电网接口转换系统及其控制方法与流程

本发明涉及直流电网，尤其涉及一种单极至真双极直流电网接口转换系统及控制方法。

背景技术：

1、近年来，大量的化石能源被过度地开采和消耗，能源短缺、气候变暖和大气污染等一系列问题随之而来。为了降低对化石能源的依赖，可再生能源的相关技术得到了快速发展。然而，传统的交流电网难以适应大规模的可再生能源并网，需要建立更加可靠的电网架构和相应的电气设备来满足以新能源为主体的电力系统，而直流电网技术是解决上述问题的有效技术之一。

2、直流电网存在着单极接线结构和双极接线结构，单极接线结构是两线制结构，分为正极直流线路和负极直流线路，结构简单且易于控制，但只能提供单一的直流电压等级；而双极接线结构是三线制结构，分为正极直流线路、负极直流线路和中性线路，可以提供两种电压等级。与单极接线结构相比，双极接线结构无论是在高压直流输电系统还是低压直流配用电系统均可提供更高的供电可靠性。

3、考虑经济性和实用性，目前的双极接线结构采用单极至双极转换装置，只需嵌入到现有的单极系统中实现真双极的结构，常见的单极至双极转换装置为电压平衡器，利用电压平衡器可以实现两极之间的能量的转移，进而实现双极的平衡。

4、目前常规的单极至真双极直流系统接口转换器一般采用全控型器件，受到功率器件耐压及器件串联技术的限制，无法承受较大的电压应力，只适用于低压配用电系统。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种电网接口转换系统，其通过采用晶闸管作为控制器件，进而实现单极至真双极直流系统接口转换。

2、本发明的目的之一采用以下技术方案实现：

3、一种电网接口转换系统，包括与直流电网相连的单极直流电网侧、与真双极电网相连的真双极直流电网侧，所述单极直流电网侧及真双极直流电网侧之间设置基于晶闸管的电压平衡器，所述电压平衡器通过与单极直流电网侧的正负极相连的晶闸管开关对实现双极平衡，所述晶闸管开关对包括晶闸管及并联二极管，所述电压平衡器还包括用于电路平衡的能量转移支路、用于支撑真双极电压的支撑电容。

4、进一步地，所述单极直流电网侧包括与直流电网相连的正负极，所述真双极直流电网侧包括正极、中性线和负极。

5、进一步地，所述能量转移支路位于晶闸管开关对中间及双极直流电网侧的中性线上，所述能量转移支路包括谐振支路和平衡支路，所述谐振支路用于产生二倍频的谐振电流及控制晶闸管的关断，其包括一个谐振电容和一个谐振电感，所述平衡支路用于为直流分量提供路径并转移正负极间不平衡能量，其包括一个谐振电感和一个平衡电感。

6、进一步地，所述晶闸管及所述并联二极管串联。

7、进一步地，所述支撑电容包括正负极直流电容，用于支撑真双极电压。

8、本发明的目的之二在于提供一种电网接口转换系统的控制方法，其通过对晶闸管开关组采用互补投切控制，进而实现正负两极电压的自平衡。

9、本发明的目的之二采用以下技术方案实现：

10、一种电网接口转换系统的控制方法，所述电网接口转换系统为上述的电网接口转换系统，所述转换系统的晶闸管开关对包括第一晶闸管开关与第二晶闸管开关，所述系统运行时，第一晶闸管开关与第二晶闸管开关轮换触发导通，包括以下步骤：

11、所述第一晶闸管开关的第一晶闸管触发导通，进入工作模态一；

12、当所述第一晶闸管零电流关断时，所述第一晶闸管开关的反向并联第一二极管导通，进入工作模态二；

13、当所述第一二极管零电流关断时，所述第二晶闸管开关的第二晶闸管触发导通，进入工作模态三；

14、当所述第二晶闸管零电流关断时，所述第二晶闸管开关的反向并联第二二极管导通，进入工作模态四。

15、进一步地，所述第一晶闸管开关的第一晶闸管触发导通，进入工作模态一，包括：所述第一晶闸管、能量转移支路及正极直流电容形成电流回路，能量转移支路的电流先增大后逐渐衰减至零，当所述能量转移支路的电流衰减至零时，第一晶闸管零电流关断。

16、进一步地，当所述第一晶闸管零电流关断时，所述第一晶闸管开关的反向并联第一二极管导通，进入工作模态二，包括：所述第一二极管、能量转移支路和正极直流电容形成电流回路，能量转移支路的电流先负向增大后逐渐衰减至零，当所述能量转移支路的电流衰减至零时，第一二极管零电流关断。

17、进一步地，当所述第一二极管零电流关断时，所述第二晶闸管开关的第二晶闸管触发导通，进入工作模态三，包括：第二晶闸管、能量转移支路和负极直流电容形成电流回路，能量转移支路的电流先负向增大后逐渐衰减至零，当所述能量转移支路的电流衰减至零时，第二晶闸管零电流关断。

