具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参考图1至图8，本发明提供一种可移动式交直流多端口柔性控制器，用于电网不同馈线之间的功率控制，有互联需求的馈线之间通过常开状态的开关柜进行连接，开关柜实现馈线互联或断开。柔性控制器为三端口结构，可移动式交直流多端口柔性控制器拓扑结构，如图1所示，包括两个模块化多电平换流器MMC，两个模块化多电平换流器MMC背靠背连接，即交流侧通过BTB-MMC结构互联，实现了两个交流端口间的解耦互联，两侧的交流端口可以运行在不同电压等级，两个模块化多电平换流器MMC的交流侧分别连接联络开关S1、S2进行投切对两个交流端口AC1和AC2进行移动；两个模块化多电平换流器MMC的直流侧通过多个串联输入并联输出的双有源桥变换器DAB进行DC/DC变换，DAB输出端通过联络开关S3投切后用于连接直流端口DC，可接入电动汽车等直流负载或光伏等直流电源。MMC两侧的交流端口AC1和AC2用于连接交流电网馈线，DAB侧的直流端口DC用于连接直流电网馈线，联络开关S1、S2、S3连接不同端口，通过移动柔性控制器在馈线间的位置,并控制联络开关S1、S2、S3的开关动作改变端口的接入位置,实现柔性控制器在配电网中的接入位置灵活改变。

如图2所示，有互联需求的馈线之间通过常开状态的开关柜进行连接，开关柜可以实现馈线互联或断开，但无法抑制合解环过程中的电流冲击，也无法主动对有功无功进行解耦控制。当原本处于断开状态的两条馈线存在互联需求时，如图2中的馈线1和馈线2，首先将柔性控制器通过联络开关分别接入馈线1和馈线2处的连接点，再通过合环控制策略对馈线1、馈线2实施柔性互联，实现馈线1、馈线2间的功率自由控制。当馈线1、馈线2间仅需常态互联、无需功率控制时，闭合开关柜1，并将柔性控制器退出运行，断开柔性控制器交流端口的联络开关。此时馈线1、馈线2完成了断开到互联状态的切换。如果需要进一步实现馈线2、馈线3之间的互联，可以将柔性控制通过运输装置移动至馈线2、馈线3之间，并将柔性控制器的联络开关分别接入馈线2和馈线3处的连接点，并重复上述步骤，实现馈线2、馈线3的互联。当两条通过开关柜互联的馈线，如馈线1、馈线2，需要切换至断开状态时，首先将柔性控制器的交流端口AC1、AC2分别接入馈线1、馈线2处的连接点，通过功率控制使流过开关柜的功率为零，再断开开关柜，对柔性控制器实施解环控制，实现馈线1、馈线2由互联状态平滑切换至断开状态。

下面分别对MMC和DAB的拓扑结构进行说明：

单端MMC拓扑结构如图3所示，采用的是三相半桥模块化多电平换流器，包括结构相同的三个相单元，每个相单元由上下对称的2个桥臂构成，单端MMC整体为三相六桥臂结构；每个桥臂包括串联连接的N个结构相同的子模块SM、1个桥臂电抗器Larm和1个桥臂等效电阻Rarm。

单个子模块拓扑结构如图4所示，子模块SM包括2个功率管IGBT(功率管VT1、功率管VT2)、2个对应的反并联二极管(二极管VD1、二极管VD2)、1个直流储能电容C0、1个快速旁路开关K1和1个旁路保护二极管K2；其中，VT1、VT2、VD1、VD2、C0这5个器件共同构成半桥结构拓扑；

功率管VT1的发射极连接于功率管VT2的集电极，功率管VT1的集电极连接于直流储能电容C0正极，功率管VT2的发射极连接于直流储能电容C0负极，功率管VT1与二极管VD1反向并联，功率管VT2与二极管VD2反向并联；

快速旁路开关K1、旁路保护二极管K2均与功率管VT2并联；K1与K2器件能够在所连接的交直流系统或子模块本身发生故障时及时切除连接，保护变流器设备。当子模块发生故障的时候，K1能迅速旁路故障子模块，并保证桥臂电流的连续性。当发生换流器直流母线短路或传输线短路等严重的故障时，因K2具有良好的抗电流冲击能力，能保护与它并联的续流二极管。因此，K1和K2极大地增强了子模块的安全性和实用性。

