柔性变电站用500_kVA电力电子变压器研制_李津.pdf
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1、第 卷第期年月电 力 电子技术,柔性变电站用电力电子变压器研制李津,周京华(北 方工业大学,北 京市变频技术工程技 术研究中心,北京)摘要:柔性 变电站 作 为电力电子技 术与变电站相结 合的新一代交直流配电网,支 持电 网合环 运行和双向潮流控制,灵活接入新能源和交直流负荷,有 效提 高清洁能源消纳水平。电力电子 变压器()作 为 柔性 变电站的枢纽,实现多端口电压变换和能 量精准 调控。为满足实际工程中柔 性变电站低压交直流负荷供电以及分布式电源消纳功 能,此处研制了柔 性变电站用,分别从系统结构、装置功能、控制电路、控制算法、通信架构等方 面进行设计,最后给出了现场 实验结果。结果表明,
2、设计装置控制性能稳定,运行逻辑完备,满足柔性变电站工程运行技术要求。关键词:电 力 电子变压 器;柔性变电站;负荷 供电中图分类号:文献标识码:文章编号:()(,):,?,()?,?,?,:;:(),随着 分布式新能源 大 规模应用的不断发 展,可实 现多种新 能源与储能设 备 柔性 接入、直流负荷直供、交直流配电网互联等功能的柔性变电站得到了越来越广泛的关注。通过柔性变电站,可减 小分布式能源和直流负荷接入的交直流变换环节,增强新 能源就地消纳能力。目前 我国 己建成多个柔性变电站示范工程。基金项目:北京市 高水平创新团队建设计划()定稿日期:作者简介:李津(),男,博士研究 生,研究方向
3、为大功率电 力 电子变换技术。作 为其中的能量调控枢纽,具有多个交直流端口,可连接不同 电压等级的交 流、直流配电引言系统,实现对配电网络的快速、精 准的功率和电压调控。典 型的级 式结构 具有中压交流、中压直流、低压直流和低压交流个端口,包括整流级、隔离级 和逆变级,每一级可根据 功率、电压等级采用不同拓扑以优化效 率和体积,实现交直流配电网互联、电能 质量调节、新能源接入年月日,世界首 个多功能 柔性变电站示范工程一保定徐 水驿站柔性 变电站 顺利投运。该工程集 光 伏、储能、电动重卡、数据中心等“源网荷 储”高度融合、多 能互补、交直流混合配电于一体,是零碳交通能源互联网综合示范工程。这
4、里围绕 该 柔 性变电站工程,结合项目功能需求,分 析说明柔性变电站的系统方案,研制 用于低压直流端母线供电的低压逆变级,阐述了装置的 系统 功 能、控制电路、控制算法、通柔性变电站用电力电子变压器研制陨充 电故 障触发、,预 充电超 时恒功率恒压指令图状态转移逻辑图控制系统上电后,经过系统初始化 进入停机状 态,此时系统默认接收大后台和协调控制器的远程指令。交流 恒 功率模 式下的有 功、无功功 率指令来自协调控制器、大后台监控系统、本地设置,三者取其一;直流恒电压模式下的 电压目标 值以及运行 指令来自大 后台监控系统、本地设置系统测试指令上电初 始 化流电压为,额定交流电流为,额定 功率
5、 为,工作 制式为四象限运行模式,额定直流电压为,额定直流电流为。主电路拓扑 如图所示。,醫:,图主电路拓 扑装置功能及状 态逻辑为实现 直流母线上光伏发电、储能系统 与直流负荷的能量交换,需提供稳定的直流电压支撑。首先,装置需具 备直流 恒压控制功能,在重卡换电负荷较小情况下,由备用供电;其次,需具备 交流恒功率控制 功 能,在提供电压支撑 时,用以控制段母 线 侧的有功 功 率和无功功 率,实现交直流电 网能量互联、潮 流 控制。另外,为保证柔性 变电站启动过程 母线电压可控,需具备直流母线 预充电控制功能,为 段母线提供电压支撑。为满足上述控制功 能,装置的状态转移逻辑如图所示。根据要求
6、,装置运行状态主要包 含:停机 状 态、预充电状态、直流恒压状态、交流恒功率状态、故障 状态以及测试状态。信 架构等万面,实现了柔 性变电站中 低压直流端电压支撑和交流有功、无功功 率调度 功能。装置设计柔性变电站系统 方案保定零 碳交通能源互联网柔性变电站综合示范工程中,通过 柔性变电站,接入多电压等 级、多能量形态的供电 电源,实现分布式 光伏电源的直流并网、储能 系统 协调控制;结合本地电动重卡 换电负荷(峰值功 率)以及分散式数据中心负荷,实现交直流负荷的混合输出;另外,实现了中压众(:(:,(:(:,(:人(:,低压八 变换器、无功补偿 装置等设备一站式集成。为 满足上述功 能需求,
7、保定零碳交通能源互联网柔性 变电站综 合示范工程系统 方 案如图所示。线 路线路柔性变电站结 构段母线段母 线 端口图柔性变电站系统结 构 该 项目包含了套,其中容量为,电压比为()();容量为,电压比为()();容量,电压比()()。套接入柔性 变电站,形成灵活的交直流柔性配电结 构。直流母线则单独为 本地数据中心负荷供电。直流母线 分别接入:总功率为的屋顶 光伏和建筑外立面光伏发电系统,电动重卡换电负荷,储 能系统,为本地 负荷供电 的逆变装置。这里聚焦 于容量为的装 置设计,采用两套 三相 两电平变换器并联,配备无源阻尼滤 波器以及交流预充电电阻,满足两支路并联运行或一主一备运行方式,以
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