中压配电网柔性互联设备的电路拓扑与控制技术分析

控制技术分析

摘要：柔性互联技术丰富了配电网的控制功能，让配电网架构更加灵活，成为配电网架构的重要技术。基于此，本文通过分析柔性互联设备电路拓扑，进一步分析了柔性互联设备的控制技术，以期为后续进一步挖掘互联设备的功能和发展奠定基础。

关键词：中压配电网；柔性互联设备；电路拓扑；控制技术

引言：柔性互联技术推动了配电网多功能化、灵活控制化发展，成为配电网现代化结构的重要技术。相比于低压配电网互联，终压柔性互联在控制技术和拓扑结构上存在很大差异，考虑到中压配电网现场要求和线路容量的差异，需要对中压配电网互联设备的电路拓扑以及控制技术展开研究，更有利于展望后续发展方向。

1.中压配电网柔性互联设备的电路拓扑 1.1模块化多电平型

柔性互连拓扑结构采取模块化多电平技术实现，并按照隔离风湿分为非隔离型、中高频隔离以及工频隔离三类。工频隔离型设备结构中，在工频连接变压器支持下，中压交流馈线和变流器进行连接，变压器主要在交直流间传递阻断零序分量，保证和电网电压匹配，可以在不同等级电压中实现异步互联。AC/DC变流器选择MMC电路拓扑结构，接入35kV交流/20kV交流中压配电网，直流电压选择20kV；接入20kV/10kV中压配电网，直流电压选择10kV。直流母线结构扩展能力强，接受多交流馈线接入，形成柔性互联设备。通过隔离型DC/DC变换器的配置，能够支持低压直流和交流馈线的接入，形成柔性互联方案。由于工频联接变压器占地空间相对大，对柔性互联产生一定限制，使用中频隔离方案，通过直流变压器端口电压为10kV，全桥变换器实现串联[1]。使用中高频隔离变压器替代，可以

阻断零序电流和电气，在面积和体积上均得到控制。在中压配电网柔性互联要求下，增加电子变压器，使用柔性互联设备包含器件数量更多，系统更加复杂，增加设备成本。非隔离方式是未来主要发展方向，非隔离变压器输出电压需要和配电网匹配，主要应用MMC方式，利用全桥子模块等模块串联方式，可以降低成本，并进一步压缩体积。

1.2变压器降压型

变压器降压型设备利用工频降压变压器降低中压交流至1.14kV交流、0.4kV交流以及0.69kV交流等等级，借鉴柔性互联设备思路，使用三电平交流-直流-交流或者两电平交流器完成柔性互联。方案选择1kV直流、750V直流电压等级，工频变压器支持直流母线以及交流馈线隔离，直流设备可以直接接入DC/DC变换器，提高设备能量变换效率，降低系统集合难度。柔性互联方案在成本上具有明显优势，考虑到传输功率容量，该方案市场价值高，潜力广。但该方案由于功率增大，也会增加变压器体积。

2.中压配电网柔性互联设备的控制技术 2.1系统控制

系统控制主要依赖于电网管理系统实现，通过集中式运行调度方案，调度多个柔性互联设备，管理系统将系统最优作为目标，经过计算对系统设备功率指令值进行调整，调节配电网系统分布，支持系统安全运行[2]。大部分柔性互联采取集中运行控制，随着系统扩大规模，提高了信息处理难度。

2.2电流跟踪控制

设备协同控制的实现主要依赖于电流跟踪控制，主要利用协同控制器对互联设备进行控制，协同控制对所有设备进行功率和能量的分配控制，对馈线电压进行调节管理。功率变换器的控制根据协同指令进行控制，对AC/DC变流器控制，是运行主要控制策略。AC/DC变流器主要通过电流跟踪控制模式，又称馈网控制以及网型控制，在控制模式下变流器可以并联阻抗电流源，通过控制电流对输出功率进行控制，响应速度快，增加直流电压等外环控制。通过外环控制设计可以

