一种基于PET的中低压交直流混合电网系统的制作方法

本发明涉及交直流混合电网系统领域，具体涉及一种基于pet的中低压交直流混合电网系统。

背景技术：

近年来，面对化石能源日益枯竭的现状以及严峻的环境污染问题，以光伏发电和风力发电为主的分布式发电得到了大量开发与利用。传统中低压配电网的特征表现为辐射状交流网络，随着配电网中分布式发电的大规模渗透以及负荷侧的多样性发展，传统配电网已经不能保证分布式发电高比例渗透下系统稳定可靠运行，导致我国出现大规模“弃风弃光”现象。

电力电子变压器(powerelectronictransformer,pet)是融合多电平变流、高频链隔离、先进通讯与控制等技术的一种新型智能变压器，不仅具有传统变压器电压变换与电气隔离的功能，而且可以实现潮流可控、电能质量治理、无功补偿等功能，既可以连接交流电网也可以连接直流电网，便于分布式发电的组网自治和并网消纳。

未来中低压配电网呈现出交直流混合形式，研究中低压交直流混合电网组网结构不仅可以保证大电网安全可靠运行，而且可以提高电网对分布式电源的消纳能力，并且满足负荷侧对电能质量的多样性需求。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种基于pet的中低压交直流混合电网系统，以期通过pet实现中低压交直流混合电网的灵活控制，构成可以孤岛运行或者并网运行的交直流混合系统，提高分布式发电的渗透率并且满足负荷侧电能多样性需求。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于pet的中低压交直流混合电网系统，包括公共电网单元、传统变压器、三级型电力电子变压器（pet）、中压直流子网、低压交流子网和低压直流子网；三级型电力电子变压器（pet）和传统变压器通过中压交流和低压交流端口并联连接，传统变压器一次侧连接母线i，二次侧连接母线iv，低压侧连接低压交流子网；三级型电力电子变压器（pet）输入级连接母线ii，低压交流输出级连接母线v，母线i和母线ii、母线iv和母线v分别通过母线隔离开关连接；三级型电力电子变压器（pet）的交流10kv端口连接公共电网单元，中压直流接口连接中压直流子网，低压直流接口连接低压直流子网，低压交流接口连接低压交流子网。

所述的三级型电力电子变压器（pet）由输入级、直流变换级和输出级组成，输入级采用模块化多电平变流器(mmc)拓扑结构，直流变换级由直流变换子单元采用前端串联后端并联(isop)级联方式组成，输出级采用三相四线制vsr变流器拓扑结构,模块化多电平变流器(mmc)与直流变换级连接端口引出中压直流子网接口，直流变换级实现中压直流到低压直流电能变换，低压直流子网接口由直流变换级与三相四线制vsr变流器连接端口引出。

所述的中压直流子网包括中压直流负荷、储能系统及其dc/dc变换器、光伏发电及其dc/dc变换器，其中，储能系统和光伏发电分别通过一个直流变换器连接到pet中压直流输出端口。

所述的低压直流子网包括低压直流负荷、交流负荷及其dc/ac变换器、不间断电源系统(ups)其中，交流负荷通过一个dc/ac变换器连接到pet低压直流输出端口。

所述的低压交流子网包括低压交流负荷、风力发电、燃气轮机、直流负荷及其ac/dc变换器；其中，直流负荷通过一个ac/dc变换器连接到pet低压交流输出端口。

进一步地，传统变压器高压侧连接10kv交流母线i，低压侧连接低压交流子网，低压交流子网额定电压等级为380v；所述三级pet各级电压等级为交流10kv、中压直流20kv、低压直流750v、低压交流380v，pet交流10kv端口通过母线ii连接公共电网单元，母线i和母线ii通过母线联络开关连接，中压直流20kv连接中压直流子网，低压直流75v端口连接低压直流子网，低压交流380v端口连接低压交流子网。

本发明具有以下有益效果：

上述方案中，提供的中低压交直流电压接口方便不同类型分布式电源集群或者分散接入公共电网单元，有效解决目前分布式能源消纳时存在的“弃风弃光”现象；满足负荷多样性需求，直流负荷和交流负荷可以分别接入直流子网和交流子网，大大减少了变换器的数量；提高供电电能质量，通过对pet的控制可以实现无功补偿、谐波抑制、功率可控等优点，减少无功补偿装置、滤波装置、潮流控制器的安装；传统变压器和pet并联运行，相比较于两个传统变压器并联运行，环流减小，可控性更强。