双有源桥变换器DAB拓扑结构如图5和图6所示，包括两个对称的H桥和一个包含漏感的高频变压器，左右两个H桥通过高频变压器相互连接。两个对称的H桥保证了能量的双向流动，通过高频变压器耦合，高频变压器主要完成能量传递和电压等级的变换，漏感是系统进行能量传递的核心元件。这种结构容易实现软开关，功率器件所承受的应力小，通过高频变压器隔离电源与负载，能够减小变压器体积，提高变换器功率密度。

下面分别对各端口的运行控制方案进行说明：

多端口柔性控制器的端口换流器MMC和DAB都可以分别进行独立控制，其中MMC采用功率解耦控制策略，即采用d-q解耦双闭环控制，如图7所示，包括功率外环控制和电流内环控制；其中外环控制动态性能受电流内环控制的动态性能影响，功率外环控制用于为电流内环控制提供dq轴电流参考值，功率外环控制用于控制一个有功量和一个无功量，有功量控制有功功率或直流电压，无功量控制无功功率或交流电压，其中一侧MMC采用定直流电压和无功功率控制，即U_dc-Q控制，另一侧采用定有功功率和无功功率控制，即P-Q控制。电流内环控制采用直接电流控制方式，实现有功无功电流的控制并输出调制波，从而产生驱动各子模块中开关器件的开关信号；电流内环控制直接通过电流负反馈闭环，使控制器快速响应、提高变流器动态特性、增强系统鲁棒性。

DAB结构采用单移相控制方式，DAB中所有开关管的驱动信号都是占空比为50％的PWM信号，原边信号与副边信号错开一个移相角来对原副边电压进行控制。由于多个DAB输出并联，还需要对多个DAB功率采用功率平衡控制策略进行均流控制，使每个DAB功率平衡，如图8所示，以两个DAB串联输入并联输出为例，V_{dcL_ref},V_dcL分别为并联DAB的参考电压和实际电压，I_DAB1，I_DAB1分别为DAB1和DAB2的输出电流，V_dcH1,V_dcH2分别为DAB1和DAB2的输出电压，通过功率计算得到每个DAB的平均功率，用平均功率和功率参考值比较，经PI调节后得到每个DAB模块的移相角从而实现均流控制。

本实施例中，针对图1所示的多端口柔性控制器，采用如下控制方案：MMC采用图7所示功率解耦控制策略，左侧MMC采用U_dc-Q控制，维持直流母线电压稳定，右侧MMC采用P-Q控制，优化交流端口的功率，DAB采用图8所示功率平衡控制策略，控制直流端口电压稳定。

本发明还提供一种可移动式交直流多端口柔性控制器合解环启停控制方法，多端口柔性控制器合解环启停控制是指在配电网电压等级下，以MMC技术和DAB技术为基础，通过柔性控制器来连接相同或不同电压等级的电网馈线，实现合环运行，可有效提高电网的供电可靠性和严重故障抵御能力，同时实现不同配网馈线间的功率交换。本发明的柔性控制器为可移动式，如图1所示，通过联络开关S1、S2、S3灵活接入配电网不同位置，实现接入位点的柔性互联与功率传输。在柔性控制器对应端口接入或退出配电网时，为避免产生功率冲击，需要设计合理的合解环启停控制方法，对功率进行平滑控制。当柔性控制器进行合解环启停时，首先要保证端口接入处的配电网处于轻载运行状态，以交流配网负载率和直流端口源荷比作为启停判据，可根据运行情况灵活设置。下面分别对合环启动控制方法与解环停止控制方法进行进一步阐述。

(1)合环启动控制方法

如图1所示，柔性控制器具有三端口结构，可以任意两端口进行合环，也可以三端口均合环，实际应用时根据配电网控制需求进行选择。当两个交流端口AC1和AC2合环时，需要由一侧MMC采用U_dc-Q控制，另一侧MMC采用定P-Q控制。以AC1端口MMC采用定U_dc-Q控制，AC2端口MMC采用P-Q控制为例，首先AC1端口MMC的U_dc控制指令设定为额定直流电压值，将AC2端口MMC的功率控制指令设置为0，使柔性控制器无功率传输，再对联络开关S1、S2进行合闸，合环后控制AC2端口的功率参考值变为运行值，针对合环后功率参考值突变引起的电流超标问题，通过功率指令调控，改善电流波动。提出功率指令线性控制，将功率参考值变化率限制在k1(k1可根据当前最大电流限幅取值)，避免了功率参考值的突变，使得功率参考值线性上升，减小合环电流冲击。当柔性控制器稳定运行后可实现控制配网潮流分布，进行交流电网的潮流优化，故障时紧急有功支援的功能。

