本发明属于交直流混合微型电网系统领域，具体涉及一种电力电子变压器直流故障穿越方法，针对应用于交直流混合微电网的电力电子变压器，提高微电网系统的稳定性。
背景技术：
随着新能源、新电力以及新技术的发展，直流供电技术在某些领域的优势越来越明显。传统电网面对需要适应大量高渗透率的分布式能源(der)和能量存储系统(es)接入，并且需要有效隔离新能源对交流电网的不利影响。直驱风力发电机、燃料电池、太阳能光伏电等可再生能源的发电方式必须通过dc/ac逆变技术才能够并入交流配电网，而电力电子换流器的大量使用不但增加了分布式电源和储能装置的设备成本和运行成本，同时也牺牲了系统的整体效率和可靠性。除此之外，风能、太阳能等电源属于间歇式电源，具有随机性、波动性、不可预测性等特点，当大规模的风电场、光伏发电系统接入交流电网时，对传统的电力设备、系统结构和运行技术提出了更为严格的要求。针对这种情况，有必要考虑改变配电网的运行模式，通过实现从交流为主的模式向以直流为主的模式转变，从而有效的解决交流电网的稳定性问题，为未来电网面临的诸多问题提供较为合理的解决方案。
与交流微电网相比，直流微电网无需无功补偿和频率同步，更易实现系统的稳定控制，也更适合接入可再生能源，因此成为智能电网领域研究的新热点之一。事实上，光伏、风机、燃料电池等分布式能源产生的电能均为直流电或者中间需要整流成直流电，这些直流发电设备如果直接接入直流微电网，将会省去大量的交直流变换环节。
为了充分发挥交流微电网和直流微电网的各自优点，交直流混合微电网应运而生。交直流混合微电网可以根据分布式能源的输出特性，来确定是以交流或者直流方式来接入，以提高分布式电源接入微电网的能力和效率。同时，混合微电网也能够更有效地均衡考虑直流负荷和交流负荷的用电需求，进一步提高微电网的能源利用效率。
交直流电网互联技术在设备方面对应的是电力电子变压器，针对采用mmc+isop拓扑的电力电子变压器，mmc的作用是将高压侧三相交流电压变成高压直流电压，应用于mmc拓扑中的功率模块采用串联连接；中间的isop隔离型dc-dc变换器的主要功能是将mmc变换得到的高压直流电压变换成低压直流电压，采用高频电力电子变压器实现高压侧与低压侧的电气隔离，采用双向llc谐振减小了功率器件的损耗，而且减小了体积。由于互联装置是配网中的关键设备，需要具备交直流低电压穿越的能力。目前互联装置的低电压穿越理论，尤其是直流侧的低电压穿越理论和技术尚不成熟，因此相关技术就成为关键点和难点。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种电力电子变压器直流故障穿越方法，在不额外增加装置的情况下，实现mmc+isop拓扑电力电子变压器直流侧的故障穿越功能，并且能够在直流短路故障情况下提供短路电流支撑，当故障恢复后快速建立低压侧母线电压，有效改善微电网系统的供电电源质量，提高微电网系统的稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤：
(1)电力电子变压器工作于“稳压模式”下出现直流故障的情况；
检测低压侧总电流大于允许电流值后，封锁dcdc装置输出脉冲，持续检测低压侧电压值并计算短路支撑电流，按照设备允许的最大电流进行短路电流支撑，当检测到直流故障消除后，根据实际电压值，通过设定dcdc装置的移相角建立低压侧电压，完成故障穿越；
(2)电力电子变压器工作于“功率模式”下出现短路故障的情况；
检测低压侧总电流大于允许电流值后，封锁dcdc装置输出脉冲，mmc装置将工作模式切换到稳定中间级母线电压状态，dcdc装置持续检测低压侧电压值，根据电压值计算短路支撑电流，按照设备允许的最大电流进行短路电流支撑；当检测到直流故障消除后，根据实际电压值，通过设定dcdc装置移相角的方式，快速建立低压侧电压，电压建立完成后，将mmc快速切换回到功率模式运行，响应系统下发的功率调度指令，完成故障穿越。
