本技術(shù)涉及柔性交流變換，具體而言，涉及一種多端口柔性互聯(lián)裝置、交直流混合輸電系統(tǒng)和交流變電站。

背景技術(shù)：

1、柔性互聯(lián)方案能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)不同區(qū)域電源之間相互連接，相互支援，使供電網(wǎng)絡(luò)閉合運(yùn)行，提高用戶的供電可靠性。

2、傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的合環(huán)運(yùn)行方式是基于雙路電源的供電方式，將線路、變壓器或斷路器連接構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)閉合運(yùn)行方式，類似于“手拉手”的供電網(wǎng)絡(luò)。隨著新型電力系統(tǒng)發(fā)展，為了進(jìn)一步提升用戶供電可靠性，更好的對(duì)新能源進(jìn)行就地消納，供電網(wǎng)絡(luò)、電源形式以及負(fù)荷特性復(fù)雜度增加，雙路電源互聯(lián)無(wú)法滿足應(yīng)用需求，大于2路電源之間的多端互聯(lián)的需求逐漸增加。

3、多端柔性互聯(lián)能夠充分調(diào)配區(qū)域之間的能源，具有更好的靈活性和可靠性。而現(xiàn)有柔性互聯(lián)的解決方案存在如下缺陷：

4、(1)ac-dc-ac的交直交變流器將兩路電源的交流母線連接起來(lái)，背靠背的兩個(gè)變流器中間有直流母線隔離，交流側(cè)分別調(diào)節(jié)交流電壓幅值和相位，可以實(shí)現(xiàn)柔性合環(huán)，由于有公共的直流母線，增加互聯(lián)的端數(shù)可以通過(guò)增加交直變流器實(shí)現(xiàn)，該方案雖然在原理上能夠?qū)崿F(xiàn)多端互聯(lián)，但是在調(diào)控潮流時(shí)，變流器要耐受全電壓、全電流，成本、損耗和占地都較高。

5、(2)“cn115483683a柔性交流合環(huán)裝置及系統(tǒng)”是申請(qǐng)人提出的一種串并聯(lián)型的柔性互聯(lián)方案，與交直交變流器方案相比，該方案在連接的兩個(gè)電源點(diǎn)幅值差和相角差差較小時(shí)，由于換流器僅流經(jīng)部分功率，成本、占地和效率具有顯著優(yōu)勢(shì)。但是該方案在拓展到多端互聯(lián)應(yīng)用時(shí)，也存在較多弊端。例如，該方案為交流端口兩兩連接和調(diào)控功率，當(dāng)交流端口為2、3、4或5個(gè)時(shí)，分別需要的互聯(lián)裝置為2、3、6或9。因此，隨著連接交流端口數(shù)量增加，互聯(lián)裝置數(shù)量大幅度增加。又例如，該方案在控制上處于各自為政的狀態(tài)，沒(méi)有統(tǒng)一的功率調(diào)控措施，容易造成調(diào)度的困擾。又例如，該方案不利于擴(kuò)容接入，在已有n個(gè)交流端口且按所有端口均有功率調(diào)控的要求下，每增加一個(gè)端口需要新增n個(gè)互聯(lián)裝置，經(jīng)濟(jì)性較差。

6、因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，缺少一種同時(shí)滿足靈活性、經(jīng)濟(jì)性要求的多端互聯(lián)裝置解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)旨在提出一種多端口柔性互聯(lián)裝置、交直流混合輸電系統(tǒng)和交流變電站，以解決上述的至少一種問(wèn)題。

2、根據(jù)本技術(shù)的一方面，提出一種多端口柔性交流互聯(lián)裝置，包括公共交流母線和多個(gè)三相串聯(lián)單元，所述三相串聯(lián)單元一端電連接所述公共交流母線，另一端引出交流端口，其中：每個(gè)所述三相串聯(lián)單元均包括多個(gè)分相串聯(lián)單元，每個(gè)所述分相串聯(lián)單元均包括串聯(lián)連接的電抗器和換流鏈。