18、进一步地，当所述第二晶闸管零电流关断时，所述第二晶闸管开关的反向并联第二二极管导通，进入工作模态四，包括：第二二极管、能量转移支路和负极直流电容形成电流回路，能量转移支路的电流先增大后逐渐衰减至零，当所述能量转移支路的电流衰减至零时，第二二极管零电流关断。

19、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

20、本发明提出一种基于晶闸管的电网接口转换系统及控制方法，采用晶闸管这一半控型器件代替全控型器件，成本低、损耗小；而半控型器件易于串联均压，可以灵活调整器件的数量来适应不同的电压等级；控制方法采用固定的开关互补控制，可实现双极之间不平衡能量转移，具有自平衡的能力，在整个过程中，所有的开关管都有软开关的特性，平衡效率高，可实现中高压大容量的应用。

技术特征：

1.一种电网接口转换系统，包括与直流电网相连的单极直流电网侧、与真双极电网相连的真双极直流电网侧，其特征在于，所述单极直流电网侧及真双极直流电网侧之间设置基于晶闸管的电压平衡器，所述电压平衡器通过与单极直流电网侧的正负极相连的晶闸管开关对实现双极平衡，所述晶闸管开关对包括晶闸管及并联二极管，所述电压平衡器还包括用于电路平衡的能量转移支路、用于支撑真双极电压的支撑电容。

2.如权利要求1所述的电网接口转换系统，其特征在于，所述单极直流电网侧包括与直流电网相连的正负极，所述真双极直流电网侧包括正极、中性线和负极。

3.如权利要求2所述的电网接口转换系统，其特征在于，所述能量转移支路位于晶闸管开关对中间及双极直流电网侧的中性线上，所述能量转移支路包括谐振支路和平衡支路，所述谐振支路用于产生二倍频的谐振电流及控制晶闸管的关断，其包括一个谐振电容和一个谐振电感，所述平衡支路用于为直流分量提供路径并转移正负极间不平衡能量，其包括一个谐振电感和一个平衡电感。

4.如权利要求1所述的电网接口转换系统，其特征在于，所述晶闸管及所述并联二极管串联。

5.如权利要求2所述的电网接口转换系统，其特征在于，所述支撑电容包括正负极直流电容，用于支撑真双极电压。

6.一种电网接口转换系统的控制方法，所述电网接口转换系统为权利要求1-5任意性所述的电网接口转换系统，所述转换系统的晶闸管开关对包括第一晶闸管开关与第二晶闸管开关，其特征在于，所述系统运行时，第一晶闸管开关与第二晶闸管开关轮换触发导通，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的电网接口转换系统的控制方法，其特征在于，所述第一晶闸管开关的第一晶闸管触发导通，进入工作模态一，包括：所述第一晶闸管、能量转移支路及正极直流电容形成电流回路，能量转移支路的电流先增大后逐渐衰减至零，当所述能量转移支路的电流衰减至零时，第一晶闸管零电流关断。

8.如权利要求6所述的电网接口转换系统的控制方法，其特征在于，当所述第一晶闸管零电流关断时，所述第一晶闸管开关的反向并联第一二极管导通，进入工作模态二，包括：所述第一二极管、能量转移支路和正极直流电容形成电流回路，能量转移支路的电流先负向增大后逐渐衰减至零，当所述能量转移支路的电流衰减至零时，第一二极管零电流关断。

9.如权利要求6所述的电网接口转换系统的控制方法，其特征在于，当所述第一二极管零电流关断时，所述第二晶闸管开关的第二晶闸管触发导通，进入工作模态三，包括：第二晶闸管、能量转移支路和负极直流电容形成电流回路，能量转移支路的电流先负向增大后逐渐衰减至零，当所述能量转移支路的电流衰减至零时，第二晶闸管零电流关断。

10.如权利要求6所述的电网接口转换系统的控制方法，其特征在于，当所述第二晶闸管零电流关断时，所述第二晶闸管开关的反向并联第二二极管导通，进入工作模态四，包括：第二二极管、能量转移支路和负极直流电容形成电流回路，能量转移支路的电流先增大后逐渐衰减至零，当所述能量转移支路的电流衰减至零时，第二二极管零电流关断。

技术总结
本发明公开了一种电网接口转换系统，涉及直流电网技术领域，用于解决现有接口转换器采用全控型器件，无法承受较大的电压应力。电网接口转换系统包括：单极直流电网侧及真双极直流电网侧之间设置基于晶闸管的电压平衡器，所述电压平衡器通过与单极直流电网侧的正负极相连的晶闸管开关对实现双极平衡，所述晶闸管开关对包括晶闸管及并联二极管，所述电压平衡器还包括用于电路平衡的能量转移支路、用于支撑真双极电压的支撑电容。本发明还公开了一种电网接口转换系统的控制方法，利用伏秒平衡原理来实现正负两极电压的自平衡。本发明通过采用晶闸管作为控制器件，实现了转换器在中高压大容量下的应用。

技术研发人员：陆翌,陈骞,裘鹏,倪晓军,丁超,郑眉,谢浩铠,干方宇
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29