一种组合式柔性互联装置及系统的制作方法

1.本技术涉及低压交直流混合配电技术领域，特别是涉及一种组合式柔性互联装置及系统。


背景技术：

2.随着社会需求和电网技术的不断发展，分布式能源的大力推广、负荷的快速增长及多元化的接入改变了传统配电网的结构形态与运行特点。具体表现有：供电容量不足，负荷波动剧烈而导致电压波动，电能质量难以保障，供电可靠性低，有功功率和无功功率流向复杂，短路电流难以预测等问题。
3.柔性互联装置是以电力电子技术为基础的交直流混合配电网设备，能够增强配电网的可控能力，可进一步提升配电系统的功率调节、电压/无功综合控制、电能质量综合治理以及安全性与运行可靠性提升能力，从而增强配电网的主动调节以及接纳多类型分布式电源和负荷的能力。目前现有技术无法实现配电台区柔性功率互济，兼系统侧、负载侧电能质量综合治理、直流短路保护及短路点定位的问题。
4.针对上述的现有技术中存在的现有技术无法实现配电台区柔性功率互济，兼系统侧、负载侧电能质量综合治理、直流短路保护及短路点定位的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本公开提供了一种组合式柔性互联装置及系统，以至少解决现有技术中存在的现有技术无法实现配电台区柔性功率互济，兼系统侧、负载侧电能质量综合治理、直流短路保护及短路点定位的技术问题。
6.根据本技术的一个方面，提供了一种组合式柔性互联装置，包括：串联补偿模块、并联补偿模块、柔性互联模块以及晶闸管开关，其中串联补偿模块包括交流输入端口以及交流输出端口，交流输入端口与交流电网连接，作为组合式柔性互联装置的交流输入端口，并且交流输出端口与晶闸管开关连接；并联补偿模块包括第一交流端口和第一直流端口，第一交流端口采用三线四线制，连接在交流输出端口和交流负载之间，并且第一直流端口与稳定电容连接；柔性互联模块包括第二交流端口和第二直流端口，其中第二交流端口采用三线四线制，从晶闸管开关和并联补偿模块的中间接入，并且第二直流端口为组合式柔性互联装置的直流互联端口，用于实现与其他组合式柔性互联装置的直流侧连接。
7.可选地，串联补偿模块还包括：第一交流器模块、第一单相变压器、第二单相变压器以及第三单相变压器，其中第一交流器模块包括ac/dc变流器和第一dc/ac变流器，其中ac/dc变流器与第一dc/ac变流器背靠背连接，ac/dc变流器的交流侧与交流输入端口的a、b、c、n端子连接，第一dc/ac变流器的交流侧a1、a2、a3端子分别与第一单相变压器、第二单相变压器以及第三单相变压器的原边连接，第一dc/ac变流器的交流侧n端子与交流输入端口的n端子连接；
8.第一单相变压器、第二单相变压器以及第三单相变压器的源端的另一端与交流输入端口n连接，副边串联在交流输入端口和交流输出端口之间。
9.可选地，并联补偿模块包括：lcl滤波器、第二变流器模块以及稳定电容，其中
10.lcl滤波器的一端与交流输入端口连接；
11.第二变流器模块采用三相四桥臂拓扑，一端与lcl滤波器连接，另一端通过第一直流端口与稳定电容连接。
12.可选地，柔性互联模块还包括：第二dc/ac变流器、dc/dc变流器以及直流稳压电容，其中
13.第二dc/ac变流器交流侧一端连接晶闸管开关，另一端连接交流负载，并且包括dc/ac lc滤波器和dc/ac变流器模块，其中dc/ac变流器模块为三相三桥臂拓扑；
14.dc/dc变流器高压直流侧和第二dc/ac变流器高压直流侧共用直流稳压电容，低压直流侧作为直流互联端口，并且包括dc/dc lc滤波器和dc/dc变流器模块，其中dc/dc变流器模块为半桥拓扑。
15.可选地，晶闸管开关cr1、cr2、cr3分别连接至交流输入端口的a、b、c三相，并采用反并联晶闸管结构。
16.可选地，第二dc/ac变流器包括：定直流电压模式以及定交流v/f控制模式，并且dc/dc变流器包括三种控制模式：定高压电压模式、定低压电压模式，其中
17.在交流电网供电正常的情况下，第二dc/ac变流器采用定直流电压控制模式，并且dc/dc变流器采用定低压电压模式；
18.在交流电网失电的情况下，晶闸管开关断开，dc/dc变流器采用定高压电压模式，第二dc/ac变流器采用定交流v/f控制模式。
19.根据本技术的另一个方面，提供了一种组合式柔性互联装置，包括，至少两台上述所述的任意一项组合式柔性互联装置。
