一种树状链式变流器及变流方法与流程

本发明涉及电力系统领域，更具体的，涉及一种树状链式变流器及变流方法。

背景技术：

1、随着新能源并网需求及负荷的快速增长，配电网面临着潮流分配不均、电能质量差等问题，大幅限制了配电网新能源消纳能力，并无法满足敏感性负荷用电需求。传统配电网采用“闭环建设，开环运行”的方式，不具备自主潮流控制能力，且合环速度慢且暂态电流冲击大，不能适应配电网的新需求。

2、采用电力电子装备的柔性互联设备可实现交流线路间潮流的灵活控制及故障模式下的快速转供电，可大幅提高配电网新能源消纳能力，并缓解配电网扩容压力，是未来配电网合环运行的优良解决方案。

3、传统的中高压柔性互联装备通常采用mmc(modular multilevel converter)背靠背的拓扑形式，两端交流系统通过mmc进行ac/dc(alternating current/direct current)变换并通过直流互联实现交流柔性互联。mmc具备模块化结构、无变压器运行能力、电压和电流方面易于扩展、冗余和容错运行成本低、可用性高、使用标准组件，以及输出波形等优良品质。在这些特性的基础上，目前的mmc还具备各类不同的电路配置、转换器模型、控制方案和调制策略，被广泛应用在电力系统中。

4、然而，这类设备仍然具有较为复杂的构造，主电路结构中全桥模块、电抗器等元件的数量多，成本高且占地面积大。

5、针对上述问题，亟需一种新结构的变流器。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种树状链式变流器及变流方法，通过在三相变流器的每一相上设置一条根链和两条枝链，通过控制每条链上的若干个全桥模块的通断状态实现对交流端口有功潮流和无功功率的柔性控制。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、本发明第一方面，涉及一种树状链式变流器，变流器为三相变流器，且每一相上均包括一条根链和两条枝链；其中，根链的首端分别与两条枝链末端连接，根链末端三相互联；并且，每条根链或枝链均由若干个全桥模块级联后获得，两条枝链的首端上还分别串联有并网电抗以实现变流器的第一、第二交流端口。

4、优选的，变流器接收到若干个全桥模块的控制，以实现对第一、第二交流端口上交流功率的控制；其中，变流器包括第一控制模式、第二控制模式；在第一控制模式中，变流器的第一交流端口和第二交流端口分别并网，并实现柔性互控；在第二控制模式中，变流器的第一交流端口并网，从而控制变流器的第二交流端口的转供电状态。

5、优选的，变流器上还包括调制模块，调制模块中包括两个bc潮流控制模块、rc潮流控制模块、bc能量控制及均衡模块和调制生成模块。

6、优选的，bc潮流控制模块针对abc每一相上的每一条枝链设置；并且，bc潮流控制模块用于采集同相中另一端口的有功无功功率指令、三相采样电压、三相采样电流，当前端口的三相采样电压，以及并联电抗值；bc潮流控制模块基于其采集到的数据计算出双端口差模调制波，以输入至调制生成模块。

7、优选的，rc潮流控制模块针对于abc每一相上的根链设置；并且，rc潮流控制模块采集同相位第一交流端口的无功功率指令、三相采样电压、三相采样电流，同相中第二交流端口的有功功率指令、变流器的内部控制电压、变流器的内部电压平均值；rc潮流控制模块基于其采集到的数据计算出rc潮流控制调制波，以输入至调制生成模块。

8、优选的，bc能量控制及均衡模块分别获取abc三相上内部电压平均差异量、abc三相上双端口之间电压平均差异量，以计算出abc三相上的均衡补偿电压，并输入至调制生成模块。

9、优选的，调制生成模块用于获取来自于bc潮流控制模块的双端口差模调制波、rc潮流控制模块的rc潮流控制调制波和bc能量控制及均衡模块的abc三相上的均衡补偿电压，以分别计算出两条枝链上若干个全桥模块的调制波；并且，调制生成模块用于获取来自于rc潮流控制模块的rc潮流控制调制波，并根据第一交流端口最终的若干个全桥模块的调制波，计算出根链上若干个全桥模块的调制波；调制波采用spwm方式控制若干个全桥模块上可控电力电子器件的通断。

10、优选的，spwm方式还包括：调制波的载波为三角波，且同一条根链或枝链上相邻两个全桥模块的载波相位差为其中，n为当前根链或枝链上全桥模块的总数。

11、本发明第二方面，涉及一种树状链式变流方法，方法基于本发明第一方面的树状链式变流器实现；并且，方法还包括：对树状链式变流器的根链、两条枝链中的若干个全桥模块进行调制，以控制树状链式变流器的第一交流端口、第二交流端口和变流器的内部控制电压为预设值。

12、优选的，控制树状链式变流器的第一交流端口、第二交流端口和变流器的内部控制电压为预设值还包括：部署第一交流端口、第二交流端口为并网点，并控制第一交流端口、第二交流端口之间的有功潮流和无功功率的柔性互调；或者，部署第一交流端口为并网点，通过树状变流器对第二交流端口转供电，且控制第一交流端口无功可调，第二交流端口交流电压稳定。

13、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中的一种树状链式变流器及变流方法，通过在三相变流器的每一相上设置一条根链和两条枝链，通过控制每条链上的若干个全桥模块的通断状态实现对交流端口有功潮流和无功功率的柔性控制。本发明的树状链式变流器的构思巧妙、有效可靠，节约元件数量，缩减成本和占地面积，具有良好的应用前景。

14、本发明的有益效果还包括：

15、1、本发明公开的tcc拓扑可实现两端口交流柔性互联，有功无功解耦灵活可控。相对于传统中高压柔性互联拓扑，在器件数量、电抗用量、电容用量以及控制复杂度上都有明显优势，是中高压两端口柔性互联的优良解决方案。

16、2、本发明的树状链式变流器在中高压交流两端口柔性互联工况下，相对于传统的mmc背靠背方案，模块数减少75％，电抗器减少50％。大幅缩减成本及占地面积，是两端口中高压交流柔性互联的优良解决方案。

技术特征：

1.一种树状链式变流器，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种树状链式变流器，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种树状链式变流器，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种树状链式变流器，其特征在于：

5.根据权利要求3所述的一种树状链式变流器，其特征在于：

6.根据权利要求3所述的一种树状链式变流器，其特征在于：

7.根据权利要求3-6任一项所述的一种树状链式变流器，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的一种树状链式变流器，其特征在于：

9.一种树状链式变流方法，其特征在于：

10.根据权利要求9中所述的一种树状链式变流方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种树状链式变流器及变流方法，其特征在于：所述变流器为三相变流器，且每一相上均包括一条根链和两条枝链；其中，所述根链的首端分别与所述两条枝链末端连接，所述根链末端三相互联；并且，每条根链或枝链均由若干个全桥模块级联后获得，所述两条枝链的首端上还分别串联有并网电抗以实现所述变流器的第一、第二交流端口。本发明的树状链式变流器的构思巧妙、有效可靠，节约元件数量，缩减成本和占地面积，具有良好的应用前景。

技术研发人员：王继慷,王一,于华龙,刘树,操丰梅,梅红明,李思,李昆,赵志芳
受保护的技术使用者：北京四方继保自动化股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29