一种自耦式混合串联调节型柔性互联装置及控制方法

本发明涉及配网柔性互联、电力电子，具体地，涉及一种自耦式混合串联调节型柔性互联装置及控制方法。

背景技术：

1、在智能电网相关工程的持续发展中，电力网络的“源、网、储、荷”系统正经历着一系列的迭代更新。分布式电源和电动汽车等新兴负荷的随机性和波动性，对配电网络的调度、运行和控制提出了前所未有的挑战。同时，电动汽车、智能路灯等新型负荷的增加，为电网带来了大量的非序负荷需求，这些需求在时间和空间上的不确定性，不仅增加了电网的负荷，也提升了控制的复杂度。配电网络的信息流和能量流正在由单一通道的单向传输转变为多通道的双向互动，这使得控制系统日益复杂。电网的转型，从单一的售电商向综合能源服务商的转变，要求电网进行有选择性和有计划性的快速灵活的潮流调控与管理。而柔性互联方案采用电力电子装置取代传统的配电网联络开关，将不同的配电网络通过柔性互联装置耦合形成受控的网络结构，实现了区域配电网之间的灵活实时互动，从而提升配电网层面的运行及调控的灵活性和快速性，以满足大规模新型源荷储的高密度接入配电网应用需求。

2、目前针对配电网的多种柔性互联装置方案，主要集中在基于全电力电子的方案。这类装置以柔性交流配电系统技术和柔性多状态开关技术为核心，能够连续且迅速地调节电力潮流，具备强大的功能和卓越的性能特性。然而，中高压层面的电力电子装置和拓扑结构受到功率器件限制、绝缘等因素，也带来了诸如高成本、低效率、低功率密度等缺陷，同时存在着前期的高额投资和后期的繁琐维护等，限制了其在配电网中的广泛应用。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自耦式混合串联调节型柔性互联装置及控制方法。

2、根据本发明的一个方面，提供一种自耦式电磁混合串联调节型柔性互联装置，包括多绕组自耦式变压器和电力电子换流器；

3、所述多绕组自耦式变压器用于为所述电力电子换流器的能量稳定提供通道，其包括一个主绕组和多个辅助绕组，所述主绕组用于与潮流平衡馈线直接连接；所述辅助绕组与所述电力电子换流器连接；

4、所述电力电子换流器用于调节实现潮流连续控制，其包括一个或多个串联型电力电子的级联单元，用于与潮流控制馈线直接连接。

5、优选地，所述级联单元包括多个级联的交交变换的子模块；所述子模块级联成的部分为级联单元，所述级联单元的一侧与潮流控制馈线相连，另一侧直接与潮流平衡馈线相连，等效于将级联单元串在两馈线之间；级联单元输出的电压称为串联电压。

6、优选地，所述主绕组和辅助绕组为三相或者单相组合；所述辅助绕组的数量由装置所连馈线数量和电力电子换流器的级联单元中的子模块数量共同决定。

7、优选地，所述级联单元的数量由所连的馈线数决定。

8、优选地，所述子模块包括两个交流端口，一个为用于维持内部能量稳定的平衡端口，另一个为用于输出串联电压连续调节线路潮流的调节端口；所述平衡端口与所述多绕组自耦式变压器的一个辅助绕组相连，所述调节端口与同一个级联单元的其余子模块级联。

9、优选地，所述多绕组自耦式变压器的主绕组额定电压为系统额定电压，辅助绕组额定电压为子模块平衡端口额定电压。

10、优选地，所述子模块采用不同形式的交交变换的换流器，包括：全桥形式，晶闸管型分级电压调节器，或多种拓扑结构的混合中任一种。

11、优选地，所述子模块采用全桥形式的子模块时，所述串联电压实现幅值和相位的调节；采用晶闸管型分级电压调节器时，所述串联电压仅可调节幅值，不能调节相位。

12、优选地，在潮流平衡馈线需要无功补偿时，通过所述变压器接入无功补偿装置，实现所有馈线的潮流解耦控制。

13、根据本发明的第二个方面，提供一种自耦式电磁混合串联调节型柔性互联装置的控制方法，包括线路潮流控制环、内部能量平衡控制环；

14、所述线路潮流控制环，控制目标为：潮流控制馈线的有功功率达到参考值和无功功率达到参考值

15、所述内部能量平衡控制环，控制目标为：维持电力电子换流器内部的电容电压总体稳定在参考值其输出为公共直流母线平衡参考电压用于控制平衡端口的电流，进而控制流入电容的电流，实现电力电子换流器内部电容电压的稳定。

