被配置为响应于第三子信号，控制第七开关器件S7、第八开关器件S8、第九开关器件S9、第十开关器件S10、第十一开关器件S11和第十二开关器件S12导通，以接收耦合控制模块100提供的直流电流。

图5示出了根据本发明实施例的第一滤波器的示意图。

如图5所示，第一滤波器400包括第一电感L3、第二电感L4、第三电感L5、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；其中，第一电感L3的一端、第二电感L4的一端和第三电感L5的一端均被配置为连接第一配电网600，第一电感L3的另一端被配置为分别连接第一交流端A1和第一电容C1的一端，第二电感L4的另一端被配置为分别连接第二交流端A2和第二电容C2的一端，第三电感L5的另一端被配置为分别连接第三交流端A3和第三电容C3的一端，第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端和第三电容C3的另一端均被配置为连接第一公共点。

图6示出了根据本发明实施例的第二滤波器的示意图。

如图6所示，第二滤波器500包括第四电感L6、第五电感L7、第六电感L8、第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6；其中，第四电感L6的一端、第五电感L7的一端和第六电感L8的一端均被配置为连接第二配电网700，第四电感L6的另一端被配置为分别连接第四交流端A4和第四电容C4的一端，第五电感L7的另一端被配置为分别连接第五交流端A5和第五电容C5的一端，第六电感L8的另一端被配置为分别连接第六交流端A6和第六电容C6的一端，第四电容C4的另一端、第五电容C5的另一端和第六电容C6的另一端均被配置为连接第二公共点。

根据本发明的实施例，第一公共点和第二公共点被配置为通过电阻R相连接。

图7示出了根据本发明实施例的基于开关耦合的潮流转供装置的结构示意图。

如图7所示，耦合控制模块100响应于门极控制信号，在充电工作模态、续流工作模态和放电工作模态之间进行切换。其中，在充电工作模态时，第一配电网600的交流电经由第一滤波器400输入至整流器200中，整流器200的第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3、第四开关器件S4、第五开关器件S5和第六开关器件S6导通，整流器200将交流电转换为直流电并输入耦合控制模块100，此时，耦合控制模块100中的第一晶闸管G1、第二晶闸管G2、第六晶闸管G6导通；在续流工作模态时，电感续流，电流保持不变，此时，耦合控制模块100中的第三晶闸管G3、第六晶闸管G6导通；在放电工作模态时，直流电由耦合控制模块100输入至逆变器300，耦合控制模块100中的第三晶闸管G3、第四晶闸管G4、第五晶闸管G5导通，逆变器300的第七开关器件S7、第八开关器件S8、第九开关器件S9、第十开关器件S10、第十一开关器件S11和第十二开关器件S12导通，将直流电转换为交流电并经由第二滤波器500输入至第二配电网700。

根据本发明的实施例，门极控制信号的每个周期的信号包括第一子信号、第二子信号、第三子信号和第四子信号，其中，第一子信号对应充电工作模态，第三子信号对应放电工作模态，第二子信号、第四子信号对应续流工作模态。

图8A示意性示出了根据本发明实施例的基于开关耦合的潮流转供装置的充电工作模态的示意图。

如图8A所示，整流器200采用SVPWM（Space Vector Pulse-Width-Modulation，空间矢量调制）调制，此时响应第一子信号对应的充电工作模态，耦合控制模块100的第一晶闸管G1、第六晶闸管G6和第二晶闸管G2导通，并控制第三晶闸管G3、第四晶闸管G4和第五晶闸管G5截止。

图8B示意性示出了根据本发明实施例的基于开关耦合的潮流转供装置的续流工作模态的示意图。

如图8B所示，在SVPWM的零矢量时间时，此时响应第二子信号和第四子信号对应的续流工作模态，耦合控制模块100的第三晶闸管G3和第六晶闸管G6导通，第一晶闸管G1、第二晶闸管G2、第四晶闸管G4和第五晶闸管G5截止。

