[发明专利]一种模块化中压三端口柔性多状态开关拓扑

说明书

技术领域

本发明属于柔性多状态开关领域，涉及一种新型的模块化、中压、三端口的柔性多状态开关拓扑。

背景技术

在未来的智能配电网中，广泛接入的分布式电源加剧了系统运行的不确定性，带来一系列问题，如电压越线、线路过载等。这些问题促使配电网进行实时的网络重构与有功功率管理。目前配电网的网络重构主要依靠传统的机械式联络开关，由于开关损耗与冲击电流等限制，传统的机械开关不可能频繁开断，这限制了配电网网络重构的实时性，难以满足未来智能配电网的需求。

柔性多状态开关是一种连接两个或多个配电线路的电力电子装置，可以实时调节两个或多个配电线路间的传输功率，实时调整通断状态，能够取代传统的机械开关，有助于配电网应对分布式电源接入后带来的一系列问题。

截止到目前，世界范围内对柔性多状态开关的研究还停留在整体概念层面与电网运行层面上，而在具体的电力电子拓扑层面上尚属空白。在不同的电压等级、功率等级、端口数量下，柔性多状态开关可以采用的具体拓扑与不同拓扑之间的优劣分析，还属于研究空白。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型电力电子装置，用以取代中压配电系统中的传统的机械式联络开关，该新型电力电子装置称为柔性多状态开关。利用柔性多状态开关，可对多条中压配电进行线路进行联络/断开控制，以实现配电系统网络的快速重构；可对多个中压配电线路进行功率调节，以实现配电网络中的潮流分布优化。为了达到这一目的，柔性多状态开关需要一种合适的拓扑。本发明中提供了一种模块化的中压三端口柔性多状态开关拓扑。

本发明是通过以下的技术方案来实现：

一种模块化中压三端口柔性多状态开关，包括两个降压输入级(甲、乙)与一个串联输出级(丙)。

两个降压输入级的结构相同，均包括一个工频多绕组降压变压器与3N个三相AC-DC变流器；工频降压变压器的一次侧有一个三相绕组，为中压等级，直接与中压配电线路连接；工频降压变压器的二次侧有3N个三相绕组，3N个三相绕组电压等级相同，为低压等级；每个二次侧绕组通过电抗器与一个三相AC-DC变流器的交流侧连接；

串联输出级每相包括N个串联的单相AC-DC变流器，总共有3N个单相AC-DC变流器；每相的N个AC-DC变流器在交流侧串联后与中压配电线路的一相连接；

降压输入级甲的3N个三相AC-DC变流器、降压输入级乙的3N个三相AC-DC变流器与串联输出级丙的3N个单相AC-DC变流器一一对应；每一个降压输入级甲的三相AC-DC变流器与一个降压输入级乙的三相AC-DC变流器与一个串联输出级丙的单相AC-DC变流器在直流侧连接，构成一个柔性多状态开关基本单元，全系统共有3N个这样的柔性多状态开关单元。

所述三相AC-DC变流器由六个带反并联二极管的IGBT构成的三相全桥可控整流电路；所述单相AC-DC变流器由四个带反并联二极管的IGBT构成的单相全桥可控整流电路。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

1、可以实现三个中压配电线路的通/断控制，实现传统机械开关的功能；

2、可以任意控制三个配电线路之间的有功功率流动，超越传统机械开关的功能；

3、可以补偿无功功率与谐波；

4、三级中有一级采用了串联输出结构，可以直接用变流器输出中压，节省了工频升压变压器，与其他拓扑相比，能够实现装置的体积最小。

附图说明

图1为模块化中压三端口柔性多状态开关拓扑。

图2为模块化中压三端口柔性多状态开关的基本单元图。

图3为降压输入级甲的控制框图。

图4为降压输入级乙的控制框图。

图5为串联输出级丙的控制框图。

图6为串联输出级丙的端口电流波形。

图7为降压输入级乙的端口电流波形。

图8为降压输入级甲的端口电流波形。

图9为各个直流母线电容的直流电压波形。

具体实施方式

本发明提供的中压三端口柔性多状态开关拓扑，采用两个降压输入级与一个串联输出级的结构，降压输入级包括工频多绕组降压变压器与多个三相AC-DC变流器，串联输出级包括多个单相AC-DC变流器，各级中的各个变流器在直流电容处分别做背靠背连接。下面结合具体的实施例和附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例：