一种故障阻断型无隔离变压器柔性互联设备、控制方法及存储介质与流程

本发明涉及电力电子技术和配电，特别是涉及一种故障阻断型无隔离变压器柔性互联设备、控制方法及存储介质。

背景技术：

1、柔性互联装置通常由两组全控型电力电子器件组成的电压源型换流器背靠背连接而成，与传统联络开关相比，其不受传统机械式开关动作次数的限制，运行寿命更长，不仅能在自身能力调节范围内实时调节两侧配电台区间的功率流动，还可避免传统联络开关因倒闸操作引起的供电中断问题，保证供电可靠运行。

2、目前，柔性互联装置可分为隔离型与无隔离型，无隔离型拓扑省去隔离变压器，整体效率得到提升，成本下降，但传统三桥臂功率模块没有零线电流独立控制能力，当台区三相电压不平衡或补偿台区不平衡电流时，配电台区中性点接地导致互联系统产生共模电压和地线环流，造成系统不稳定甚至发生故障。其次，协调控制器主要根据台区重过载情况调节柔性互联装置的转供功率，多组柔性互联装置均处于热待机备用状态，设备空载和轻载损耗较大。此外，直流端口因为高频共模电压问题，对外emc骚扰引起直流负荷工作异常甚至损坏。同时，当直流配电系统正负极发生单极对地故障或极间短路故障时，即使半导体功率器件快速闭锁，由于机械式直流断路器动作时间长(30ms以上)，会引起柔性互联装置半导体功率器件反并联的二极管炸毁。因此，如何兼顾配网柔性互联装置和直流配电系统的成本、效率、可靠性是亟需解决的重要问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种使直流配电系统具备了故障穿越能力，提高了直流配电系统的稳定性的故障阻断型无隔离变压器柔性互联设备、控制方法及存储介质

2、技术方案：为实现上述目的，本发明所述一种故障阻断型无隔离变压器柔性互联设备，包括多组无隔离变压器型柔性互联装置和故障阻断型直流配电柜；

3、所述多组无隔离变压器型柔性互联装置的直流侧分别通过直流端子连接在一起，交流侧通过交流端子接至对应配电台区低压母线；所述故障阻断型直流配电柜的进线端子接至无隔离变压器型柔性互联装置的直流端子；

4、所述无隔离变压器型柔性互联装置采用四桥臂功率模块，所述四桥臂功率模块采用四桥臂脉冲宽度调制pwm算法；该装置还包括对四桥臂功率模块进行柔性互联控制的协调控制器。

5、所述无隔离变压器型柔性互联装置还包括lcl滤波电路、直流母线电容；其中交流端子连接至lcl滤波电路，lcl滤波电路连接至四桥臂功率模块，四桥臂功率模块连接至直流母线电容，直流母线电容连接至直流端子；所述无隔离变压器型柔性互联装置的直流母线电容中点通过电阻接地；所述协调控制器安装于柔性互联装置的柜门面板上。

6、所述故障阻断型直流配电柜包括直流故障阻断单元和直流配电单元；所述直流故障阻断单元的输出端子接至直流配电单元的输入端子。

7、所述直流故障阻断单元采用对称型三电平buck电路，包括输入熔断器、直流电容、igbt、限流电抗器、电流传感器、输出熔断器；其中输入熔断器连接至直流电容，直流电容连接至igbt，igbt连接至限流电抗器，限流电抗器连接至电流传感器，电流传感器连接至输出熔断器，输出熔断器与直流配电单元的输入端子连接。

8、所述直流配电单元包括直流进线断路器和直流出线断路器，直流进线断路器上口连接至直流配电单元的输入端子后端，直流进线断路器的下口连接直流出线断路器上口，所述直流出线断路器集成漏电保护功能；所述直流出线断路器用于接入直流光伏、储能、充电桩及其他直流负荷。

9、一种应用于以上述设备的故障阻断型无隔离变压器柔性互联控制方法，所述四桥臂功率模块实现交流转直流变换功能，包括直流电压控制模式、功率控制模式、交流电压频率控制模式；