当交流端口AC1(以AC1为例，AC2同理)与直流端口DC合环时，MMC采用U_dc-Q控制，设定直流母线电压参考值为额定电压，DAB控制有功参考值P_ref为0，使柔性控制器无功率传输，再对联络开关S1、S3进行合闸，合环后DAB切换至图8的直流出口端电压控制，但为了避免电流冲击，需要将有功参考值变化率限制在k2(k2可根据当前最大电流限幅取值)，避免功率参考值突变，当柔性控制器稳定运行后可实现直流端口电压的稳定控制。

当三端口同时合环投入运行时，与上述两端口合环的情况类似，需要一侧交流端口(以AC1为例)采用U_dc-Q控制，设置直流母线电压为额定值，余下的交流端口(AC2)采用P-Q控制，将有功参考值控制为0，直流端口也将有功参考值控制为0，使柔性控制器无功率传输，再对联络开关S1、S2、S3进行合闸，合环后AC2端口功率参考值变为运行值，并将功率参考值变化率限制在k1，DC端口切换为定端口电压控制，并将功率参考值变化率限制在k2，当柔性控制器稳定运行后可实现交流功率灵活控制和直流端口电压的稳定控制。

当柔性控制器已经处在两端口互联运行状态时，若要对剩余的第三个端口合环，参照上述方法，首先将待投入端口控制器的有功参考值设置为0，在该端口无功率交换的情况下，合上联络开关，合环后对功率参考值变化率进行限幅，等功率稳定后即可实现三端口柔性互联状态。

(2)解环停止控制方法

柔性控制解环并退出运行是合环启动的逆过程，控制方法类似，同样需要避免解环过程中应功率突变而引起冲击。

当柔性控制器从三端口互联状态解环直流端口，变为交流端口AC1、AC2互联状态。首先控制直流端口有功参考值线性下降至0，并限制有功参考值变化率为k2，等到直流端口的功率线性下降至0时，断开联络开关S3实现直流端口的解环。在AC1、AC2互联状态下，若要进一步实现AC1、AC2解环，使柔性控制器退出运行，则先控制P-Q控制侧的有功参考值为0，并限制参考值变化率为k1，等交流端口AC1、AC2间的有功功率线性下降至0时，断开联络开关S1、S2，实现三端口的解环，并且柔性控制器退出运行。

当柔性控制器从三端口互联状态解环一侧交流端口，变为交流端口AC1(AC2同理)、直流端口DC互联状态。在解环操作前首先需要将待解环的交流端口切换为P、Q控制，另一交流端口切换为U_dc-Q控制。本例中，AC1为U_dc-Q控制，AC2为P、Q控制。首先控制AC2的有功参考值为0，并限制参考值变化率为k1，等AC2端口功率线性下降至0时，断开联络开关S2实现交流端口AC2的解环。在AC1、DC互联状态下，若要进一步实现AC1、DC解环，使柔性控制器退出运行，则先控制DC侧的有功参考值为0，并限制参考值变化率为k2，等端口AC1、DC间的有功功率线性下降至0时，断开联络开关S1、S3，实现三端口的解环，并且柔性控制器退出运行。

柔性控制器从三端口互联状态将所有端口解环并退出运行，与上述情况类似，首先控制所有端口的功率参考值为0，并根据最大电流限制参考值变化率，等柔性控制器所有端口间的功率均线性下降至0时，断开联络开关S1、S2、S3，实现端口间的解环，并且柔性控制器退出运行。

本发明中，可移动式交直流多端口柔性控制器指控制器可以自由移动应用于配网不同电压等级、不同位置的馈线之间，本发明控制器为三端口结构，MMC两侧连接交流配网馈线，DAB侧连接直流馈线，该装置可根据配网实际需求，通过改变接入位置，配合联络开关灵活连接不同端口，具体配合联络开关的方法通过可移动式交直流多端口柔性控制器合解环启停控制方法实现，根据所要接入的端口，配合相应的联络开关启停，本发明提升了控制器的实际应用效果和接入位置灵活性，因而称为可移动式。进一步的，控制器的灵活接入体现在控制器合解环启停控制方法，接入不同的交直流端口，联络开关的开关动作不同；本发明根据不同的端口控制策略来接入不同的交直流端口，实现接入点的柔性互联与功率传输。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。