Coordinated Control Method for Medium-voltage DC Interconnected Distribution Network Based on Power Electronic Transformer

Lin LIN; Zhongchen PEI; Guowei CAI; Chuang LIU; Jingyue WANG; Dehao KONG

doi:10.7500/AEPS20200714012

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Coordinated Control Method for Medium-voltage DC Interconnected Distribution Network Based on Power Electronic Transformer

Special Topic on Key Technologies of Flexible Interconnected Distribution Network | 更新时间：2025-06-16

- Coordinated Control Method for Medium-voltage DC Interconnected Distribution Network Based on Power Electronic Transformer
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 8, Pages: 51-59(2021)
- 作者机构：
  
  东北电力大学电气工程学院，吉林省吉林市 132001
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China
- DOI：10.7500/AEPS20200714012
  CLC：
- Received：14 July 2020，
  
  Revised：2020-09-29，
  
  Published Online：30 January 2021，
  
  Published：25 April 2021
- 稿件说明：
移动端阅览
林霖,裴忠晨,蔡国伟等.基于电力电子变压器的中压直流互联配电网协调控制方法[J].电力系统自动化,2021,45(8):51-59.

LIN Lin,PEI Zhongchen,CAI Guowei,et al.Coordinated Control Method for Medium-voltage DC Interconnected Distribution Network Based on Power Electronic Transformer[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(8):51-59.
林霖,裴忠晨,蔡国伟等.基于电力电子变压器的中压直流互联配电网协调控制方法[J].电力系统自动化,2021,45(8):51-59. DOI： 10.7500/AEPS20200714012.

LIN Lin,PEI Zhongchen,CAI Guowei,et al.Coordinated Control Method for Medium-voltage DC Interconnected Distribution Network Based on Power Electronic Transformer[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(8):51-59. DOI： 10.7500/AEPS20200714012.

摘要

多端口电力电子变压器（PET）作为柔性互联配电网关键装备，其端口解耦控制与区域协调控制是保证跨区域互联系统安全稳定运行的关键技术之一。文中以基于隔离型模块化多电平变换器（I-M

C）的多端口PET作为关键装备提出一种依靠中压直流（MVDC）馈线互联的柔性配电网架构。首先，分析基于MVDC馈线跨区域互联配电网方案的技术特点，建立基于双调制自由度的 I-M

C型PET端口数学模型。然后，根据端口数学模型及不同稳态运行模式需求提出各端口基于双调制自由度的解耦控制方法。同时，介绍了跨区域互联模式下区域间主从控制策略，总结了柔性配电网在各工况下的运行模式。最后，通过MATLAB/Simulink搭建了10 kV仿真系统模型，验证了MVDC互联的柔性配电网协调控制策略的有效性与可行性。

Abstract

Multi-port power electronic transformer (PET) is the key equipment for the flexible interconnected distribution network. Its decoupling control of ports and coordinated control between regions are the main technologies to ensure the safe and stable operation of the cross-regional interconnection system. This paper uses the isolated modular multilevel converter (I-M

C) based multi-port PET as the key equipment to propose a structure of flexible distribution network interconnected by medium-voltage DC (MVDC) feeders. First

the technical characteristics of the scheme for the cross-regional interconnected distribution network based on the MVDC feeders are analyzed. A mathematical model of ports in I-M

C based PET based on the dual-modulation freedom is established. Then

according to the mathematical model of ports and the requirements of different steady-state operation modes

a decoupling control method based on the dual-modulation freedom for each port is proposed. At the same time

the master-slave control strategy between regions in the cross-regional interconnection mode is introduced. Operation modes of the flexible distribution network under various working conditions are summarized. Finally

a 10 kV simulation model is built in MATLAB/Simulink

which verifies the effectiveness and feasibility of the coordinated control strategy for the MVDC interconnected flexible distribution network.

关键词

Keywords

references

刘晋源，吕林，高红均，等 . 计及分布式电源和电动汽车特性的主动配电网规划［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 12 ）： 41 - 48 .

LIU Jinyuan ， LYU Lin ， GAO Hongjun ， et al . Planning of active distribution network considering characteristics of distributed generator and electric vehicle ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 12 ）： 41 - 48 .

高红均，刘俊勇 . 考虑不同类型DG和负荷建模的主动配电网协同规划［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 18 ）： 4911 - 4922 .

