摘要：本文针对电力电子变压器用于ac/dc分销网络，根据孤岛模式分销网络的运行特点，提出了一种自动操作控制策略应用于岛模型，通过建立全球多个端口的传输模型，统一的一个港口的运行状态，协调每个端口的能量交换，充分发挥电力电子变压器的优点，相互支持，各港口能源实施与电网自主运行。建立了电力电子变压器交流/直流配电网络仿真系统，验证了控制策略的有效性。
关键词：交直流配电网；电力电子变压器；自治运行；多端口传输模型
伴随着分布式发电、储能、电力电子等技术的不断发展，配电网中用户侧分布式可再生发电容量占比不断提高，分布式储能、直流负荷等供电需求日益显现，配电网中潮流在电网与用户、高压配电网与中压配电网、中压配电网与低压配电网之间双向互动的需求日益增多。与交流配电相比，直流配电因具有无稳定性问题、输电效率高、调节快速可靠、节省输电走廊等优势，成为未来配电网的发展趋势。
1电力电子变压器概述及特征
电力电子变压器（ＰＥＴ）是一种将电力电子器件和高频变压器相结合的装置，相对传统变压器，ＰＥＴ具有体积和重量小、无需变压器油等优点。由于具有高低压交流端口和直流端口，工作过程中同时兼有直流与交流环节，各种小容量分布式电源（ＤＧ）可经ＰＥＴ接入电网[1]。ＰＥＴ在完成常规变压器对电压等级变换、电气隔离和能量传递等功能的同时，还能实现潮流控制和电能质量调节等功能，有效隔离电压波动以及谐波传递，实现电网侧和负载侧的解耦。通过ＰＥＴ控制策略的合理设计，可实现不同电力特征电能之间的相互转换，实现高低压、中低压配电网能量的协调管理。目前，针对ＰＥＴ的控制策略研究只是把ＰＥＴ当做被动执行元件，无法发挥ＰＥＴ智能、支持ＤＧ和负荷更灵活接入的特点。文献仅分析了ＰＥＴ的基本控制策略和调制方式，未涉及与配电网的协调运行。而ＰＥＴ在实际交直流配电网中，需要复杂的调度控制算法，过分依赖于上层控制器和通信网络，无法完全发挥ＰＥＴ各个端口能量互通、相互支撑的优势。文献针对交直流配电网的能量传输提出了一种混合功率下垂控制策略，根据端口特征信号计算不同端口间需传输的功率，但该控制器设计复杂，计算量大，且无法实现端口间能量的任意分配。文献提出了两种近似的电力电子变换器的双向下垂控制方法，但均只考虑单一电压等级，且各端口必须按照统一的负荷率输出功率。本文采用基于模块化多电平换流器（ＭＭＣ）结构的ＰＥＴ拓扑，根据孤岛模式下配电网的运行特性，提出了一种应用于孤岛模式的自治运行控制策略，通过建立全局化的多端口传输模型，根据端口特征信号，实现多端口的标幺化，统一各端口的运行状态，协调各端口的能量交换。通过平移端口特征曲线，改变各端口的负荷率，不依靠上层控制，充分发挥ＰＥＴ各个端口能量互通、相互支撑的优势，实现配电网的自治运行。最后，通过含ＰＥＴ的交直流配电网仿真系统，验证了控制策略的有效性。１ ＰＥＴ结构本文采用基于ＭＭＣ的ＰＥＴ拓扑，如图１所示。高压输入级采用ＭＭＣ结构，每个桥臂由ｎ个子模块（ＳＭ）和一个串联电抗器Ｌα组成，子模块采用级联方式。高压输入级可以参考ＭＭＣ的基本控制方式。文献根据ＭＭＣ子模块能量均分和电压均衡原则，提出了一种子模块电容电压平衡控制策略，能有效平衡各子模块电容电压，保证直流电压的稳定。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆文献提出了一种基于ＭＭＣ环流模型的通用环流抑制策略，无需负序坐标变换和相间解耦，可对任意相数的ＭＭＣ实现环流抑制。 中间隔离级将输入较 高的直流电压转变为高频交流电压，经过高频变压器降压，在副边再还原为较低的直流电压输出。由于输入侧电压等级较高，故直流／直流变换器模块采用输入串联、输出并联的组合方式。
2交直流配电网特性分析
含ＰＥＴ的交直流配电网结构ＰＥＴ通过中、低压交直流端口连接中、低压交直流配电网。各配电网均包含光伏和风电机组等ＤＧ，以及蓄电池、超级电容和燃料电池等储能单元。在并网模式下，１０ｋＶ主网接入中压交流端口，支撑交流配电网母线电压、频率和直流配电网母线电压[2]。在孤岛模式下，交直流配电网均与主网断开连接，储能单元为交直流母线提供电压和频率支撑。由于缺少了主网对功率的支撑，系统内负荷所需功率均由ＤＧ提供，功率协调尤为重要，故配电网间快速准确的功率传输是ＰＥＴ控制的核心。
3自治运行控制策略
下垂控制方法现已广泛应用于ＤＧ的控制当中，采用下垂控制的ＤＧ，可以依据公共连接点的信息及输出功率，自动调整工作点，使得多台逆变器之间实现协调运行。本文中使用下垂控制的ＰＥＴ与传统使用下垂控制的逆变器有所不同，传统逆变器只有一个输出端口，通过下垂控制使多个逆变器可以协调运行，而ＰＥＴ是多端口装置，每个端口连接不同的配电网络，运行时需要协调各个端口的功率输出，保证整个装置的传输功率平衡。目前对于ＰＥＴ能量输送及平衡的研究，基本都是利用上级电网或控制器的调度指令，ＰＥＴ被动地实现能量传输，本文则利用下垂控制实现ＰＥＴ各个端口的功率平衡，以及不同端口连接的不同配电网络电能质量的最优控制，有利于柔性变电站的无人值守及智能自治运行[3]。在ＰＥＴ全局化多端口传输模型的基础上，通过ＰＥＴ各级控制实现端口间能量的分配。直流端口作为连接不同电压等级交直流配电网的“桥梁”，承担着不同电压等级配电网间能量分配的任务。
4.结语
本文根据岛模式分销网络的运行特点，提出了一种模型应用于岛宠物自动操作控制策略，通过建立全球多个端口的传输模型，根据端口信号的特点，实现多端口耀华，通过仿真验证提出的自主运行控制策略，实验结果表明，该控制策略不能充分发挥每个端口可以共享的PET数量，支持彼此的优势，实现配电网的自主运行。然而，这种方法的局限性是由于多端口传输模型的局限性，每个端口不能被解耦，这需要进一步的研究。
参考文献：
[1]汤广福.罗湘.魏晓光．多端直流输电与直流电网技术[J]．中国电机工程学报.2014（02）：11-14
[2]李岩.罗雨.许树楷.等．柔性直流输电技术：应用、进步与期望[J]．南方电网技术.2015（05）：45-47
[3]廖国虎.邱国跃.袁旭峰．电力电子变压器研究综述[J]．电测与仪表.2015（04）：30-31
论文作者:王晨,于赫,梁琼,王哲人 王长奎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/14
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