一种配电网柔性互联装置及其控制方法与流程

本发明涉及交流配电网，具体涉及一种配电网柔性互联装置及其控制方法。

背景技术：

1、现阶段低压台区大多采用单变压器、单线路供电形式，且各配电台区之间独立，缺乏统一管控，并因开环运行而不能分享剩余的容量，致使相邻配电台区的负载率不均衡情况越来越严重；如何有效利用相邻配电台区的可用资源，实现功率合理分配，改善台区负载不平衡情况，是目前所面临的问题。

2、现有研究的情况如下：

3、⑴ 许继集团有限公司申请的专利“一种电力电子变压器的风机散热”——该专利提出一种使用负温度系数的ntc电阻来实现风冷的方法，不需要专门的采样电路对igbt模块的温度进行采集，直接根据ntc温度控制风机，结构简单、降低了成本。

4、不足：对ntc电阻的温度采样精度要求高，而且无法实时监测igbt模块温度，不利于过温保护逻辑，存在过温风险。

5、⑵ 特变电工西安电气科技有限公司田兴等人申请的专利“一种基于变压器外壳绝缘的电力电子变压器模块及变压器”——该专利提出了一种电力电子变压器集装箱模型及风冷装备的安装，通过一个独立风道实现若干电力电子变压器的模块的散热，具有功率密度高、拆装、维护方便的优点。

6、不足：该模型的内部空间无法保证温度均匀，可能存在局部温度过高的问题。

7、⑶ 国电南瑞科技股份有限公司张晓燕等人申请的专利“一种基于柔性直流互联的台区微电网系统及其控制方法”——该专利提出了几种台区故障的解决办法，能实现多台区协调运行与潮流控制，实现新能源跨台区消纳，提升台区供电可靠性及负荷供电能力。

8、不足：需配置多组dc/dc装置才能完成新能源的并网，成本较高。

9、（4） 山东泰开直流技术有限公司毕成等人申请的专利“一种配电网柔性互联装置及其控制方法”——该专利提出了一种基于传统配电网联络开关改进的柔性互联装置，能实现配电网母线、馈线间的功率流动，提供能量利用率。

10、不足：无法解决相间负载不平衡的问题、主变压器电压过压及欠压问题。

11、（5） 南京南瑞继保电气有限公司王成等人申请的专利“台区柔性互联系统控制方法、装置、电子设备及存储介质”——该专利提出了一种台区柔性互联系统装置及其控制方法、电子设备及存储介质，能根据各台区的有功功率需求对柔性互联变流器进行输出功率控制，有利于台区柔性互联变流器经济、安全、高效的运行。

12、不足：无法解决相间负载不平衡的问题、主变压器电压过压及欠压问题。

13、总之，现有研究都未涉及到负载侧相间电流符合不平衡问题、新能源接入造成的电压过压问题、负载需求大导致的电压欠压问题。可见，现存的柔性互联装置能实现台区之间的功率分配功能，但是对于新能源接入电网造成的主变压器电压过压问题、负载功率过载导致的主变压器电压欠压问题、三相负载分配不均导致的三相负载不平衡问题、以及谐波治理问题仍待解决。

14、此外，现有柔性互联装置多采用三相三桥臂ac/dc拓扑，零序分量处理能力不足，无法独立控制零序电压，当负载不平衡时零序电流只能经中线回路流通，导致中线电流过大；且现有装置无法有效抑制零序谐波，谐波治理范围受限。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种配电网柔性互联装置及其控制方法，在满足台区功率互济、分布式电源紧急供电的基础功能上，通过采用三相四桥臂结构，额外具备主变压器过压及欠压治理能力、三相不平衡负载治理能力、谐波治理能力，提高配电网的供电可靠性。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种配电网柔性互联装置，包括第一ac/dc变流器、第二ac/dc变流器和控制器，所述第一ac/dc变流器的交流端口与配电台区的并联扩容变压器的副边连接，所述第二ac/dc变流器的交流端口与配电台区的主变压器副边连接，并联扩容变压器原边与主变压器原边并联接入电网，所述第二ac/dc变流器的直流端口与所述第一ac/dc变流器的直流端口连接；