3、根據(jù)一些實(shí)施例，所述交流端口和/或公共母線的電壓向量頻率相同；或所述交流端口和/或公共母線的電壓向量在容忍周期內(nèi)頻率變化的積分為0。

4、根據(jù)一些實(shí)施例，所述公共母線的電壓幅值和相位通過(guò)調(diào)節(jié)任一個(gè)所述三相串聯(lián)單元的換流鏈的輸出電壓建立。

5、根據(jù)一些實(shí)施例，所述換流鏈包括多個(gè)串聯(lián)的功率模塊，所述容忍周期的長(zhǎng)度和所述功率模塊的個(gè)數(shù)成正比。

6、根據(jù)一些實(shí)施例，所述公共交流母線的電壓幅值為所述多個(gè)三相串聯(lián)單元交流端口電壓幅值的平均值；所述公共交流母線的電壓相角為所述多個(gè)三相串聯(lián)單元交流端口電壓相角的中間值。

7、根據(jù)一些實(shí)施例，所述功率模塊包括交直交功率子模塊或交直功率模塊，其中，所述交直交功率模塊包括第一橋式電路和/或第二橋式電路；所述交直功率模塊包括第三橋式電路，所述第三橋式電路包括功率半導(dǎo)體器件和直流電容。

8、根據(jù)一些實(shí)施例，所述第一橋式電路和所述第二橋式電路的直流端并聯(lián)，其中，所述第一橋式電路和/或所述第二橋式電路包括功率半導(dǎo)體器件和直流電容。

9、根據(jù)一些實(shí)施例，所述第二橋式電路的交流端與外部隔離供能裝置電連接，所述外部隔離供能裝置為所述交直交功率子模塊提供相互隔離的交流電源。

10、根據(jù)一些實(shí)施例，所述隔離供能單元包括多繞組變壓器，所述多繞組變壓器的原邊連接所述三相串聯(lián)單元的交流端口或外部交流電源，副邊與所述第二橋式電路的交流端電連接。

11、根據(jù)一些實(shí)施例，所述隔離供能單元包括多個(gè)高頻隔離供能模塊，每個(gè)所述高頻隔離供能模塊均包括高頻變壓器和高頻全橋模塊，其中，所述高頻全橋模塊的直流側(cè)并聯(lián)，交流側(cè)通過(guò)所述高頻變壓器與所述交直交功率模塊的交流端電連接。

12、根據(jù)一些實(shí)施例，所述高頻全橋模塊包括以單相全橋連接方式連接的功率半導(dǎo)體和直流電容。

13、根據(jù)一些實(shí)施例，所述換流鏈包括通流阻斷模塊，所述通流阻斷模塊包括功率半導(dǎo)體支路、二極管整流橋和直流電容，所述直流電容并聯(lián)連接在所述二極管整流橋的直流端，其中，所述功率半導(dǎo)體支路并聯(lián)連接在所述二極管整流橋的交流端；或所述功率半導(dǎo)體支路并聯(lián)連接在所述二極管整流橋的直流端。

14、根據(jù)一些實(shí)施例，所述換流鏈包括通流阻斷模塊，所述通流阻斷模塊包括二極管整流橋，且在所述二極管整流橋的上橋臂或下橋臂中各個(gè)二極管的兩端增加反并聯(lián)igbt。

15、根據(jù)一些實(shí)施例，所述通流阻斷模塊還包括機(jī)械開關(guān)，所述機(jī)械開關(guān)與所述二極管整流橋的交流端串聯(lián)。

16、根據(jù)一些實(shí)施例，所述通流阻斷模塊的直流電容的兩端并聯(lián)放電回路，所述放電回路包括串聯(lián)連接的放電電阻和放電開關(guān)，且所述直流電容和所述放電回路并聯(lián)連接后與隔離開關(guān)串聯(lián)。

17、根據(jù)一些實(shí)施例，所述功率半導(dǎo)體支路包括至少一個(gè)功率半導(dǎo)體器件，所述至少一個(gè)功率半導(dǎo)體器件串聯(lián)限流回路。