附图说明

图1为本发明实施例基于pet的中低压交直流混合电网系统结构示意图；

图2为图1中三级型pet拓扑结构；

图3为本发明实施例基于pet的中低压交直流混合电网系统的控制结构示意图；

图4为本发明实施例中的中低压交直流子网系统结构示意图。

图中：1-pet输入级mmc拓扑结构；2-pet直流变换级；3-pet输出级vsr拓扑结构；4-mmc桥臂子模块；5-llc谐振变换器子模块；6-直流变换级子单元llc谐振变换器。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明的一种基于pet的中低压交直流混合系统作进一步说明。

如图1所示，本发明的基于pet的中低压交直流混合电网系统，包括公共电网单元、传统变压器、三级型电力电子变压器（pet）、中压直流子网、低压交流子网和低压直流子网；三级型电力电子变压器（pet）和传统变压器通过中压交流和低压交流端口并联连接，传统变压器高压侧连接10kv交流母线i，二次侧连接母线iv，低压侧连接低压交流子网，低压交流子网额定电压等级为380v；三级型电力电子变压器（pet）各级电压等级为交流10kv、中压直流20kv、低压直流750v、低压交流380v，pet交流10kv端口通过母线ii连接公共电网单元，提供中压直流接口、低压直流接口和低压交流接口，分别连接中压直流子网、低压直流子网和低压交流子网；母线i和母线ii通过母线联络开关连接，中压直流20kv连接中压直流子网，低压直流75v端口连接低压直流子网，低压交流380v端口连接低压交流子网。

如图2所示，三级型电力电子变压器(pet)由输入级、直流变换级和输出级组成，输入级采用多电平变流器拓扑结构，该结构采用模块化多电平(mmc)结构，但不限于此结构，输入级实现交流10kv到中压直流20kv变换；直流变换级采用直流变换子单元多模块级联，实现中压直流20kv到低压直流750v变换，所述直流变换子单元采用双主动桥(dab)拓扑结构,具体为llc谐振变换器，级联方式采用前端串联后端并联(isop)连接方式；输出级采用电压源型换流器(vsr)拓扑结构,采用三相四线制连接方式，实现低压直流750v到低压交流380v变换。

如图4所示，分别为中压直流子网、低压直流子网和低压交流子网拓扑结构；其中，所述的中压直流子网包括中压直流负荷、储能系统及其dc/dc变换器、光伏发电及其dc/dc变换器，其中，储能系统和光伏发电分别通过一个直流变换器连接到pet中压直流输出端口；所述的低压直流子网包括低压直流负荷、交流负荷及其dc/ac变换器、不间断电源系统(ups)其中，交流负荷通过一个dc/ac变换器连接到pet低压直流输出端口。所述的低压交流子网包括低压交流负荷、风力发电、燃气轮机、直流负荷及其ac/dc变换器；其中，直流负荷通过一个ac/dc变换器连接到pet低压交流输出端口；所述储能系统、光伏发电通过dc/dc变换器加入直流子网，风力发电、燃气轮机通过ac/ac变换器接入交流子网，交流子网中的直流负荷通过ac/dc变换器接入交流子网，直流子网中的交流负荷通过dc/ac变换器接入直流子网。

本发明基于pet的一种的交直流混合电网系统控制结构如图3所示，母线i和母线ii通过母线联络开关1连接，母线联络开关1打开时变压器与pet独立运行，母线联络开关闭合时变压器与pet并联运行；pet采用分级控制，输入级运行在整流模式，控制20kv直流子网系统电压以及传输无功功率，直流变换级采用开环控制，控制低压直流750v直流子网电压；母线iv和母线v通过母线联络开关2连接，pet输出级变流器控制依据母线联络开关2以及低压交流子网负荷类型设计，母线联络开关2打开时，交流子网运行在无源模式，此时pet输出级采用电压源控制，即v/f控制，母线联络开关2闭合时，交流子网运行在有源模式，此时pet输出级采用电流源控制，即pq控制；所述pq控制模式亦可以用下垂控制(droop)和虚拟同步发电机(vsg)控制来实现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、简化、组合、替代，这些都应视为本发明的保护范围。