20.从而，本实施例提供的组合式柔性互联装置及系统，通过串联补偿模块、并联补偿模块、柔性互联模块解耦控制，实现低压交直流混合配电网直流负载或分布式能源的接入和协调控制、两台区通过直流侧柔性互联实现功率互济功能、配电网综合电能质量治理、重要负载支撑、直流短路保护及短路点定位功能，结构简单、运行可靠。进而解决现有技术中存在的现有技术无法实现配电台区柔性功率互济，兼系统侧、负载侧电能质量综合治理、直流短路保护及短路点定位的技术问题。
21.根据下文结合附图对本技术的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本技术的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
22.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
23.图1是根据本技术实施例第一个方面所述的组合式柔性互联装置的示意图；
24.图2是根据本技术实施例第一个方面所述的串联补偿模块的示意图；
25.图3是根据，本技术实施例第一个方面所述的并联补偿模块的示意图；
26.图4是根据本技术实施例第一个方面所述的柔性互联模块和所述晶闸管开关的示意图；
27.图5是根据本技术实施例第二个方面所述的组合式柔性互联系统的示意图。
28.串联补偿模块10、并联补偿模块20、柔性互联模块30、晶闸管开关40、交流输入端口11、交流输出端口12、第一交流端口21、第一直流端口22、第二交流端口31、第二直流端口32、第一单相变压器t1、第二单相变压器t2以及第三单相变压器t3。
具体实施方式
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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他实施例，都应当属于本公开保护的范围。
31.需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
32.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
33.图1是根据本技术实施例第一个方面所述的组合式柔性互联装置的示意图；图2是根据本技术实施例第一个方面所述的串联补偿模块的示意图；图3是根据，本技术实施例第一个方面所述的并联补偿模块的示意图；
34.图4是根据本技术实施例第一个方面所述的柔性互联模块和所述晶闸管开关的示意图。参考图1至图4所示，组合式柔性互联装置，包括：串联补偿模块、并联补偿模块、柔性互联模块以及晶闸管开关，其中
35.串联补偿模块包括交流输入端口以及交流输出端口，交流输入端口与交流电网连接，作为组合式柔性互联装置的交流输入端口，并且交流输出端口与晶闸管开关连接；
36.并联补偿模块包括第一交流端口和第一直流端口，第一交流端口采用三线四线制，连接在交流输出端口和交流负载之间，并且第一直流端口与稳定电容连接；
37.柔性互联模块包括第一交流端口和第二直流端口，其中第一交流端口采用三线四线制，从晶闸管开关和并联补偿模块的中间接入，并且第二直流端口为组合式柔性互联装置的直流互联端口，用于实现与其他组合式柔性互联装置的直流侧连接。
38.具体地，参考图1至图4所示，串联补偿模块为两端口模块，并采用三线四线制。串
联补偿模块有两个交流端口，交流输入端口连接交流电网，并作为整个组合式柔性互联装置的交流输入端口。交流输出端口连接晶闸管开关。当交流电网电压波动时，串联补偿模块通过补偿保证交流输出端口电压稳定，可以减少上级电网有载分接开关的调节次数。
39.柔性互联模块为两端口模块。一个为第二交流端口，采用三线四线制；另一个为第二直流端口，实现与其它台区配电网互联及分布式电源接入。交流端口从晶闸管开关与并联补偿模块的中间位置接入。直流端口作为整个组合式柔性互联装置的直流互联端口，实现与另一台区组合式柔性互联装置直流侧连接。也作为储能系统、光伏系统、直流负载、电动汽车充电桩等直流分布式电源和负载接入端口。柔性互联模块并网时能够定直流侧母线电压、定功率功能，离网时能够实现定交流v/f控制，短路发生时可实现短路保护及定短路电流控制。通过建立直流母线电压可实现直流负载或分布式能源的接入和协调控制；通过定功率控制实现两台区通过直流侧柔性互联实现功率互济功能；通过定交流v/f控制实现重要负载支撑；通过定短路电流功能实现直流短路保护及短路点定位功能。