18、根據(jù)一些實(shí)施例，當(dāng)所述功率半導(dǎo)體支路導(dǎo)通時(shí)，所述通流阻斷模塊處于通態(tài)工作狀態(tài)；當(dāng)所述功率半導(dǎo)體支路關(guān)閉時(shí)，且所述直流電容電壓抬升后，所述通流阻斷模塊處于阻斷工作狀態(tài)；當(dāng)所述功率半導(dǎo)體支路關(guān)閉時(shí)，以及在所述直流電容電壓抬升和所述機(jī)械開關(guān)分?jǐn)嗪?，所述通流阻斷模塊處于分?jǐn)喙ぷ鳡顟B(tài)。

19、根據(jù)一些實(shí)施例，所述多端口柔性互聯(lián)裝置還包括啟動(dòng)單元，所述啟動(dòng)單元并聯(lián)連接在所述公共交流母線上，其中，所述啟動(dòng)單元包括以星形方式連接的開關(guān)。

20、根據(jù)一些實(shí)施例，所述換流鏈為多個(gè)交直功率模塊的串聯(lián)連接，所述交直功率模塊由四組功率半導(dǎo)體器件和直流電容構(gòu)成；所述多端口柔性互聯(lián)裝置還包括平衡補(bǔ)償單元，其中，所述平衡補(bǔ)償單元的交流側(cè)直接連接或經(jīng)變壓器電連接所述公共交流母線。

21、根據(jù)一些實(shí)施例，所述平衡補(bǔ)償單元包括無(wú)功發(fā)生器和/或交直變流器，其中，所述無(wú)功發(fā)生器包括星接或角接的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，其中，所述鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)包括三相換流鏈，且所述無(wú)功發(fā)生器中的每相換流鏈由交直功率模塊級(jí)聯(lián)而成；所述交直變流器包括模塊化多電平換流器、兩電平換流器和/或三電平換流器。

22、根據(jù)一些實(shí)施例，所述無(wú)功發(fā)生器中的交直功率模塊包括直流電容，且所述無(wú)功發(fā)生器中的交直功率模塊中的直流電容還連接供能單元或儲(chǔ)能單元，其中：所述供能單元包括多繞組變壓器和整流橋，所述多繞組變壓器副邊經(jīng)整流橋連接交直功率模塊的直流電容；或所述儲(chǔ)能單元與無(wú)功發(fā)生器中交直功率模塊中的直流電容電連接。

23、根據(jù)一些實(shí)施例，所述公共交流母線對(duì)地連接外部過(guò)電壓保護(hù)裝置，所述換流鏈兩端跨接所述過(guò)電壓保護(hù)裝置。

24、根據(jù)一些實(shí)施例，所述電抗器布置在所述交流端口側(cè)，且所述多端口柔性互聯(lián)裝置根據(jù)所述電抗器電流與所述公共交流母線的電壓矢量的乘積生成有功功率控制指令和/或無(wú)功功率控制指令。

25、根據(jù)一些實(shí)施例，所述多端口柔性互聯(lián)裝置還包括控制模塊，所述控制模塊包括多個(gè)子系統(tǒng)控制器和協(xié)調(diào)控制器，其中，所述子系統(tǒng)控制器與所述換流鏈一一對(duì)應(yīng)，所述子系統(tǒng)控制器根據(jù)所述公共交流母線的電壓幅值和相位生成有功功率指令和/或無(wú)功功率指令，所述協(xié)調(diào)控制器根據(jù)所述有功功率指令和/或所述無(wú)功功率指令控制對(duì)應(yīng)的換流鏈。

