[发明专利]具备真双极低压直流端口的固态变压器装置的控制方法

说明书

本发明提供了一种具备真双极低压直流端口的固态变压器装置及其控制方法，包括多个隔离型DC‑DC变换器，所述多个隔离型DC‑DC变换器通过串入并出的方式连接，所述多个隔离型DC‑DC变换器的输出级并联实现直流增流构成真双极低压直流端口，用于和真双极型直流微网互联；基于上述固态变压器结构，通过直流偏置电流控制，实现不对称负载条件下低压直流正负极的电压平衡，以及各隔离型DC‑DC变换器的直流偏置电流均分；通过多绕组高频变压器二次侧绕组反向绕线方式的设计，直流偏置电流在高频变压器形成的磁场直流分量相互抵消，解决了不对称负载引起的高频变压器直流偏磁问题。

技术领域

本发明涉及电力系统中智能配电网技术、电力电子技术、控制技术等领域，具体地，涉及一种具备真双极低压直流端口的固态变压器装置及其控制方法。

背景技术

分布式电源和储能的大量接入，直流负荷的快速发展，使得直流微网技术具有广泛的应用前景。相比于交流微网，直流微网可更好的兼容分布式电源，储能及直流负荷(电动汽车，数据中心，通信电站等等)，节省设备接入所需的逆变器成本，提高电能传输效率，降低线路及变换器总损耗，避免无功、频率、相位同步等问题，简化微网控制，并提高微网运行可靠性。

直流微网的网架结构从极性分类，包括单极结构，伪双极结构，真双极结构三种。单极结构将提供单极性的低压直流母线，结构最为简单，可靠性较差，当直流母线出现故障时，所有负荷将面临失电的风险，该结构可适用于区域负荷具有统一直流电压等级的场景；伪双极结构将提供正负极性的低压直流母线，但无法实现正负两极带不对称负荷运行；真双极结构将提供正负极性的低压直流母线与中性线，该结构一方面可为负荷提供两种电压等级的直流端口(正/负极对中性线电压，正负极间电压)，另一方面双极可独立运行，可为不对称负荷供电，且在单极故障时，不将影响另一极的用户。真双极结构具有最广泛的适用性，其结合双母线供电结构，可保证直流微网的高供电可靠性与直流负荷接入的灵活性。

直流微网将和上级交流/直流配电网通过电力电子变换器实现互联，采用真双极结构时，要求该变换器提供真双极低压直流端口，经检索，Xunwei Yu等在IEEETRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS上发表的“System Integration and HierarchicalPowerManagement Strategy for a Solid-State TransformerInterfaced MicrogridSystem”(2014)论文中，提出了一种固态变压器拓扑，可实现中压交流配电网和低压直流微网的互联，但该固态变压器仅能提供单极或者伪双极低压直流端口，若要实现真双极型直流微网，需要两套相同的固态变压器装置，装置总成本较高。

因此，亟需一种具备真双极低压直流端口的固态变压器装置，以实现真双极型直流微网和上级配电网的灵活互联，实现双极带不对称负荷运行，为直流负荷提供两种可选电压等级，并节省装置建设总成本。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具备真双极低压直流端口的固态变压器装置及其控制方法，通过多个隔离型DC-DC变换器的互联提供真双极低压直流端口并配合直流偏置电流的控制，实现不对称负载条件下低压直流正负极的电压平衡以及各隔离型DC-DC变换器的直流偏置电流均分。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供一种具备真双极低压直流端口的固态变压器装置，包括多个隔离型DC-DC变换器，所述多个隔离型DC-DC变换器通过串入并出的方式连接，其中，所述多个隔离型DC-DC变换器的输入级串联实现直流升压并构成中压直流端口，用于和中压直流配电网互联；所述多个隔离型DC-DC变换器的输入级串联并连接一级 AC-DC整流器构成中压交流端口，用于和中压交流配电网互联；所述多个隔离型DC-DC 变换器的输出级并联实现直流增流构成真双极低压直流端口，用于和真双极型直流微网互联。