4、所述第一ac/dc变流器和所述第二ac/dc变流器均采用三相四桥臂结构，包括a相桥臂、b相桥臂、c相桥臂和n桥臂，所述n桥臂用于独立调节零序电压并提供零序电流通路；

5、所述控制器用于采集主变压器的电压和电流参数，基于所述电压和电流参数判断主变压器的运行工况，并根据所述运行工况控制所述第一ac/dc变流器和所述第二ac/dc变流器的工作模式；

6、其中，所述运行工况包括三相平衡重载、三相不平衡重载、电压过压、电压欠压及电流谐波差；

7、所述工作模式包括：

8、功率互济模式，用于将重载台区的有功功率转移至轻载台区；

9、过压及欠压治理模式，用于根据主变压器的无功状况计算装置所需容量并提供无功补偿，将主变压器电压恢复至正常范围；

10、三相不平衡负载治理模式，用于通过所述n桥臂补偿零序电流，并结合相间有功转移与无功补偿，实现三相负载动态平衡；

11、谐波治理模式，用于检测谐波电流并生成反向补偿信号注入系统。

12、优选地，所述控制器基于主变压器容量判定重载，当需求功率超过主变压器容量的80%时判定为重载；当任意一相电流大于重载相电流阈值且三相电流并非同时大于该阈值时，判定为三相不平衡重载。

13、优选地，在所述功率互济模式下，所述控制器根据重载检测结果生成功率调节指令，控制所述第一ac/dc变流器与所述第二ac/dc变流器的运行状态，将重载台区的有功功率转移至轻载台区。

14、优选地，在所述过压治理模式下，所述控制器根据主变压器的无功过剩量计算装置所需增加的容量，控制装置发出感性无功功率以平衡容性无功过剩；在所述欠压治理模式下，所述控制器根据主变压器的电压降与当前系统负载率计算装置所需增加的容量，控制装置发出无功功率以补充系统无功功率。

15、优选地，在所述三相不平衡负载治理模式下，所述控制器执行三相不平衡检测、功率调节策略生成及功率执行三个环节，其中所述三相不平衡检测环节直接比较三相电流的幅值差异并计算不平衡度，所述功率调节策略生成环节结合有功转移与无功补偿生成调节指令，所述功率执行环节通过所述第一ac/dc变流器和所述第二ac/dc变流器实现精确的功率转移和补偿。

16、优选地，在所述谐波治理模式下，所述控制器执行谐波检测、补偿信号生成及补偿信号注入三个环节，其中所述谐波检测环节采用自适应滤波算法实时检测谐波电流，所述补偿信号生成环节采用反馈控制生成与系统谐波相反的补偿信号，所述补偿信号注入环节将所述补偿信号注入系统。

17、优选地，所述第一ac/dc变流器和/或所述第二ac/dc变流器的直流端口接入分布式新能源。

18、本发明还提出所述配电网柔性互联装置的控制方法，包括：

19、1）监测、采集主变压器副边的电压、电流数据，传输给柔性互联装置控制器；

20、2）根据采集的数据，对主变压器的运行状态进行划分，包括：三相平衡轻载、三相平衡重载、三相不平衡重载、电压过压、电压欠压、电流谐波差共6种工况，针对每种工况，制定相应的柔性互联装置工作模式；

21、3）控制器根据主变压器的工况类型，选择低压柔性互联装置的工作模式，投入电网运行，在三相不平衡重载工况下，所述控制器控制所述n桥臂独立输出零序补偿电流，以直接补偿零序电流分量；

22、4）当台区变压器发生故障时，由分布式电源经直流端口并网，为ac400v台区供电，满足供电需求。

23、与现有技术相比，本发明的优点在于：

24、本发明提供了主变压器过压及欠压治理功能、三相不平衡治理功能（单相重载治理功能）、谐波治理功能，提高了配电网供电的可靠性。