26、根據(jù)一些實(shí)施例，所述協(xié)調(diào)控制器包括電流源型有功潮流控制模式、阻抗型有功潮流控制模式、無(wú)功功率控制模式和/或電壓控制模式，其中，在所述電流源型有功潮流控制模式下，所述協(xié)調(diào)控制器通過(guò)調(diào)制所述換流鏈的輸出電壓，直接控制所述電抗器電流；在所述阻抗型有功潮流控制模式下，所述協(xié)調(diào)控制器通過(guò)調(diào)制所述換流鏈的輸出電壓，以影響阻抗分配，從而間接控制流過(guò)所述多端口柔性互聯(lián)裝置的電流；在所述無(wú)功功率控制模式下，所述協(xié)調(diào)控制器以所述交流端口的無(wú)功功率為目標(biāo)調(diào)制所述換流鏈的輸出電壓；在所述電壓控制模式下，所述協(xié)調(diào)控制器以所述公共交流母線的電壓或任一交流端口的電壓為目標(biāo)調(diào)制所述換流鏈的輸出電壓。

27、根據(jù)一些實(shí)施例，在所述電流源型有功潮流控制模式下，所述協(xié)調(diào)控制器進(jìn)一步配置為：設(shè)定控制目標(biāo)，并下發(fā)到所述子系統(tǒng)控制器，所述控制目標(biāo)包括所述交流端口的有功功率指令和/或無(wú)功功率指令，以及所述公共母線電壓的幅值和相角；執(zhí)行啟動(dòng)步驟，并為所述換流鏈中的橋式電路的直流電容充電；選擇任一所述三相串聯(lián)單元，以所述公共母線的電壓向量為控制目標(biāo)，控制所選三相串聯(lián)單元的輸出電壓，以建立公共母線電壓；控制其他子系統(tǒng)控制器根據(jù)對(duì)應(yīng)交流端口的電壓向量和所述公共母線電壓向量的關(guān)系，根據(jù)所述有功功率指令和無(wú)功功率指令，控制對(duì)應(yīng)的電抗器的電流。

28、根據(jù)本技術(shù)的一方面，提出一種交直流混合輸電系統(tǒng)，包括如前任一所述的多端口柔性交流互聯(lián)裝置，還包括交直變流器和/或直交變流器，其中，所述交直變流器的直流端引出連接直流負(fù)載和/或所述直交變流器的直流端；所述直交變流器的交流端連接另一個(gè)交直流混合輸電系統(tǒng)。

29、根據(jù)本技術(shù)的一方面，提出一種交流變電站，包括如前任一所述的多端口柔性交流互聯(lián)裝置、第一類交流饋線和第二類交流饋線，其中，所述多端口柔性交流互聯(lián)裝置中的任一三相串聯(lián)單元作為主串聯(lián)單元，其他三相串聯(lián)單元為從串聯(lián)單元，所述主串聯(lián)單元的一端連接所述交流變電站的進(jìn)線，另一端連接的公共交流母線作為所述交流變電站的交流母線；所述從串聯(lián)單元的一端連接所述交流變電站的交流母線，另一端連接所述第一類交流饋線；所述第二類交流饋線連接在所述交流變電站的交流母線上。

30、根據(jù)一些實(shí)施例，所述第一類交流饋線和/或第二類交流饋線包括負(fù)荷和/或新能源電源，所述新能源電源包括光伏、風(fēng)電和/或儲(chǔ)能。根據(jù)本技術(shù)的實(shí)施例，通過(guò)將換流鏈連接在公共交流母線和交流電源之間，并以交流母線為中心點(diǎn)，以方便實(shí)現(xiàn)多端口的交流互聯(lián)。

31、根據(jù)另一些實(shí)施例，通過(guò)選擇其中一個(gè)換流鏈作為調(diào)控執(zhí)行單元，實(shí)現(xiàn)了公共交流母線的電壓幅值和相位可控，極大的增加了該裝置調(diào)控的靈活性。并當(dāng)調(diào)節(jié)公共交流母線的電壓幅值和相位為各個(gè)交流端口的中間值時(shí)，裝置將取得最佳的工作運(yùn)行點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

32、根據(jù)另一些實(shí)施例，通過(guò)提出交流端口和/或公共母線的電壓向量頻率相同或在容忍周期t內(nèi)頻率變化的積分為0的技術(shù)特征，給出了多端口柔性交流互聯(lián)裝置在使用時(shí)需要滿足的頻率要求，以及容忍周期的影響因素，以便于更好的發(fā)揮裝置的調(diào)控效果。

33、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本技術(shù)。