满足故障控制的灵活控制要求，是目前广泛使用的控制方式。由于结构复杂，中压配电网具有电能质量差、强度弱的特征，不能适应配电网系统不稳定，阻抗动态变化的特点，容易出现系统不稳定的问题。对于电流跟踪控制中电网阻抗以及相环带宽之间属于强耦合关系，接入点电网波动会造成相环引入不对称环路，对变流器稳定性造成破坏。要对控制器进行优化，提高其动态静态响应能力。电网电压前馈系数会影响到系统稳定性，提出电网前馈系数优化策略。对于弱配电网中电压不平衡的问题，电网电压存在零序、负序以及正序分量。正序和负序分量互相产生作用可嫩会造成侧有功以及无功功率的频波动分量。由于柔性互联设备接口之间要保持有功平衡，有功功率会造成母线波动，对接口稳定性产生影响[3]。因此需要单独控制正负序电流，从而对柔性互联设备进行控制。不平衡配电网的零序电流问题可能会引起共模电压，危害到配电网的安全稳定性。考虑到技术和经济性要求，中压配电网互联设备采取三相三线制，变压器联接进行零序分量的阻抗。柔性互联设备在稳态运行过程中，要考虑到正负序分量影响。柔性互联中，应用MMC半桥型和混合型相结合，混合型设备具有控制零序能力，能够抑制零序电流，从故障馈线中传递阻断零序分量。

2.3构网型控制

由于电流跟踪控制难以控制频率，柔性互联设备的功能和应用场景决定了对多侧和一侧馈线支撑能力。构网型控制策略是目前AC/CD变流器研究热点，构网型变流器为电压源串联阻抗。通过输出端电压对输出功率进行控制，成为配电网变流器主要方向。构网型控制策略具有阻尼和惯性能力，技术趋于成熟。将构网型控制和柔性互联设备相结合，更能支撑配电网发展，下垂控制结构可以对下垂系数动态调整，改善柔性互联设备功率，保证系统稳定性，能够对主从控制的不足进行改善，柔性互联设备具有较为广泛的能力，下垂控制不足在于阻尼和惯性不足，是发电机控制的主要原因。根据柔性互联设备接口，将新能源、储能相结合，形成柔性互联设备，和发电机控制技术同步，支撑配电网。柔性互联设备能够支撑交流馈线的调压需求，提高互联设备灵活度。同步控制发电器能够在电网故障中，调节冲击电流，可以改善故障电流需求。避免受到较大冲击电流后，造成设备损坏，从而抑制冲击电流。电流跟踪控制具有较快的响应速度以及电流内环，能够对电流起到抑制作用。电流故障期间可以将虚拟同步发电机切换为根网

控制，但切换模式瞬间可能引起瞬态冲击，威胁电网稳定性。目前对于同步发电机的控制应降低冲击电流的威胁，是当前主流研究方向。中压配电网出现电压跌落时，主要受到了负序分量的影响，构网型控制在参考指令中将负序分量作为前馈，前馈分量可以抵消负序分量，实现电流分量抑制，变流器输出功率和电压幅值存在正比关系，可以根据电压跌落度进行功率给定值修订。根据跌落度快速调整功率给定值，降低变流器正序电流，从而抑制冲击，提高电网稳定性。

结论：综上所述，目前柔性互联设备正逐渐引进电力电子技术，扩展无功补偿、谐波治理等功能，不断丰富电网功能，提高电网稳定性。由于柔性互联设备接口较多，能够进行扩展性能，适应多个应用场景，深度挖掘附加价值。因此通过对互联设备电路结构和控制技术的研究，能够进一步完善设备功能，提高其经济效益。

参考文献：

[1]张一帆,陈斌,刘昱鑫,等. 基于信息流的医疗设备柔性智能制造研究[J]. 现代仪器与医疗,2022,28(06):71-77.

[2]刘俊英,余赓帆,万志远. 基于增强现实技术的柔性互联变电站雷电过电压仿真与分析[J]. 电子测试,2021,(09):119-120+129.

[3]胡鹏飞,朱乃璇,江道灼,等. 柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望[J]. 电力系统自动化,2021,45(08):2-12.