一种多端口柔性合环互联装置及控制方法与流程

1.本技术涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种多端口柔性合环互联装置及控制方法。


背景技术：

2.随着用户对用电需求、电能质量及供电可靠性等要求的不断提高，传统的供电网络越来越难以满足用户的供电需求。现有的供配电网络通常采用闭环设计、开环运行的模式。其中一条线路过负荷时，会影响系统的供电质量。柔性合环装置可以实现配电网络的合环运行，提高供电可靠性，因此得到了越来越多的重视。
3.柔性合环互联装置是一种基于电力电子技术的电能转换设备，用于连接多个交流电网，不仅可以实现不同电压等级、不同电压频率的电网互联，而且还可以控制功率的流动方向，实现均衡负载、优化电网供电能力、提供动态无功支持、提高配电网可靠性和设备利用率的效果。当系统出现故障时，柔性合环互联装置可在不增大短路电流的情况下快速隔离故障，并为停电区域提供电压和频率支撑，进而提高系统安全性与可靠性，因此，以柔性合环互联装置为核心的柔性互联技术已成为了配电网实现智能化演变的关键技术之一。
4.由于互联装置的端口间需能量双向传输，而目前大部分的多端口柔性合环互联装置采用的隔离技术多为高频隔离技术，这种隔离方式只具备电气隔离，在设备长期运行过程中，某个端口的退出依然存在端口高频隔离变压器及相邻器件长期带电的情况，容易造成相关器件长期带电而增加损耗，进而导致系统的不稳定的技术问题。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种多端口柔性合环互联装置及控制方法，用于解决现有的多端口柔性合环互联装置的隔离设计导致系统的不稳定的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本技术第一方面提供了一种多端口柔性合环互联装置，多端口柔性合环互联装置包括：第一变换模块与第二变换模块，其中，所述第一变换模块的端口与所述第二变换模块的端口通过隔离模块连接，所述隔离模块包括：多组双向晶闸管模块与三相高频交流母线；
7.每一组双向晶闸管模块的一端用于与所述端口的其中一个相别电连接，另一端用于与所述三相高频交流母线中的目标相别电连接，其中，所述目标相别与所述双向晶闸管模块连接的端口相别相同。
8.优选地，所述第一变换模块为交流变换模块。
9.优选地，所述第二变换模块为直流交换模块或交流变换模块。
10.优选地，所述交流变换模块中的每个单相子模块均包含多个功率单元，多个功率单元间采用模块级联的方式进行连接，其中，交流变换模块中的单相子模块为所述交流变换模块中与a、b或c其中一相高频交流母线连接的交流变换子模块。
11.优选地，所述交流变换模块的功率单元由两个全桥式电路组成，中间共用一组电
容。
12.优选地，所述直流交换模块包含多组功率单元。
13.优选地，所述直流交换模块包含的功率单元为三组，且三组功率单元的一端通过所述双向晶闸管模块分别与三相高频交流母线相连接，另一端通过并联方式与直流母线相连接。
14.优选地，还包括：控制模块；
15.所述控制模块用于控制每个端口的功率单元的运行与闭锁以及控制对应端口的双向晶闸管模块的开合。
16.优选地，所述第一变换模块与所述第二变换模块的端口数量均为多个。
17.同时，本技术第二方面提供了一种多端口柔性合环互联装置的控制方法，应用于如本技术第一方面提供的一种多端口柔性合环互联装置，所述控制方法包括：
18.当第一变换模块和/或第二变换模块的端口接入三相高频交流母线时，先闭合相对应的双向晶闸管模块，再启动所述端口对应各个功率单元，其中所述端口包括：所述第一变换模块的交流端口所连接的交流端口和/或所述第二变换模块所连接的交流/直流端口；
19.当所述第一变换模块和/或所述第二变换模块的端口退出所述三相高频交流母线时，先闭锁所有功率单元，再断开各个所述功率单元相对应的双向晶闸管模块。
20.从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：
21.本技术提供的方案通过设置隔离模块实现柔性合环互联装置的第一变换模块的端口与第二变换模块的端口连接，本技术隔离模块包括：多组双向晶闸管模块与三相高频交流母线，其中，每一组双向晶闸管模块的一端用于与端口的其中一个相别电连接，另一端用于与三相高频交流母线中相同的相别电连接，使得三相高频交流母线互不相连，实现了多端口的端口机械隔离，避免了因某个端口停机但仍有元器件接入回路中，从而影响元器件的寿命及系统的稳定性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