40.晶闸管开关的接入能够保证柔性互联模块并离网模式快速转换，从而实现重要负载无缝电压支撑。单机模式下，即直流互联端口有储能系统接入但未与另一台区互联时，当台区电网失电时，柔性互联模块自动转为离网定v/f模式，保证重要负载不失电。互联模式下，通过直流互联端口与另一台区实现功率互济功能同时，当一个台区交流电网失电时，可通过直流互联端口，由不失电台区的组合式柔性互联装置实现对失电台区重要负载供电。
41.当直流互联端口所连直流母线发生短路时，柔性互联模块内部会在微秒级切断短路电流，实现短路保护功能。柔性互联模块检测到短路状态后可通过下发定电流指令，此时电流将完全流入短路点，在直流侧设备较多时快速实现短路点定位功能。
42.并联补偿模块为交流端口模块，并采用三线四线制，交流端口连接在柔性互联模块的交流输出端口和重要负载之间。当负载存在非线性、无功、不平衡负载等状况时，并联补偿模块通过谐波补偿、无功补偿、不平衡补偿功能实现交流电网侧电流波形为三相平衡、无谐波及单位功率因数。
43.从而，通过串联补偿模块、并联补偿模块、柔性互联模块解耦控制，实现低压交直流混合配电网直流负载或分布式能源的接入和协调控制、两台区通过直流侧柔性互联实现功率互济功能、配电网综合电能质量治理、重要负载支撑、直流短路保护及短路点定位功能，结构简单、运行可靠。进而解决现有技术中存在的现有技术无法实现配电台区柔性功率互济，兼系统侧、负载侧电能质量综合治理、直流短路保护及短路点定位的技术问题。
44.可选地，串联补偿模块还包括：第一交流器模块、第一单相变压器、第二单相变压器以及第三单相变压器，其中
45.第一交流器模块包括ac/dc变流器和第一dc/ac变流器，其中ac/dc变流器与第一dc/ac变流器背靠背连接，ac/dc变流器的交流侧与交流输入端口的a、b、c、n端子连接，第一dc/ac变流器的交流侧a1、a2、a3端子分别与第一单相变压器、第二单相变压器以及第三单相变压器的原边连接，第一dc/ac变流器的交流侧n端子与交流输入端口的n端子连接；
46.第一单相变压器、第二单相变压器以及第三单相变压器的源端的另一端与交流输入端口n连接，副边串联在交流输入端口和交流输出端口之间。
47.具体地，参考图2所示，串联补偿模块包括第一变流器模块、三个单相变压器t1/t2/t2。其中变流器模块由ac/dc变流器和第一dc/ac变流器的直流侧背靠背连接，ac/dc变
流器交流侧连接交流输入端口a/b/c/n，第一dc/ac变流器交流侧a1/b1/c1与三个单相变压器t1/t2/t3原边分别连接，变流器交流侧n与输入端口n相连，三个单相变压器原边另一端与交流输入端口n相连。三个单相变压器副边串联在交流输入端口和交流输出端口之间。其中，ac/dc变流器采用定直流电压控制，而第一dc/ac变流器根据调压指令和实际交流输入电压波形调节其输出电压形成交流输出补偿电压，再经过t1/t2/t3变压器实现串联电压补偿，完成交流输出端口电压质量治理功能。
48.可选地，并联补偿模块包括：lcl滤波器、第二变流器模块以及稳定电容，其中
49.lcl滤波器的一端与交流输入端口连接；
50.第二变流器模块采用三相四桥臂拓扑，一端与lcl滤波器连接，另一端通过第一直流端口与稳定电容连接。
51.具体地，并联补偿模块的第一交流端口接在交流电网和交流负载之间，与交流负载并联，第一直流端口连接稳压电容。并联补偿模块主要由lcl滤波器、第二变流器模块、稳压电容等三部分组成。第二变流器模块采用三相四桥臂拓扑。当交流负载含有不平衡/无功/非线性等分量时，通过并联补偿模块的不平衡补偿/无功补偿/谐波补偿功能，使得交流电网侧为平衡/无谐波/单位功率因数电流。通过串联补偿模块和并联补偿模块可以实现交流输入端口和交流输出端口综合电能质量治理功能。
52.可选地，柔性互联模块还包括：第二dc/ac变流器、dc/dc变流器以及直流稳压电容，其中
53.第二dc/ac变流器交流侧一端连接晶闸管开关，另一端连接交流负载，并且包括dc/ac lc滤波器和dc/ac变流器模块，其中dc/ac变流器模块为三相三桥臂拓扑；
54.dc/dc变流器高压直流侧和第二dc/ac变流器高压直流侧共用直流稳压电容，低压直流侧作为直流互联端口，并且包括dc/dc lc滤波器和dc/dc变流器模块，其中dc/dc变流器模块为半桥拓扑。
55.可选地，晶闸管开关cr1、cr2、cr3分别连接至交流输入端口的a、b、c三相，并采用反并联晶闸管结构。
