本發(fā)明涉及一種星型、三角型及混合型拓撲結(jié)構(gòu)的柔性合環(huán)裝置，屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的發(fā)展及負荷種類和數(shù)量的快速增加，配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)日趨復雜化，我國大城市配電網(wǎng)逐步采用電纜線路“2-1”環(huán)網(wǎng)、電纜線路“3-1”環(huán)網(wǎng)等網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，但是受限于系統(tǒng)短路水平等因素的影響，一般采用閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行的方式，一定程度上降低了供電可靠性。因此配電網(wǎng)的供電可靠性和供電質(zhì)量受到了越來越多的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的交流配電網(wǎng)在保障供電可靠性、供電質(zhì)量方面具有一定的局限性。

基于可控電力電子器件的背靠背換流器，由于能夠?qū)崿F(xiàn)潮流的四象限控制、并提供孤島供電電壓源，在解決傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)的潮流轉(zhuǎn)供及孤島供電等方面具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢，可以用作配電網(wǎng)中環(huán)網(wǎng)的母線互聯(lián)，實現(xiàn)柔性合環(huán)運行，提高系統(tǒng)運行可靠性。

目前來講，常規(guī)的背靠背工程采用兩電平及三電平換流器結(jié)構(gòu)，然而城市用地面積緊張，因此，為了無工頻變壓器直掛10kV及以上等級母線，常規(guī)的兩電平及三電平換流器受限于器件耐壓水平而不適用。為了減少占地，僅能采用多電平變流器，目前較為成熟的為模塊化多電平變流器背靠背裝置，并且已經(jīng)應(yīng)用于高壓電網(wǎng)的異步聯(lián)網(wǎng)工程。

然而，模塊化多電平變流器由于共用高壓直流側(cè)，高壓大容量高頻隔離環(huán)節(jié)難以實現(xiàn)，因此在配電網(wǎng)中并不具備實用性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種星型、三角型及混合型拓撲結(jié)構(gòu)的柔性合環(huán)裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中高壓大容量高頻隔離環(huán)節(jié)難以實現(xiàn)的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：一種星型拓撲結(jié)構(gòu)的柔性合環(huán)裝置，包括三個雙端口模塊，所述雙端口模塊由兩個以上的兩側(cè)端口分別對應(yīng)級聯(lián)的基本隔離單元構(gòu)成，所述基本隔離單元包括兩側(cè)的變換器和中間的帶高頻隔離功能的變換器，所述三個雙端口模塊一側(cè)分別連接送端網(wǎng)絡(luò)的三相相電壓，另一側(cè)連接受端網(wǎng)絡(luò)的對應(yīng)相的相電壓。

所述基本隔離單元兩側(cè)的變換器為全橋變換器，中間的帶高頻隔離功能的變換器為LLC諧振變換器。

本發(fā)明還提供了一種三角型拓撲結(jié)構(gòu)的柔性合環(huán)裝置，

包括三個雙端口模塊，所述雙端口模塊由兩個以上的兩側(cè)端口分別對應(yīng)級聯(lián)的基本隔離單元構(gòu)成，所述基本隔離單元包括兩側(cè)的變換器和中間的帶高頻隔離功能的變換器，所述三個雙端口模塊一側(cè)分別連接送端網(wǎng)絡(luò)的三相線電壓，另一側(cè)連接受端網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)線電壓。

所述基本隔離單元兩側(cè)的變換器為全橋變換器，中間的帶高頻隔離功能的變換器為LLC諧振變換器。

本發(fā)明還提供了一種混合型拓撲結(jié)構(gòu)的柔性合環(huán)裝置，

包括三個雙端口模塊，所述雙端口模塊由兩個以上的兩側(cè)端口分別對應(yīng)級聯(lián)的基本隔離單元構(gòu)成，所述基本隔離單元包括兩側(cè)的變換器和中間的帶高頻隔離功能的變換器，所述三個雙端口模塊一側(cè)分別連接送端網(wǎng)絡(luò)的三相相電壓，另一側(cè)分別連接受端網(wǎng)絡(luò)三相線電壓。

所述基本隔離單元兩側(cè)的變換器為全橋變換器，中間的帶高頻隔離功能的變換器為LLC諧振變換器。

本發(fā)明提供的星型、三角型及混合型拓撲結(jié)構(gòu)的柔性合環(huán)裝置，通過將高頻隔離功能融入背靠背換流器，構(gòu)成基本隔離單元，通過兩個以上的基本隔離單元級聯(lián)，形成高壓大容量高頻隔離環(huán)節(jié)，同時具備無工頻變壓器而占地面積小、模塊化高頻隔離單元提供電氣隔離能力的優(yōu)勢，為配電網(wǎng)母線柔性互聯(lián)提供一種可選擇的拓撲配置方案，進而提高交流配電網(wǎng)可靠性并推動其發(fā)展。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述的適用于配電網(wǎng)母線互聯(lián)的柔性合環(huán)裝置；