16、优选地，柔性互联装置互联多条馈线时，其中所述多绕组自耦式变压器的主绕组侧所连馈线的有功功率大小由系统有功功率平衡的需求决定，该所述多绕组自耦式变压器的主绕组侧相连的馈线称为潮流平衡馈线，其他馈线的有功功率和无功功率均需控制，称为潮流控制馈线；

17、锁相环锁定所述潮流平衡馈线的节点三相电压，锁相环输出的相角为abc坐标系到dq坐标系的帕克转换矩阵提供角度。

18、优选地，所述线路潮流控制环，实现过程包括：

19、设定线路潮流控制环输出为为与潮流控制馈线相连的潮流调节单相换流器交流输出端口的输出电压的交流成分的参考值；下标j表示第j条潮流控制馈线；

20、线路潮流控制环根据潮流控制馈线的有功功率参考值和无功功率参考值计算潮流控制馈线电流的d轴分量参考值和q轴分量参考值

21、线路潮流控制环在dq坐标系下进行，利用比例积分控制器进行控制。

22、优选地，所述线路潮流控制环根据潮流控制馈线的有功功率参考值和无功功率参考值计算潮流控制馈线电流的d轴分量参考值和q轴分量参考值具体计算方法为：

23、

24、所述线路潮流控制环在dq坐标系下进行，利用比例积分控制器进行控制，具体为：

25、

26、和乘以帕克逆转换矩阵，得到abc坐标系下的线路潮流控制环输出参考电压即其中，v表示馈线的节点电压，vt表示变压器主绕组侧节点电压，i表示馈线的电流，ω表示馈线的交流频率，l表示馈线的等效电感感值，v,i,l,r的下标j表示为第j条潮流控制馈线的参数，下标d表示为d轴分量，下标q表示为q轴分量，上标*表示为参考值；kp为比例积分控制器比例环节增益系数，ki为比例积分控制器积分环节增益系数；vjd,vjq为前馈项，作用是增强控制环抗干扰能力，加快控制环响应速度，ijqωlj,ijdωlj为解耦项，作用是实现d轴和q轴的解耦控制。

27、优选地，所述内部能量平衡控制环的控制在abc坐标系下进行，利用比例积分控制器和准比例谐振控制器对abc三相的公共直流母线电压进行控制，具体为：

28、

29、

30、其中，vdca,vdcb,vdcc为三相公共直流母线电压，为三相差模电流，下标k为第k条馈线，下标l为与第k个级联单元里的第l个子模块；kp2为比例积分控制器比例环节增益系数，ki2为比例积分控制器积分环节增益系数；gqpr(s)为准pr控制器的传递函数，ω为谐振频率，ωc为影响系统带宽的截至频率，kp3为准比例谐振控制器比例环节增益系数，kr为准比例谐振控制器谐振环节增益系数。

31、根据本发明的第三个方面，提供一种控制终端，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的自耦式电磁混合串联调节型柔性互联装置的控制方法。

32、与现有技术相比，本发明实施例至少具有如下的一项有益效果：

33、现有的电磁混合型的拓扑，并未采用电力电子换流器调节，变压器提供能量通道的形式，多是变压器和电力电子模块共同参与调节。并且现阶段电磁混合型拓扑刚刚起步，研究主要集中于配电网电能质量调节，并未发现用于柔性互联的电磁混合型拓扑。本发明实施例提出的自耦式混合串联调节型柔性互联装置和控制方法，采用变压器和电力电子拓扑混合的方式，结合了电力电子拓扑和传统变压器的优点，电力电子换流器负责调节，变压器提供能量通道的形式，可实现多条互联馈线的潮流连续控制。具有操作简单，互联端口易拓展、成本低、体积小、可靠性高以及潮流连续调节的特点。

34、本发明实施例提出的自耦式混合串联调节型柔性互联装置，由多绕组自耦式变压器和电力电子换流器共同组成，该设计中，变压器仅为换流器提供所需的内部平衡能量，并未参与潮流的控制，潮流控制由电力电子换流器实现，因此可实现潮流的连续调节。本装置不存在传统电磁式拓扑的机械式开关，结合变压器低成本，高可靠性和电力电子设备连续、灵活可控的优势，不仅有效减少了所需空间，同时也降低了安装和运行的成本。