固态变压器

基于模块化多电平变换器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer, MMC-SST)是实现交直流混合配电网柔性互联及能量多向流动的关键装备。针对固态变压器输入级MMC子模块电容纹波电压过大，导致装置的体积和成本增加的问题，提出一种基于比例重复控制的MMC-SST改进纹波电压抑制策略。首先利用基于比例重复控制的电容电压闭环得到调整后的功率移相角。然后，通过双有源桥变换器将子模块电容纹波功率传递到低压直流母线，从而有效抑制MMC子模块的各频次纹波电压，达到减小电容值的目的。最后，仿真结果表明在网侧电压对称或不对称工况下，基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略均具有良好的纹波电压抑制能力。

随着分布式新能源发电、电气化荷-储更大规模接入，传统交流配电网已无法满足由于能源转型带来的电网升级需求。“源-网-荷”问题本质是面对新型源荷所存在的时空分布不均与能量波动特性，现有配用电网缺乏能量互通路径和能流调节手段。对比传统配电网一次设备的调节手段，柔性互联可取代传统联络开关，实现配电网馈线的常态化柔性互联，增强配电网快速、灵活的调节能力，馈线间互联互济，提高配电网运行水平。此外，传统配电网架构的调节手段无法满足电动汽车、数据/通信中心、分布式新能源等直流型源-荷迅速发展的需求，以多端馈入型固态变压器为核心的新型交直流混合配电网可增强配电网快速、灵活的调节能力，实现馈线潮流灵活调节。本报告介绍柔性互联技术在配电网中的典型应用场景，并从电压等级角度介绍中压柔性互联关键技术及低压柔性互联关键技术，最后介绍柔性互联技术的应用与展望。

为实现中低压直流互联场景中串并联直流固态变压器的高效传输和灵活调压，组合CLLLC变换器模块和Buck/Boost-CLLLC变换器模块形成新的混合型串并联双向直流固态变压器(hybrid series-parallel bi-directional DC solid state transformer, HSBDCSST)，使其兼具Buck/Boost-CLLLC变换器的双向灵活调压和CLLLC变换器的双向高效传输优势。同时提出了CLLLC模块的同步方波控制和Buck/Boost-CLLLC模块的改进虚拟直流电机(improvement virtual direct current motor, IVDCM)控制。其中各CLLLC模块采用同一个固定频率占空比为50%的方波进行控制以保证高效率。而对于Buck/Boost-CLLLC模块，在传统虚拟直流电机(virtual direct current motor, VDCM)控制的基础上引入直流电机额定角速度随机械功率按比例变化的环节，构成IVDCM控制策略，实现调压并改善直流变压器的惯性阻尼特性，有效提高了系统的响应速度与动态特性。最后搭建3模块串并联系统的Matlab/Simulink仿真模型及实验平台，验证了该控制方法的有效性。