[发明专利]一种故障工况下不间断运行的固态变压器及其调制方法

说明书

本发明公开了一种故障工况下不间断运行的固态变压器拓扑及其调制方法，该拓扑包括：相互级联的MMC的子模块单元SM以及隔离型直流变化器单元IBDC；中压直流、中压交流、低压直流及低压交流端口；MMC的子模块单元SM包括：半桥子模块及全桥子模块；半桥子模块与全桥子模块的数量比为1:1；半桥子模块与与其对应的全桥子模块的调制波的相位相反。该方法包括：采用相位相反的调制波对半桥子模块及与其对应的全桥子模块进行调制。通过本发明，可以实现中压直流双极短路故障下固态变压器低压侧的不间断运行，在故障期间保证中压交流和低压直流正常的能量交互，提升了交直流混合配电网的供电可靠性，且能够保持提供较好的并网谐波特性。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种故障工况下不间断运行的固态变压器及其调制方法。

背景技术

可再生能源往往以分布式电源的形式接入配电网，转化为电能供给终端用户。然而，传统配电网的运行模式基本是以供方主导、单向辐射状供电为主，其配电一次控制设备(有载调压器、联络开关等)调控能力欠缺，难以满足可再生能源和负荷频繁波动时配电网的高精度实时运行优化需求。随着分布式电源接入量的不断增加，更有电动汽车的快速普及，储能和可控负荷的持续增多，现有配电网架构已很难满足新能源消纳、灵活调控及用户对环境保护、供电可靠性、电能质量和优质服务的要求。

因此，随着电力电子技术的发展，未来配电系统将通过固态变压器形成网状的多电压等级交直流混合配电架构。配电网络的复杂化也对固态变压器的直流故障处理能力提出了严峻的挑战。挑战主要来自两个方面。第一个挑战来自于配电网的继电保护技术。目前，交流电网的继电保护技术相对成熟，保护难度低；但中高压直流配电网的继电保护技术尚未成熟，保护难度较高，目前采用具有直流故障阻断能力的换流器拓扑是较为有效的直流故障处理方案。第二个挑战来自于配电网的供电可靠性。交直流混合配电网中，多个不同电压等级的交直流网络通过固态变压器的多个端口直接耦合，使得各端口间能量平衡关系更为复杂。当中压直流端口因双极短路故障而切除时，传统调制方法下的混合型模块化固态变压器将因内部能量失衡而退出运行，影响低压直流端口等正常运行，严重影响交直流混合配电网的供电可靠性。

经检索，周剑桥等在第二届Power Electronics and Application Conferenceand Exposition(PEAC)国际会议上发表的“Family of MMC-based SST topologies forHybrid ACDC Distribution Grid Applications”(2018)论文中，提出了一种基于模块化多电平换流器(MMC)和双有源桥(DAB)的模块化固态变压器拓扑结构，实现多种交直流配电网的互联。但是该拓扑未考虑中压直流故障应对能力，无法实现装置低压直流端口在中压直流双极短路故障下的不间断运行，进而影响配电网的供电可靠性。

另外，申请号为：201910746562.3，名称为：一种具备交直流故障不间断运行能力的固态变压器及控制方法的中国专利，提出了一种固态变压器拓扑在中压直流故障时的不间断运行控制方法。但专利中使用附加占空比控制对MMC子模块电容电压进行控制，在故障发生后的暂态过程中电容电压出现较大偏差，影响固态变压器的正常运行。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种故障工况下不间断运行的固态变压器及其调制方法，可以实现中压直流双极短路故障下固态变压器低压侧的不间断运行，在故障期间保证中压交流和低压直流正常的能量交互，提升了交直流混合配电网的供电可靠性，且能够保持提供较好的并网谐波特性。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

根据本发明的第一方面，提供一种故障工况下不间断运行的固态变压器，其包括：相互级联的MMC的子模块单元SM以及隔离型直流变化器单元IBDC；

还包括：中压直流端口、中压交流端口、低压直流端口以及低压交流端口；