[发明专利]微电网与配电网间串联补偿变压器直流偏磁抑制方法

说明书

本发明属于交直流混合微电网与配电网技术领域，具体为微电网与配电网间串联补偿变压器直流偏磁抑制方法，解决了交直流微电网与配电网间，由于串联环节电压的快速输出导致的串联补偿变压器直流偏磁问题，该方法首先实时采集配电网电压幅值，然后判断是否发生电压跌落，是则记录α和电压跌落深度，然后计算得到补偿电压首半周期幅值及输出补偿电压，直到电压跌落消失。本发明实现了在电网单相电压跌落和三相电压跌落两种故障情形下串联补偿变压器直流偏磁的抑制，保证了串联环节的正常运行，有效保障了交流母线所挂负载的正常运行以及电力电子器件的安全，提高了交直流HMG对配电网电压跌落的故障穿越能力同时提高了交流母线的供电质量。

技术领域

本发明属于交直流混合微电网与配电网技术领域，具体为微电网与配电网间串联补偿变压器直流偏磁抑制方法。

背景技术

交直流混合微电网(hybrid micro-grid,HMG)通常有两种运行模式：并网模式和孤岛模式。当运行于并网模式时，交直流HMG与配电网直接相连，配电网为交直流HMG的交流母线提供电压支撑。当配电网侧出现电压跌落时，HMG的交流母线电压也会发生相应的变化，必然会影响到交流母线所挂负载的正常运行，并威胁到电力电子器件的安全。为提高交直流HMG对配电网电压跌落的故障穿越能力同时提高交流母线的供电质量，在交直流HMG的交流母线和配电网之间加入串联环节。

图1所示为含串联环节的交直流HMG的架构图。串联环节的直流侧接于交直流HMG直流母线上，因此直流母线可用来缓冲需求的能量；交流侧通过串联补偿变压器串联在HMG交流母线和配电网之间。主电压源型变流器(the master voltage source converter，VSC_M)将此HMG的交流子网和直流子网连接起来。HMG的交流子网的电压等级为380V，直流子网的电压等级为750V。

串联环节的具体拓扑结构如图2所示。引入串联环节是目前解决电网电压瞬时跌落的有效手段，它可以等效为一个串联在交直流HMG和配电网之间的受控电压源。在电网电压正常时，串联环节工作在待机状态，监测电网电压但逆变器不输出电压。当电网电压发生跌落时，串联环节立即切换到补偿状态，在几毫秒之内向系统输出补偿电压，使负载上的电压和相位保持恒定不变，因此能够有效的保护负载正常运行而不受到电网电压跌落的影响。

从图2中可以看出串联环节主要由直流母线、从电压源型变流器(the slavevoltage source converter，VSCs)、LC低通滤波器和串联补偿变压器(the seriescompensation transformer，SCT)组成。该拓扑中，由于串联环节对响应速度要求很高，电压的快速输出往往会导致串联补偿变压器直流偏磁，影响了串联补偿变压器铁芯的磁滞曲线，严重时引起串联补偿变压器磁饱和，导致励磁涌流过大而影响串联环节的正常运行。因此在配电网侧电压闪变时，如何有效实现串联补偿变压器的偏磁抑制已成为该系统的首要问题。

目前，国内外均着手于变压器的结构设计，即采用减小变压器铁芯的最大磁通密度、增大铁芯截面的方法，降低变压器铁芯的额定工作点、增大饱和裕度，以保证即使发生直流偏磁铁芯也会不过度饱和。这种方法简单直接，便于实现，但会造成铁芯截面过大，一方面使得有效材料消耗极大，另一方面是变压器运行时，铁损增加、经济性下降。加上制造成本高、体积及重量庞大、不便运输等一系列问题。

发明内容

本发明的目的在于解决交直流微电网与配电网间，由于串联环节电压的快速输出导致的串联补偿变压器直流偏磁问题，而现有技术着手于串联补偿变压器的结构设计，这种方法会造成铁芯截面过大，一方面使得有效材料消耗极大，另一方面是变压器运行时，铁损增加、经济性下降。故本发明提供了微电网与配电网间串联补偿变压器直流偏磁抑制方法，这种方法是通过控制串联环节输出电压首半周期幅值，进而实现对交直流HMG与配电网间串联补偿变压器直流偏磁进行抑制的。

本发明解决其技术问题的技术方案是：微电网与配电网间串联补偿变压器直流偏磁抑制方法，包括以下步骤：