图8C示意性示出了根据本发明实施例的基于开关耦合的潮流转供装置的放电工作模态的示意图。

如图8C所示，逆变器300采用SVPWM调制，此时响应第三子信号对应的放电工作模态，耦合控制模块100的第三晶闸管G3、第四晶闸管G4和第五晶闸管G5导通，第一晶闸管G1、第六晶闸管G6和第二晶闸管G2截止。

图9示意性示出了根据本发明实施例的周期分配图。

如图9所示，在每个周期的时间分配上，整流器200和逆变器300的最大工作时间都是半个周期。整流器200和逆变器300不能在同一时间刻度下工作，所以在一个开关周期Ts内分配整流器200、逆变器300以及中间状态的所占时间比例，即充电工作模态T1、T2、放电工作模态T3、T4以及续流工作模态T01、T02的所占时间比例，时间合理化分配直接影响到整个潮流转供装置的效率以及稳定性。

其中，如表1所示，整流器200所占时间为T1、T2，此时第一晶闸管G1、第二晶闸管G2、第六晶闸管G6导通；逆变器300所占时间为T3、T4，此时第三晶闸管G3、第四晶闸管G4、第五晶闸管G5；导通中间状态为T01、T02，此时第三晶闸管G3、第六晶闸管G6导通。

图10示出了根据本发明实施例的SVPWM调制的流程示意图。

如图10所示，上述时间分配由SVPWM调制方法生成相应的门极控制信号，使耦合控制模块100在周期内切换相应的工作模态。

根据本发明的实施例，直流母线电流由整流器200来控制，直流电流i_dc经过一个截止频率为ω _c的低通滤波器，与占空比外环控制输出的直流电流参考值i_dc*相比较，产生的误差经比例积分（Proportional-Integral，PI）控制器后作为整流器200的调制因数m _ar和电流参考角度θ _r。如公式（1）、（2）所示：

；

；

公式（1）、（2）中的k _P和k _i分别是直流电流调节器的比例系数和积分系数，i _dcLPF是低通滤波后的直流电流。

占空比外环控制是测量所提SVPWM调制方法中零矢量时间占比d与给出的占空比参考值d _ref相比较得到Δi _d，产生的误差经PI控制器与占空比外环电流i _dcref相加后作为直流电流的参考值i _dc*给到直流电流控制内环。

SVPWM通过空间矢量合成所需要的调制波，其中合成矢量的作用时间的计算公式可以如公式（3）、（4）、（5）所示：

；

；

；

其中，T ₁、T ₂、T ₀₁分别代表充电工作模态、续流工作模态所作用的时间，m _ar是整流器200的调制比，定义为整流侧交流电流基频分量的峰值与直流电流之比，θ是偏移角度，T _s是设定的开关周期。

根据本发明的实施例，最后将m _ar、θr引入本实施例的SVPWM调制方法进行空间矢量调制，来生成相应的门级控制信号，从而控制整流器200的开关器件的动作，完成三种工作模态的切换。

根据本发明的实施例，逆变器300对并网电流进行控制，将三相电网电流i _sia、i _sib、i _sic由abc坐标系变换到αβ坐标系，得到i _siα和i _siβ，并与参考电流和比较，经过比例谐振（Proportion Resonant, PR）控制器得到并网电流给定值i _siαref和i _siβref。如公式（6）、（7）所示：

；

；

公式（6）、（7）中k _p和k _r分别是交流电流调节器的比例系数和谐振系数，ω ₀ 是电流基波角频率，ω _r 是带宽。将i _siαref和i _siβref除以直流电流i _dc，并经过坐标变换得到调制因数m _ai和电流参考角度θ _i。SVPWM通过空间矢量合成所需要的调制波，其中合成矢量的作用时间的计算公式可以如公式（8）、（9）、（10）所示为：

；

；

；

其中，T ₃、T ₄、T ₀₂分别代表放电工作模态、续流工作模态所作用的时间，m _ai是逆变器300的调制比，定义为逆变侧交流电流基频分量的峰值与直流电流之比，θ是偏移角度，T _s是设定的开关周期。

根据本发明的实施例，最后，将m _ai和θ _i引入本实施例的SVPWM调制方法进行空间矢量调制，来生成相应的门极控制信号，从而控制逆变器300的开关器件的动作，完成三种工作模态的切换。