GAO Hongjun ， LIU Junyong . Coordinated planning considering different types of DG and load in active distribution network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 18 ）： 4911 - 4922 .

韩民晓，谢文强，曹文远，等 . 中压直流配电网应用场景与系统设计［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 23 ）： 1 - 11 .

HAN Minxiao ， XIE Wenqiang ， CAO Wenyuan ， et al . Application scenario and system design of medium-voltage DC distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 23 ）： 1 - 11 .

盛万兴，李蕊，李跃，等 . 直流配电电压等级序列与典型网络架构初探［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 13 ）： 3391 - 3403 .

SHENG Wanxing ， LI Rui ， LI Yue ， et al . A preliminary study on voltage level sequence and typical network architecture of direct current distribution network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 13 ）： 3391 - 3403 .

王丹，毛承雄，陆继明，等 . 直流配电系统技术分析及设计构想［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 8 ）： 82 - 88 .

WANG Dan ， MAO Chengxiong ， LU Jiming ， et al . Technical analysis and design concept of DC distribution system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 8 ）： 82 - 88 .

江道灼，郑欢 . 直流配电网研究现状与展望［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 8 ）： 98 - 104 .

JIANG Daozhuo ， ZHENG Huan . Research status and developing prospect of DC distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 8 ）： 98 - 104 .

王丹，柳依然，梁翔，等 . 直流配电网电压等级序列研究［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 9 ）： 19 - 25 .

WANG Dan ， LIU Yiran ， LIANG Xiang ， et al . Study on voltage level sequence of DC distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 9 ）： 19 - 25 .

王一振，赵彪，袁志昌，等 . 柔性直流技术在能源互联网中的应用探讨［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 14 ）： 3551 - 3560 .

WANG Yizhen ， ZHAO Biao ， YUAN Zhichang ， et al . Study of the application of VSC-based DC technology in energy internet ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 14 ）： 3551 - 3560 .

HUANG A Q ， CROW M L ， HEYDT G T ， et al . The future renewable electric energy delivery and management （FREEDM） system： the energy internet ［J］. Proceedings of the IEEE ， 2011 ， 99 （ 1 ）： 133 - 148 .

KRENGE J ， SCHEIBMAYER M ， DEINDL M . Identification scheme and name service in the internet of energy ［C］// 2013 IEEE PES Innovative Smart Grid Technology （ISGT）， February 24-27 ， 2013 ， Washington DC ， USA ．

严胜，罗湘，贺之渊 . 直流电网核心装备及关键技术展望［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 3 ）： 205 - 216 .

YAN Sheng ， LUO Xiang ， HE Zhiyuan . Prospect of core equipment and key technology for DC power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 3 ）： 205 - 216 .

熊雄，季宇，李蕊，等 . 直流配用电系统关键技术及应用示范综述［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 23 ）： 6802 - 6813 .

XIONG Xiong ， JI Yu ， LI Rui ， et al . An overview of key technology and demonstration application of DC distribution and consumption system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 23 ）： 6802 - 6813 .

蒲天骄，李烨，陈乃仕，等 . 基于电力电子变压器的交直流混合系统优化运行控制关键技术及研究框架［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 9 ）： 2752 - 2759 ．

PU Tianjiao ， LI Ye ， CHEN Naishi ， et al . Key technology and research framework for optimal operation control of hybrid AC/DC system based on power electronic transformer ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 9 ）： 2752 - 2759 ．

陈亮，黄强，贾萌萌，等 . 基于柔性直流互联的交直流混合配电网建模与仿真分析［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 5 ）： 1410 - 1416 .

CHEN Liang ， HUANG Qiang ， JIA Mengmeng ， et al . Modeling and simulation analysis of hybrid AC/DC distribution network based on flexible DC interconnection ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 5 ）： 1410 - 1416 .

刘国伟，赵彪，赵宇明，等 . 中压柔性直流配电技术在深圳电网的应用框架［J］. 南方电网技术， 2015 ， 9 （ 9 ）： 1 - 10 .

LIU Guowei ， ZHAO Biao ， ZHAO Yuming ， et al . Application framework of VSC medium-voltage DC distribution technology in Shenzhen power grid ［J］. Southern Power System Technology ， 2015 ， 9 （ 9 ）： 1 - 10 .