圖2是一種星型對稱結(jié)構(gòu)的柔性合環(huán)裝置拓撲；

圖3是一種三角型對稱結(jié)構(gòu)的柔性合環(huán)裝置拓撲；

圖4是一種星型和三角型混合結(jié)構(gòu)的柔性合環(huán)裝置拓撲；

圖5是一種基于LLC諧振變換器的高頻隔離單元拓撲。

具體實施方式

本發(fā)明的技術(shù)方案為：提供一種星型、三角型及混合型拓撲結(jié)構(gòu)的柔性合環(huán)裝置，由兩個以上基本隔離單元級聯(lián)構(gòu)成，其中，基本隔離單元包含兩側(cè)變換器和中間帶高頻隔離功能的變換器，如LLC諧振變換器，兩側(cè)變換器由全橋變換器構(gòu)成，進行工頻交流和直流間的轉(zhuǎn)換，為中間帶高頻隔離功能的變換器兩側(cè)提供直流，中間帶高頻隔離功能的變換器采用雙有源橋諧振變換器，用于實現(xiàn)高頻軟開關(guān)運行，基本隔離單元兩側(cè)各有兩個端口，構(gòu)成具備高頻隔離功能的雙端口模塊，通過基本隔離單元兩側(cè)端口的級聯(lián)組合，形成Y型或D型拓撲，即星型接法或三角形接法，根據(jù)需要，基本隔離單元兩側(cè)的級聯(lián)形式可以同時為星型接法，或同時為三角型接法，還可以為一側(cè)是星型接法，另一側(cè)是三角型接法的混合形式，構(gòu)成YY、DD或DY的接線形式，其中Y側(cè)可以根據(jù)系統(tǒng)需要接地，級聯(lián)所得兩側(cè)的高壓端直接接入兩側(cè)送端和受端配電網(wǎng)母線，通過調(diào)整級聯(lián)個數(shù)，可以組合成所需要的電壓等級，能夠方便的嵌入到不同電壓等級的交流配電網(wǎng)中。

如圖1所示為本發(fā)明所述的適用于配電網(wǎng)母線的柔性合環(huán)裝置，由兩個以上的基本隔離單元構(gòu)成，并通過基本隔離單元兩側(cè)的端口實現(xiàn)級聯(lián)，級聯(lián)所得兩側(cè)的高壓端直接接入配電網(wǎng)母線。

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明：

實施例一

如圖2所示為本發(fā)明中所述的星型對稱結(jié)構(gòu)柔性合環(huán)裝置拓撲，包括由兩個以上的基本隔離單元級聯(lián)形成的兩側(cè)具有雙端口的雙端口模塊，共組成三個雙端口模塊，三個雙端口模塊星型連接后，所得兩側(cè)各有一個高壓端對應(yīng)連接低壓母線的三相，如圖2所示，三個雙端口模塊星型連接后，第一個雙端口模塊的高壓端連接ABC三相低壓母線的A相，第二個雙端口模塊兩側(cè)的高壓端連接B相，第三個雙端口模塊的高壓端連接C相。

如圖5所示為一種基于LLC諧振變換器的高頻隔離單元拓撲，根據(jù)現(xiàn)有IGBT成熟功率模塊的耐壓和通流能力，并保證LLC諧振變換器在高頻條件下實現(xiàn)軟開關(guān)，并留有一定的過載裕量，選取1700V/200A的開關(guān)器件，構(gòu)成如圖5所示的基本高頻隔離單元，單元直流環(huán)節(jié)電壓設(shè)定為850V。

本發(fā)明所提基本高頻隔離單元拓撲，僅用于說明隔離拓撲的可能實施方案，但不限于此，其它能夠?qū)崿F(xiàn)高頻隔離功能的變換器同樣適用于本發(fā)明。

如圖2所示，兩側(cè)交流母線電壓為10kV，根據(jù)配電網(wǎng)實際需求，選取其交換容量為2MW，計算可得星型拓撲下流過級聯(lián)模塊的電流為116A。

考慮到柔性合環(huán)裝置需要具備無功輸出能力，因此設(shè)計其空載調(diào)制度為0.8，計算可得每相需要12個基本高頻隔離單元級聯(lián)構(gòu)成，因此每個單元的功率等級為56kW。

本發(fā)明所提電壓等級、容量及級聯(lián)模塊數(shù)量僅用于說明拓撲實施方案，但不限于此電壓等級、容量和級聯(lián)模塊數(shù)量。

實施例二

如圖3所示為本實施例的三角型拓撲結(jié)構(gòu)的柔性合環(huán)裝置，本實施例與實施例一的區(qū)別僅在于：實施例一級聯(lián)后高壓端連接低壓母線的一相，為相電壓，而本實施例為雙端口模塊連接低壓母線的線電壓，形成兩側(cè)的三角型接法。

實施例三

如圖4所示為本實施例的混合型拓撲結(jié)構(gòu)的柔性合環(huán)裝置，本實施例與實施例一和實施例二的區(qū)別在于：本實施例中柔性合環(huán)裝置的一側(cè)采用實施例一所述的星型接法，高壓端連接相電壓，另一側(cè)采用實施例二中的三角型接法，形成混合型拓撲結(jié)構(gòu)，高壓端連接線電壓。

以上實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，凡在本發(fā)明的思路和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。