图11示出了根据本发明实施例的SVPWM调制的直流电流仿真结果图。

如图11所示，基于本发明方法仿真后的结果中直流电流在一定时间达到稳定，其中，直流纹波为2A。

图12A示出了根据本发明实施例的第一配电网电流仿真结果图。

图12B示出了根据本发明实施例的第一配电网谐波含量仿真结果图。

如图12A和图12B所示，基于本发明方法仿真后的结果中第一配电网的电流趋于稳定，且谐波含量始终维持在合理范围内。

图13A示出了根据本发明实施例的第二配电网电流仿真结果图。

图13B示出了根据本发明实施例的第二配电网谐波含量仿真结果图。

如图13A和图13B所示，基于本发明方法仿真后的结果中第二配电网的电流趋于稳定，且谐波含量始终维持在合理范围内。

根据本发明的实施例，耦合控制模块100响应门极控制信号，使耦合控制模块100可以在充电工作模态、续流工作模态和放电工作模态之间进行切换，通过该耦合控制模块100可以在无需隔离变压器的情况下，实现配电网间的柔性潮流转供，阻断共模回路，消除共模电压，并降低设备成本。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于开关耦合的潮流转供装置，其特征在于，包括：

整流器、逆变器和耦合控制模块；

其中，所述整流器的第一交流端、第二交流端和第三交流端均被配置为通过第一滤波器连接第一配电网，所述整流器的第一直流端和第二直流端分别被配置为连接所述耦合控制模块的第一端和第二端；

所述逆变器的第四交流端、第五交流端和第六交流端均被配置为通过第二滤波器连接第二配电网，所述逆变器的第三直流端和第四直流端分别被配置为连接所述耦合控制模块的第三端和第四端；以及

所述耦合控制模块被配置为响应于门极控制信号，在充电工作模态、续流工作模态和放电工作模态之间进行切换。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述门极控制信号为周期信号，所述门极控制信号的每个周期的信号包括第一子信号、第二子信号、第三子信号和第四子信号。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述耦合控制模块包括第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第五晶闸管、第六晶闸管、第一续流电感和第二续流电感；

其中，所述第一晶闸管的阳极被配置为连接所述第一端，所述第一晶闸管的阴极被配置为分别连接所述第三晶闸管的阴极和所述第一续流电感的一端，所述第二晶闸管的阳极被配置为分别连接所述第三晶闸管的阳极和所述第二续流电感的一端，所述第二晶闸管的阴极被配置为连接所述第二端，所述第四晶闸管的阳极被配置为分别连接所述第一续流电感的另一端和所述第六晶闸管的阳极，所述第四晶闸管的阴极被配置为连接所述第三端，所述第五晶闸管的阳极被配置为连接所述第四端，所述第五晶闸管的阴极被配置为分别连接所述第二续流电感的另一端和所述第六晶闸管的阴极。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述耦合控制模块被配置为响应于所述第一子信号，控制所述第一晶闸管、所述第六晶闸管和所述第二晶闸管导通，并控制所述第三晶闸管、所述第四晶闸管和所述第五晶闸管截止，以切换至所述充电工作模态；

所述耦合控制模块被配置为响应于所述第二子信号，控制所述第三晶闸管和所述第六晶闸管导通，并控制所述第一晶闸管、所述第二晶闸管、所述第四晶闸管和所述第五晶闸管截止，以切换至所述续流工作模态；

所述耦合控制模块被配置为响应于所述第三子信号，控制所述第三晶闸管、所述第四晶闸管和所述第五晶闸管导通，并控制所述第一晶闸管、所述第六晶闸管和所述第二晶闸管截止，以切换至所述放电工作模态；

所述耦合控制模块被配置为响应于所述第四子信号，控制所述第三晶闸管和所述第六晶闸管导通，并控制所述第一晶闸管、所述第二晶闸管、所述第四晶闸管和所述第五晶闸管截止，以切换至所述续流工作模态。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述整流器包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件；