所述的情况(1)具体包括以下步骤：
(1.1)dcdc装置检测到低压侧直流电压突然降低时，封锁dcdc装置输出脉冲；
(1.2)mmc装置保持稳压运行，控制中间级母线电压保持稳定；
(1.3)dcdc装置检测低压侧母线电压，根据电压值计算需要的短路电流值；
(1.4)解锁dcdc装置脉冲，根据短路电流值输出电流，提供母线支撑；
(1.5)实时检测低压侧总电压和总电流，判断直流侧是否恢复正常；
(1.6)故障消除后，控制dcdc装置快速恢复低压侧电压至额定值。
所述的步骤(1.1)中检测低压侧直流电压状态的方法为：将采样得到的直流电压和直流电流值进行判断，直流电压值小于0.9额定电压且直流电流大于1.3额定电流。
所述步骤(1.3)中计算短路电流值的方法为：根据低压侧直流电压跌落值和短路阻抗计算短路支撑电流，计算结果以电力电子变压器能够输出的最大电流进行输出。
所述步骤(1.5)中判断直流侧是否恢复正常的方法为：将采样得到的直流电压和直流电流值进行判断，直流电压值大于0.9倍额定电压且直流电流小于1.1倍额定电流。
所述步骤(1.6)中当系统在低电压状态时，mmc装置保持稳压模式运行，中间级母线电压一直保持稳定，此时dcdc装置通过快速移相启动建立低压侧的直流母线电压。
所述的情况(2)具体包括以下步骤：
(2.1)dcdc装置检测到低压侧直流电压突然降低时，封锁dcdc装置输出脉冲；
(2.2)mmc装置从“功率模式”切换为“稳压模式”，控制中间级母线电压保持稳定；
(2.3)dcdc装置检测低压侧母线电压，根据电压值计算需要的短路电流值；
(2.4)解锁dcdc装置脉冲，根据短路电流值输出电流，提供母线支撑；
(2.5)实时检测低压侧总电压和总电流，判断直流侧是否恢复正常；
(2.6)故障消除后，控制dcdc装置快速恢复低压侧电压至额定值；
(2.7)检测到直流母线电压恢复正常后，mmc装置从“稳压模式”切换为“功率模式”，响应系统下发的功率调度指令，完成功率模式的低电压穿越功能。
所述步骤(2.6)中当系统在低电压状态时，mmc装置保持稳压模式运行，中间级母线电压一直保持稳定，此时dcdc装置通过快速移相启动建立低压侧的直流母线电压。
所述步骤(2.7)中mmc装置模式切换的方法为：将mmc装置控制环路中的功率外环切换为直流电压环，从向电网输出功率的模式切换为从电网取电稳定中间级电压的模式。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：当电力电子变压器检测到微电网出现直流故障时，dcdc装置快速封锁脉冲并根据电压跌落值计算需要提供的短路电流，mmc装置稳定中间级母线电压，计算好需要提供的短路电流后，解锁dcdc装置脉冲，输出短路支撑电流，直到母线电压恢复正常，将mmc装置切换到故障前的运行模式，完成直流故障穿越。本发明应用于交直流混合微电网系统，不需要增加额外的硬件，具有易于实现且简单有效的优点。交直流混合微电网系统出现直流低压侧电压故障情况下，通过调整电力电子变压器系统的控制方案，能够在故障期间提供短路电流支撑，并且在故障消除后，快速恢复到正常运行状态，有效降低交直流混合微电网的供电可靠性，提高了微电网的稳定性。
附图说明
图1本发明电力电子变压器主回路拓扑示意图；
图2直流低电压穿越参考标准折线图；
