[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控方法

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及其调控方法，包括：互联的MMC子模块及IBDC；IBDC调制单元包括：比例放大器、比例积分控制器及方波调制器；比例放大器输入为所有子模块的电容电压的平均值与任一子模块的电容电压的差值，输出附加参考信号；比例积分控制器输入为低压直流侧的电压参考值与电压实际值作差后与附加参考信号相加；输出为IBDC输入电流参考值；方波调制器的输入为直流侧输入电流中的基频电流及二倍频电流分量与IBDC的输入电流参考值相加后经电流与移相角函数式得到的参考移相角，输出方波调制信号。本发明可实现故障暂态过程中子模块电容电压的平稳过渡和全工况下子模块电容电压波动抑制。

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控方法。

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，且在配网的规划设计阶段和运行管理中，均未考虑分布式电源的接入。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。固态变压器位于多类型配电网络的中心节点处，将取代传统的配电变压器，需要满足多端口、高变比、多电压形态、故障隔离、高效电能传输等基本需求，并实现多向功率可控、提供多种即插即用接口等高级功能。

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。申请号为：CN201910322108.5，名称为：抑制模块化固态变压器中电容电压波动的控制方法的中国专利，提出一种基于波动功率传递的模块化固态变压器电容优化方法，可将子模块电容容值减小至常规方法的15％，整体功率密度提高104％，具有较高的经济价值和应用价值。但该拓扑及方法仅针对稳态工况进行了设计，在中压直流故障发生时，MMC中子模块电容电压会大量超调，严重时会使得换流器闭锁，影响供电可靠性。

另外，申请号为：CN201910746562.3，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，提出了该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控方法，在保持基于波动功率传递的电容电压优化控制下，实现故障暂态过程中子模块电容电压的平稳过渡，不因子模块电容电压过高引起功率器件及电容损坏或过低而影响MMC正常的并网工作，确保内联式模块化多电平固态变压器整体安全稳定工作以及低压侧的不间断运行。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种故障工况下不间断运行的固态变压器，其包括：互联的MMC子模块单元SM以及IBDC单元；

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；

所述IBDC单元的调制单元依次包括：比例放大器、比例积分控制器以及方波调制器；其中，