56.具体地，参考图4所示，晶闸管开关cr1、cr2、cr3分别连接至a、b、c三相，采用反并联晶闸管结构。柔性互联模块主要有dc/ac变流器和dc/dc变流器以及直流稳压电容组成。dc/ac变流器包括dc/ac lc滤波器和dc/ac变流器模块。dc/ac变流器模块为三相三桥臂拓扑。dc/dc变流器包括dc/dc lc滤波器和dc/dc变流器模块，dc/dc变流器模块为半桥拓扑。dc/ac变流器直流侧和dc/dc变流器高压直流侧共用直流稳压电容。dc/dc变流器低压直流侧作为直流互联端口，dc/ac变流器交流侧一端连接晶闸管开关，另一端连接重要交流负载。
57.可选地，第二dc/ac变流器包括：定直流电压模式以及定交流v/f控制模式，并且dc/dc变流器包括三种控制模式：定高压电压模式、定低压电压模式，其中
58.在交流电网供电正常的情况下，第二dc/ac变流器采用定直流电压控制模式，并且dc/dc变流器采用定低压电压模式；
59.在交流电网失电的情况下，晶闸管开关断开，dc/dc变流器采用定高压电压模式，第二dc/ac变流器采用定交流v/f控制模式。
60.具体地，柔性互联模块的dc/ac变流器具有定功率控制、定直流电压和定交流v/f
控制等三种控制模式，dc/dc变流器具有定高压电压、定低压电压、定功率控制等三种控制模式。
61.实现重要负载支撑的机理如下：当交流电网正常供电时，dc/ac变流器工作于定直流电压控制模式，dc/dc变流器工作于定低压电压模式。当交流电网失电时，控制晶闸管开关断开，并将dc/dc变流器工作模式转为定高压电压模式，将dc/ac变流器转为定v/f控制模式。这个转换过程在10毫秒内完成，能够实现交流重要负载支撑功能。
62.柔性互联模块实现短路检测过程如下：当组合式柔性互联装置并网运行直流侧发生短路时，dc/dc变流器首先检测到故障并保护，内部i gbt开关迅速关断，实现短路保护功能。随后dc/dc变流器故障自恢复后转为待机状态，并根据电流设定值使dc/dc变流器低压端口输出设定电流，此电流将完全流入短路点，通过对直流侧各端口电流的采样完成短路检测功能。
63.此外，图5示出了本技术实施例第二个方面提供的一种组合式柔性互联装置，参考与图1-5所示，包括至少两台本技术实施例第一个方面所述的任意一项组合式柔性互联装置。
64.具体地，两台区通过组合式柔性互联装置直流互联端口连接实现两台区柔性互联。其中直流端口仍可接入储能系统、光伏系统、直流负载、电动汽车充电桩等直流装置。
65.参考图5所示，柔性互联模块实现台区间、台区与光伏、储能系统功率双向调节过程为，当柔性互联模块处于并网模式时，可以选择柔性互联模块1工作于定直流电压模式，柔性互联模块2工作于定功率模式。通过调节柔性互联模块2的功率设定值实现台区间功率互济及调节。
66.参考图5所示，若直流互联侧没有光伏、储能系统等分布式电源接入仅有直流负载时，台区1失电时，实现重要负载支撑功能过程为，若台区1失电，则组合式柔性互联装置1自动转离网模式，柔性互联模块1由定直流电压模式转为定v/f模式。通过两台区组合式柔性互联装置通讯，将柔性互联模块2转为定直流电压模式，从而保证台区1和台区2交流侧负载侧不停电。
67.通过柔性互联模块最终实现低压交直流混合配电网直流负载或分布式能源的接入和协调控制、两台区通过直流侧柔性互联实现功率互济功能、配电网综合电能质量治理、重要负载支撑、直流短路保护及短路点定位功能。
68.此外，本技术实施例第二个方面所述的组合式柔性互联系统参考本技术实施例第一个方面所述的内容，此处不再一一赘述。
69.从而，本实施例提供的组合式柔性互联装置及系统，通过串联补偿模块、并联补偿模块、柔性互联模块解耦控制，实现低压交直流混合配电网直流负载或分布式能源的接入和协调控制、两台区通过直流侧柔性互联实现功率互济功能、配电网综合电能质量治理、重要负载支撑、直流短路保护及短路点定位功能，结构简单、运行可靠。进而解决现有技术中存在的现有技术无法实现配电台区柔性功率互济，兼系统侧、负载侧电能质量综合治理、直流短路保护及短路点定位的技术问题。
70.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方
法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
71.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
72.在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
73.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。