图3电力电子变压器直流故障穿越控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1，本发明采用mmc+isop拓扑的电力电子变压器主回路拓扑结构中，mmc拓扑的每个桥臂由多个子模块串联组成，子模块(sm)采用半桥结构；isop拓扑的每组功率单元采用双向llc拓扑，每个功率单元包含高压侧h桥模块、高频隔离变压器、低压侧h桥模块，其中，高压侧模块采用串联连接，低压侧模块采用并联连接。
参见图2，图中的t1取0.5秒，t2取5.5秒，本发明通过协调mmc装置和dcdc装置的控制功能，在不额外增加其他装置的情况下，实现直流侧的故障穿越功能，并能够在直流短路故障的情况下提供短路电流支撑，当故障恢复后快速建立低压侧母线电压，继而有效改善微电网系统的供电电源质量，并提高微电网系统的稳定性。
参见图3，本发明基于mmc+isop拓扑的电力电子变压器直流故障穿越方法，应用于交直流混合微电网的电力电子变压器有两种工作模式：一种为稳压模式，即稳定低压侧电压；一种为功率模式，即向交流电网输送功率。针对这两种工作模式本发明具体包括如下步骤：
a.当电力电子变压器在微电网以稳压模式运行时；
mmc装置工作于稳定中间级直流母线电压状态，dcdc装置将中间级直流母线电压变换为低压侧母线电压，并对低压侧电压值进行闭环控制，保证低压侧电压的稳定，此时出现低压侧直流故障情况时，电力电子电力电子变压器具体控制方法包括以下步骤：
(1)当低压侧直流电压突然降低时，dcdc装置检测到后，快速封锁dcdc装置脉冲；
(2)mmc装置保持稳压运行，控制中间级母线电压保持稳定；
(3)dcdc装置检测低压侧母线电压，根据电压值计算需要的短路电流值；
(4)解锁dcdc装置脉冲，根据短路电流值输出电流，提供母线支撑；
(5)实时检测低压侧总电压和总电流，判断直流侧是否恢复正常；
(6)故障消除后，控制dcdc装置快速恢复低压侧电压至额定值。
b.当电力电子变压器在微电网以功率模式运行时；
dcdc装置工作于稳定中间级直流母线电压状态，mmc装置响应系统功率调度指令实现功率输出，此时出现低压侧直流故障情况时，电力电子变压器具体控制方法包括以下步骤：
(1)当低压侧直流电压突然降低时，dcdc装置检测到后，快速封锁dcdc装置脉冲；
(2)mmc装置从功率输出模式快速切换为稳压模式，控制中间级母线电压保持稳定；
(3)dcdc装置检测低压侧母线电压，根据电压值计算需要的短路电流值；
(4)解锁dcdc装置脉冲，根据短路电流值输出电流，提供母线支撑；
(5)实时检测低压侧总电压和总电流，判断直流侧是否恢复正常；
(6)故障消除后，控制dcdc装置快速恢复低压侧电压至额定值；
(7)检测到直流母线电压恢复正常后，mmc装置从稳压模式切换为功率模式，响应系统下发的功率调度指令，完成功率模式的低电压穿越功能。
当交直流混合微电网出现低压侧直流故障时，电力电子变压器的具体工作过程为：1)运行模式检测；当dcdc变换器检测到低压侧直流出现低电压故障时，置直流低电压运行状态标识位；2)运行状态设置；直流低电压运行状态确认后，快速下发dcdc装置封锁脉冲指令，并将低电压运行状态传送给mmc装置；3)mmc根据运行模式进行处理，稳压模式时保持运行状态不变，功率模式运行时将系统切换为稳压模式；4)dcdc装置实时检测直流侧低电压，快速计算需要的短路支撑电流，并完成脉冲解锁操作；5)dcdc装置按照计算的短路电流输出电流；6)dcdc装置实时检测低压侧母线电压信息，当低电压状态恢复后，dcdc装置置低电压清除状态；7)将低电压恢复状态传送给mmc装置，mmc装置根据系统运行模式恢复正常运行，稳压模式继续保持稳压，功率模式时从稳压状态切换到功率运行状态。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。