10、所述四桥臂脉冲宽度调制pwm算法包括四种电流闭环调节控制算法环，即三相正序电流闭环控制环、三相负序电流闭环控制环、三相零序电流闭环控制环、n相电流闭环控制环；所述n相电流闭环控制环以地线环流等于零为目标；

11、所述协调控制器根据配电台区治理需求调节四桥臂功率模块的启动、停机、有功功率目标值、无功功率目标值、直流电压目标值、交流电压目标值、交流频率目标值；

12、所述故障阻断型直流配电柜根据输出电流的异常情况调节内部igbt单元快速斩波或闭锁，实现故障电流限流和阻断。

13、所述四桥臂脉冲宽度调制pwm算法中，三相正序电流闭环控制环以正序有功电流指令、正序无功电流指令为目标值，通过pid调节器输出正序有功电压、正序无功电压，再通过坐标变换产生三相正序电压指令；

14、所述三相负序电流闭环控制环以负序有功电流指令、负序无功电流指令为目标，通过pid调节器输出负序有功电压、负序无功电压，再通过坐标变换产生三相负序电压指令；

15、所述三相零序电流闭环控制环以零序电流指令为目标值，通过pr调节器输出零序电压指令；

16、所述n相电流闭环控制环以n线电流指令为目标值，通过pr调节器输出n线电压指令；

17、所述三相正序电压指令、三相负序电压指令、零序电压指令、n线电压指令相加产生ua*、ub*、uc*、un*，再通过pwm调制产生四桥臂pwm脉冲驱动信号。

18、所述协调控制器根据配电台区工况进行电能质量治理和互联台区功率转供，自适应启停多组柔性互联装置，具体方法为：

19、选取轻载配电台区的无隔离变压器型柔性互联装置作为直流电压控制模式，其余配电台区的无隔离变压器型柔性互联装置采用功率控制模式；

20、当配电台区三相不平衡度高于设定的阈值时，启动无隔离变压器型柔性互联装置，调节无隔离变压器型柔性互联装置分相有功功率指令，进行三相不平衡电流补偿；

21、当配电台区功率因数低于设定的阈值时，启动无隔离变压器型柔性互联装置，调节无隔离变压器型柔性互联装置无功功率指令，进行无功电流补偿；

22、当某配电台区负载率超过设定的阈值时，启动无隔离变压器型柔性互联装置，调节柔性互联装置有功功率指令，进行互联台区功率转供；

23、当配电台区电压频率异常时，分断台区总进线开关，启动无隔离变压器型柔性互联装置，调节柔性互联装置交流电压指令、交流频率指令，给失电台区供电；

24、当配电台区三相不平衡度、功率因数、负载率、电压频率均在合格范围内时，协调控制器发送停机指令给无隔离变压器型柔性互联装置的四桥臂功率模块，无隔离变压器型柔性互联装置冷待机备用，仅保留控制电源。

25、所述故障阻断型直流配电柜具备快速直流故障阻断能力，即当正极或负极电流传感器检测到电流超过保护阈值时，故障阻断型直流配电柜判断出直流系统出现单极对地故障或极间短路故障，控制igbt快速斩波及闭锁，实现毫秒级阻断限流。

26、所述直流配电单元集成漏电保护算法，当检测到某个直流出线的零序电流超过保护阈值，定位出发生单极对地故障的直流出线，切除对应的直流出线断路器。

27、所述直流配电单元实时采集各直流出线的电流数据，当检测到某个直流出线的电流超过保护阈值，定位出发生极间故障的直流出线，切除对应的直流出线断路器。

28、有益效果：本发明具有如下优点：1、本发明提供的无隔离变压器型柔性互联装置没有隔离变压器，省去隔离变压器的体积和成本，降低隔离变压器部分的损耗；该装置采用四桥臂功率模块和四桥臂脉冲宽度调制(pwm)控制算法，解决了高频共模电压和地线环流问题；2、协调控制器根据配电台区功率转供和电能质量治理需求，自适应启停柔性互联装置，自适应停机时柔性互联装置的pwm脉冲关断，减小了空载开关损耗，在兼顾配电台区尖峰负荷承载能力的基础上提升了系统运行效率；3、本发明提供的故障阻断型直流配电柜在兼顾直流配电效率的基础上，使直流配电系统具备了故障穿越能力，提高了直流配电系统的稳定性。