23.图1为本技术提供的一种多端口柔性合环互联装置实施例的整体拓扑示意图。
24.图2为本技术提供的一种多端口柔性合环互联装置的交流变换模块的其中一个的单相子模块的拓扑示意图。
25.图3为本技术提供的一种多端口柔性合环互联装置的一个直流变换模块的拓扑示意图。
26.图4为本技术提供的一种多端口柔性合环互联装置中一组晶闸管单元的结构示意图。
具体实施方式
27.本技术实施例提供了一种多端口柔性合环互联装置及控制方法，用于解决现有的
多端口柔性合环互联装置的隔离设计导致系统的不稳定的技术问题。
28.为使得本技术的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
29.首先是本技术提供的一种多端口柔性合环互联装置实施例的详细说明，具体如下：
30.请参阅图1，本实施例提供的一种多端口柔性合环互联装置，包括：第一变换模块1与第二变换模块2，其中，所述第一变换模块1的端口与所述第二变换模块2的端口通过隔离模块连接，所述隔离模块包括：多组双向晶闸管模块31与三相高频交流母线；
31.每一组双向晶闸管模块31的一端用于与所述端口的其中一个相别电连接，另一端用于与所述三相高频交流母线中的目标相别电连接。
32.其中，所述目标相别与所述双向晶闸管模块31连接的端口相别相同。
33.需要说明的是，第一变换模块1/第二变换模块2的每个端口的每相分别对应一组双向晶闸管模块31，端口对应的每组双向晶闸管模块31的前端与变换模块端口每相汇集的高频交流母线连接，后端与其他端口对应相的双向晶闸管并联，即实现三相高频交流母线互不相连，且不同端口的对应相高频交流母线相连接。通过设置上述的隔离模块，实现了多端口的端口机械隔离，避免了因某个端口停机但仍有元器件接入回路中，从而影响元器件的寿命及系统的稳定性。
34.进一步地，所述第一变换模块1为交流变换模块，
35.进一步地，如图2所示，交流变换模块中的单相子模块为所述交流变换模块中与a、b或c其中一相高频交流母线连接的交流变换子模块，以其中一相为例，交流变换模块的单相子模块11包含多个功率单元，多个功率单元间采用模块级联的方式进行连接，功率单元数量可以根据端口电压与端口功率来确定，交流端口功率单元前端采用串联的方式，后端通过高频变压器采用并联的方式汇集于高频交流母线，实现电气隔离，能量双向流动。其中交流端口功率单元由两个全桥式电路组成，中间共用一组电容。
36.所述第二变换模块2为直流交换模块或交流变换模块。
37.当第二变换模块2为交流变换模块时，其模块构成及与隔离模块的连接方式与第一变换模块1相同，在此不做赘述。如图1和图3所示，当第二变换模块2为直流交换模块时，直流交换模块包含多组功率单元，每个直流交换模块包含的功率单元优选为三组，每组功率单元组成相同且每组功率单元的一端通过所述双向晶闸管模块31分别与所述三相高频交流母线相连接，另一端通过并联方式与直流母线相连接。
38.其中，直流端口多个功率单元采用并联方式，且分为三组，每组对应高压交流端口一相，可实现三相互不相连，可以减小控制策略的复杂程度，从而提高系统的稳定性，且直流端口侧的高频交流母线分为三相，其电流为汇于一相的三分之一，使得每组直流端口侧的高频交流母线为总容量的三分之一，减小了母线流经的电流，从而避免大功率设备其高频的母线过热的问题，同时也避免了大功率设备下因集肤效应需选择更大载流的铜排，降低了成本。
39.进一步地，本实施例提及的多端口柔性合环互联装置还包括：控制模块，控制模块可用于控制每个端口的功率单元的运行与闭锁以及控制对应端口的双向晶闸管的开合，也可通过不同运行策略以及不同端口对应的线路故障，自主的控制不同端口所对应的装置运行、停机以及接入退出高频交流母线，实现两端口或多端口的独立运行。
40.以上内容为本技术提供的一种多端口柔性合环互联装置的具体实施例的详细说明，下面为本技术提供的一种多端口柔性合环互联装置的控制方法实施例的详细说明，具体如下：
41.本实施例提供的一种多端口柔性合环互联装置的控制方法，应用于如上述实施例提供的一种多端口柔性合环互联装置，所述控制方法包括：
42.当所述第一变换模块和/或所述第二变换模块的端口接入高频交流母线时，先闭合相对应的双向晶闸管模块，再启动端口各功率单元；
43.当所述第一变换模块和/或所述第二变换模块的端口退出高频交流母线时，先闭锁所有功率单元，再断开相对应的双向晶闸管模块