其中，所述第一开关器件的第一端被配置为分别连接所述第一交流端和所述第四开关器件的第二端，所述第一开关器件的第二端被配置为分别连接所述第三开关器件的第二端、所述第五开关器件的第二端和所述第一直流端，所述第二开关器件的第一端被配置为分别连接所述第四开关器件的第一端、所述第六开关器件的第一端和所述第二直流端，所述第二开关器件的第二端被配置为分别连接所述第三交流端和所述第五开关器件的第一端，所述第三开关器件的第一端被配置为分别连接所述第二交流端和所述第六开关器件的第二端；

其中，对于所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件、所述第五开关器件和所述第六开关器件中的任意一个第一目标开关器件，所述第一目标开关器件包括第一二极管和第七晶闸管；

其中，所述第一二极管的阴极被配置为连接所述第一目标开关器件的第二端，所述第一二极管的阳极被配置为连接所述第七晶闸管的阴极，所述第七晶闸管的阳极被配置为连接所述第一目标开关器件的第一端。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述整流器被配置为响应于所述第一子信号，控制所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件、所述第五开关器件和所述第六开关器件导通，以向所述耦合控制模块提供直流电流；

所述整流器被配置为响应于所述第二子信号、所述第三子信号或所述第四子信号，控制所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件、所述第五开关器件和所述第六开关器件关断。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述逆变器包括第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件和第十二开关器件；

其中，所述第七开关器件的第一端被配置为分别连接所述第九开关器件的第一端、所述第十一开关器件的第一端和所述第三直流端，所述第七开关器件的第二端被配置为分别连接所述第四交流端和所述第十开关器件的第一端，所述第八开关器件的第一端被配置为分别连接所述第十一开关器件的第二端和所述第六交流端，所述第八开关器件的第二端被配置为分别连接所述第十开关器件的第二端、所述第十二开关器件的第二端和所述第四直流端，所述第九开关器件的第二端被配置为分别连接所述第五交流端和所述第十二开关器件的第一端；

其中，对于所述第七开关器件、所述第八开关器件、所述第九开关器件、所述第十开关器件、所述第十一开关器件和所述第十二开关器件中的任意一个第二目标开关器件，所述第二目标开关器件包括第二二极管和第八晶闸管；

其中，所述第二二极管的阴极被配置为连接所述第二目标开关器件的第二端，所述第二二极管的阳极被配置为连接所述第八晶闸管的阴极，所述第八晶闸管的阳极被配置为连接所述第二目标开关器件的第一端。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述逆变器被配置为响应于所述第一子信号、所述第二子信号或所述第四子信号，控制所述第七开关器件、所述第八开关器件、所述第九开关器件、所述第十开关器件、所述第十一开关器件和所述第十二开关器件关断；

所述逆变器被配置为响应于所述第三子信号，控制所述第七开关器件、所述第八开关器件、所述第九开关器件、所述第十开关器件、所述第十一开关器件和所述第十二开关器件导通，以接收所述耦合控制模块提供的直流电流。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一滤波器包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容和第三电容；

其中，所述第一电感的一端、所述第二电感的一端和所述第三电感的一端均被配置为连接所述第一配电网，所述第一电感的另一端被配置为分别连接所述第一交流端和所述第一电容的一端，所述第二电感的另一端被配置为分别连接所述第二交流端和所述第二电容的一端，所述第三电感的另一端被配置为分别连接所述第三交流端和所述第三电容的一端，所述第一电容的另一端、所述第二电容的另一端和所述第三电容的另一端均被配置为连接第一公共点；

其中，所述第二滤波器包括第四电感、第五电感、第六电感、第四电容、第五电容和第六电容；

其中，所述第四电感的一端、所述第五电感的一端和所述第六电感的一端均被配置为连接所述第二配电网，所述第四电感的另一端被配置为分别连接所述第四交流端和所述第四电容的一端，所述第五电感的另一端被配置为分别连接所述第五交流端和所述第五电容的一端，所述第六电感的另一端被配置为分别连接所述第六交流端和所述第六电容的一端，所述第四电容的另一端、所述第五电容的另一端和所述第六电容的另一端均被配置为连接第二公共点。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一公共点和所述第二公共点被配置为通过电阻相连接。