基于MMC的交直流多端口柔性互联装置与控制方法

本发明涉及变电，具体是基于mmc的交直流多端口柔性互联装置、控制方法及配网系统。

背景技术：

1、随着分布式可再生能源的快速发展和智能电网等概念的提出，交直流混合电网成为未来电网形态的重要发展趋势之一。交直流多端口柔性互联装置作为连接交流电网和直流电网的关键设备，正逐渐成为混合配电网领域一个新的研究热点。

2、目前，对柔性互联装置的研究主要集中在优化配置、故障处理等方面，而对拓扑结构的研究较少。工程应用主要使用背靠背级联h桥变换器型(btb-chb型)和背靠背模块化多电平变换器型(btb-mmc型)两种拓扑结构。这两种拓扑结构目前技术都较为成熟，但均使用了大量的开关器件和无源元件，造成价格昂贵且占地面积较大；不同端口馈线之间功率传输时，电流经过大量的开关器件，从而降低设备运行效率；btb-chb型变换器只能提供两个交流端口，无法进一步扩展端口数量，也无法提供直流端口。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于mmc交直流多端口柔性互联装置、控制方法及配网系统；多端口互联装置不仅可以同时提供直流端口和多个交流端口，而且可以通过增加三相chb的数目方便的扩展交流端口的个数，从而可以降低变换器体积和成本。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、第一方面，基于mmc交直流多端口柔性互联装置，包括：

4、一个直流端口，n个交流端口，n≥2；四桥臂mmc，四桥臂mmc的交流端连接至任意交流端口上，四桥臂模块化多电平换流器的直流端连接在直流端口上；chb，跨接任意两个交流端口；交流端口上串联有三相谐振模块，三相谐振模块用于中频谐振。

5、进一步地，三相谐振模块采用星型连接，四桥臂mmc的第四个桥臂中点引线与多组三相谐振模块的中点相连。

6、进一步地，四桥臂mmc的子模块包括半桥型sm和/或全桥型sm。

7、进一步地，三相谐振模块为具有中频谐振功能的电容、电感或/和电阻元件，或具有相应功能的有源模块。

8、进一步地，四桥臂mmc一端与交流端口连接之间串联有chb。

9、进一步地，多个跨接的chb首尾相连，并可将多组三相谐振模块合并为单组三相谐振模块。

10、第二方面，一种多端口柔性互联装置的控制方法，包括第一方面的多端口柔性互联装置，还包括：

11、四桥臂mmc控制策略，其包括：交流端口潮流控制、sm电容电压均衡控制和混频调制策略；

12、四桥臂mmc基本控制策略主要负责保证sm直流电容电压平均值稳定在额定值，同时控制对应交流端口的功率因数。sm电容电压均衡控制策略则保证每个sm电容电压均稳定在额定值。调制策略则采用混频调制，即调制信号中同时含有工频调制分量和中频调制分量。四桥臂mmc的中频调制信号由开环给定。

13、chb的控制策略，其控制策略分为工频控制和中频控制两部分，工频控制采用恒功率控制策略，以控制对应交流端口电网的有功功率与无功功率；中频控制采用定直流电压控制策略，以保证chb直流电容电压恒定；采用混频调制策略，混频调制策略的基波调制信号由工频控制产生，中频信号由中频控制产生。

14、进一步地，谐振模块的谐振频率设置为中频控制的中频信号频率。

15、进一步地，中频控制的中频信号为三相零序调制信号，其信号形式可以是正弦信号或方波信号等。

16、第三方面，一种配电网系统，包括变换器，所述变换器包括第一方面的多端口柔性互联装置。

17、本发明的有益效果：

18、1、本发明提出的基于mmc的交直流多端口柔性互联装置，能够同时提供直流端口和多个交流端口，交流端口数量扩展方便。

19、2、本发明提出的基于mmc的交直流多端口柔性互联装置，与现有方案相比，所需的开关器件和无源元件数量较少，因此，具有成本较低、体积较小、功率密度较高等优点。

技术特征：

1.基于mmc交直流多端口柔性互联装置，包括：

2.根据权利要求1所述的交直流多端口互联装置，其特征在于，三相谐振模块采用星型连接，四桥臂mmc的第四个桥臂中点引线与多组三相谐振模块的中点相连。

3.根据权利要求1所述的交直流多端口互联装置，其特征在于，四桥臂mmc的子模块包括半桥型sm和/或全桥型sm。

4.根据权利要求1所述的多端口柔性互联装置，其特征在于，三相谐振模块为具有中频谐振功能的电容、电感或/和电阻元件，或具有中频谐振功能的有源模块。

5.根据权利要求1所述的多端口柔性互联装置，其特征在于，四桥臂mmc一端与交流端口连接之间串联有chb。

6.根据权利要求1所述的多端口柔性互联装置，其特征在于，多个跨接的chb首尾相连，并可将多组三相谐振模块合并为单组三相谐振模块。

7.一种多端口柔性互联装置的控制方法，其特征在于，包括权利要求1-6任一的多端口柔性互联装置，还包括：

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，谐振模块的谐振频率设置为中频控制的中频信号频率。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，中频控制的中频信号为三相零序调制信号，其调制信号波形为正弦信号或方波信号。

10.一种配电网系统，其特征在于，包括换流器，所述变换器包括权利要求1-6任一的多端口柔性互联装置。

技术总结
本发明涉及变电技术领域。本发明公开基于MMC交直流多端口柔性互联装置、控制方法及配网系统；提供一个中压直流端口和多个交流端口；由三部分组成，包括一个四桥臂模块化多电平换流器(MMC)、多个跨接在不同交流端口之间的级联H桥(CHB)和多组谐振模块。MMC的第四桥臂中点引线与多组三相谐振LC的中点相连。通过跨接在不同交流端口之间的CHB实现不同交流馈线的潮流控制。本发明变换器可用于配电网中的多个交流和直流馈线系统的柔性互联，并大幅降低变换器的成本及体积。

技术研发人员：陈武,赵海熙,何晓坤
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13