44.需要说明的是，当装置中的各端口接入高频交流母线时，需先闭合相对应的双向晶闸管模块，再启动端口各功率单元；各端口退出高频交流母线时，需先闭锁各功率单元，再断开相对应的双向晶闸管模块，以避免双向晶闸管模块投切大电流，损坏整个隔离装置。
45.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
47.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
48.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
49.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程
序代码的介质。
50.以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种多端口柔性合环互联装置，多端口柔性合环互联装置包括：第一变换模块与第二变换模块，其中，所述第一变换模块的端口与所述第二变换模块的端口通过隔离模块连接，其特征在于，所述隔离模块包括：多组双向晶闸管模块与三相高频交流母线；每一组双向晶闸管模块的一端用于与所述端口的其中一个相别电连接，另一端用于与所述三相高频交流母线中的目标相别电连接，其中，所述目标相别与所述双向晶闸管模块连接的端口相别相同。2.根据权利要求1所述的一种多端口柔性合环互联装置，其特征在于，所述第一变换模块为交流变换模块。3.根据权利要求1所述的一种多端口柔性合环互联装置，其特征在于，所述第二变换模块为直流交换模块或交流变换模块。4.根据权利要求2或3所述的一种多端口柔性合环互联装置，其特征在于，所述交流变换模块中的每个单相子模块均包含多个功率单元，多个功率单元间采用模块级联的方式进行连接，其中，交流变换模块中的单相子模块为所述交流变换模块中与a、b或c其中一相高频交流母线连接的交流变换子模块。5.根据权利要求4所述的一种多端口柔性合环互联装置，其特征在于，所述交流变换模块的功率单元由两个全桥式电路组成，中间共用一组电容。6.根据权利要求3所述的一种多端口柔性合环互联装置，其特征在于，所述直流交换模块包含多组功率单元。7.根据权利要求6所述的一种多端口柔性合环互联装置，其特征在于，所述直流交换模块包含的功率单元为三组，且三组功率单元的一端通过所述双向晶闸管模块分别与三相高频交流母线相连接，另一端通过并联方式与直流母线相连接。8.根据权利要求1所述的一种多端口柔性合环互联装置，其特征在于，还包括：控制模块；所述控制模块用于控制每个端口的功率单元的运行与闭锁以及控制对应端口的双向晶闸管模块的开合。9.根据权利要求1所述的一种多端口柔性合环互联装置，其特征在于，所述第一变换模块与所述第二变换模块的端口数量均为多个。10.一种多端口柔性合环互联装置的控制方法，应用于如权利要求1至9任意一项所述的一种多端口柔性合环互联装置，其特征在于，所述控制方法包括：当第一变换模块和/或第二变换模块的端口接入三相高频交流母线时，先闭合相对应的双向晶闸管模块，再启动所述端口对应各个功率单元，其中所述端口包括：所述第一变换模块的交流端口所连接的交流端口和/或所述第二变换模块所连接的交流/直流端口；当所述第一变换模块和/或所述第二变换模块的端口退出所述三相高频交流母线时，先闭锁所有功率单元，再断开各个所述功率单元相对应的双向晶闸管模块。

技术总结
申请公开了一种多端口柔性合环互联装置及控制方法，涉及电力电子技术领域，本申请提供的方案通过设置隔离模块实现柔性合环互联装置的第一变换模块的端口与第二变换模块的端口连接，本申请隔离模块包括：多组双向晶闸管模块与三相高频交流母线，其中，每一组双向晶闸管模块的一端用于与端口的其中一个相别电连接，另一端用于与三相高频交流母线中相同的相别电连接，使得三相高频交流母线互不相连，实现了多端口的端口机械隔离，避免了因某个端口停机但仍有元器件接入回路中，从而影响元器件的寿命及系统的稳定性。元器件的寿命及系统的稳定性。元器件的寿命及系统的稳定性。


技术研发人员：李新 蒋维 王圣 李锦焙 余红波 范心明 董镝 宋安琪 陈绮琪 梁年柏 赵伟 李盈 曾烨 许澜
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司佛山供电局
技术研发日：2023.08.08
技术公布日：2023/9/20