徐玉韬，袁旭峰，谈竹奎，等 . 基于智能直流配电中心的配电网有功功率调制技术［J］. 南方电网技术， 2018 ， 12 （ 7 ）： 8 - 13 .

XU Yutao ， YUAN Xufeng ， TAN Zhukui ， et al . Active power modulation of smart DC distribution center for power distribution grid ［J］. Southern Power System Technology ， 2018 ， 12 （ 7 ）： 8 - 13 .

李子欣，高范强，赵聪，等 . 电力电子变压器技术研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 5 ）： 1274 - 1289 .

LI Zixin ， GAO Fanqiang ， ZHAO Cong ， et al . Research review of power electronic transformer technologies ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 5 ）： 1274 - 1289 .

LIU C ， LIU C ， CAI G ， et al . An isolated modular multilevel converter （I-M2C） topology based on high-frequency link （HFL） concept ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 1576 - 1588 .

裴忠晨，林霖，应鸿，等 . I-M（2）C型单级式电力电子变压器［J/OL］. 电网技术： 1 - 10 ［ 2020-05-23 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst. 2019.2487 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2019.2487 .

PEI Zhongchen ， LIN Lin ， YING Hong ， et al . Single-stage power electronic transformer based on isolated modular multilevel converter （I-M2C）［J/OL］. Power System Technology ： 1 - 10 ［ 2020-05-29 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2019.2487 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2019.2487 .

LISERRE M ， BUTICCHI G ， ANDRESEN M ， et al . The smart transformer： impact on the electric grid and technology challenges ［J］. IEEE Industrial Electronics Magazine ， 2016 ， 10 （ 2 ）： 46 - 58 ．

BRIZ F ， LOPEZ M ， RODRIGUEZ A ， et al . Modular power electronic transformers： modular multilevel converter versus cascaded H-bridge solutions ［J］. IEEE Industrial Electronics Magazine ， 2016 ， 10 （ 4 ）： 6 - 19 ．

WANG L ， ZHANG D L ， WANG Y ， et al . Power and voltage balance control of a novel three-phase solid-state transformer using multilevel cascaded H-bridge inverters for microgrid applications ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2016 ， 31 （ 4 ）： 3289 - 3301 ．

HUBER J E ， KOLAR J W . Optimum number of cascaded cells for high-power medium-voltage AC-DC converters ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2017 ， 5 （ 1 ）： 213 - 232 ．

张学，裴玮，范士雄，等 . 含多端柔性互联装置的交直流混合配电网协调控制方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 7 ）： 185 - 191 .

ZHANG Xue ， PEI Wei ， FAN Shixiong ， et al . Coordinated control method of AC/DC hybrid distribution network with multi-terminal flexible interconnection devices ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 185 - 191 .

李鲁阳，范士雄，邓卫，等 . 多电力电子变压器协调控制及不间断供电研究［J］. 电工电能新技术， 2019 ， 38 （ 2 ）： 27 - 34 .

LI Luyang ， FAN Shixiong ， DENG Wei ， et al . Research of coordinate control strategy of power electronic transformer based AC/DC hybrid distribution system ［J］. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy ， 2019 ， 38 （ 2 ）： 27 - 34 .

SAAD H ， GUILLAUD X ， MAHSEREDJIAN J ， et al . MMC capacitor voltage decoupling and balancing controls ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2015 ， 30 （ 2 ）： 704 - 712 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Coordination Control Strategy for Energy Flow Inside Power Electronic Transformer

Construction Scheme of Voltage-supporting Renewable Energy Station Based on Distributed Synchronous Condensers—Part Two Coordinated Control Strategy and Test Verification

Control Strategy and Capacity Selection of DRU-MMC Hybrid Converters for Offshore Wind Power

Related Author

Fei XIONG

Chuanjie NIE

Junchi LI

Dong YAN

Xiaolei CHEN

LIANG Hao

QIN Chuan

XIE Huan

Related Institution

College of Automation, Chongqing University of Posts &Telecommunications

School of Electrical Engineering, Beijing Jiaotong University

State Grid Jibei Electric Power Research Institute

Power Dispatch and Control Center of State Grid Jibei Electric Power Co., Ltd.

NR Electric Co., Ltd.

⁰