一种嵌入式直流的柔性互联配电网结构及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种嵌入式直流的柔性互联配电网结构及其控制方法。


背景技术：

2.在新型电力系统的背景下，配电网逐渐由传统的无源单辐射供电形态转化为风电、光伏等分布式电源高比例接入的主动配电网，但风电、光伏等分布式电源出力的波动性、随机性会引起电压波动等电能质量问题。同时，分布式电源的大规模接入使得配电网源荷不确定性增大，带来负荷不均衡和供电可靠性降低的问题。此外，单回馈线由于自身容量不足也会产生限制dg接入容量的问题，导致风力发电、光伏发电等新能源利用率降低。当高比例分布式能源接入馈线时，馈线间潮流的灵活调节和动态无功补偿就显得尤为重要。另一方面，由于联络开关无法频繁投切，使用联络开关实现多回馈线的互联显然不能适应分布式电源随机性提出的功率实时支持的要求。使用软开关 (soft open points，sop)部分取代联络开关，虽然能实现潮流的连续实时调控，但依然存在背靠背换流器在馈线末端柔性互联设备容量大、损耗高以及换流器数量多的缺陷。这使得现有的配电网架结构难以满足新型电力系统背景下对配电网的安全运行要求，尤其在分布式能源高渗透率、可靠性提升、调整控制潮流等方面。
3.如公开号为cn108964149a的一种考虑故障情况的交直流柔性互联配电网协调控制方法，公开了将多端柔性互联装置的交流侧连接多个交流配电网，直流侧连接直流配电网用作联络开关，构成交直流柔性互联配电网，但其是通过端柔性互联装置将直流电网和交流电网连接，交流电网之间并未连接，仅能通过直流网络实现馈线间的功率互济互供，无法实现交流馈线之间直接进行功率交换不能够相互平衡功率。同时，其换流器仅能从馈线末端接入，无法根据馈线接入负荷容量、接入分布式电源容量、分段开关和联络开关位置等参数进行灵活选择。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种嵌入式直流的柔性互联配电网结构及其控制方法。
5.本发明通过以下技术方案得以实现。
6.本发明提供的一种嵌入式直流的柔性互联配电网结构及其控制方法；包括若干馈线和若干换流器，所述相邻馈线之间通过联络开关相互连接，所述换流器交流端和每回交流馈线之间分别通过分段开关连接，换流器的直流端分别连接一个直流开关后通过中压直流线路相互连接。
7.和每回交流馈线相连接的换流器通过直流开关，及中压直流线路后相互连接构成嵌入式直流网络，并通过换流器交流侧的分段开关与原有的交流配电网并联联接，保留每回馈线与其它馈线的联络开关，不改变原有交流配电网的拓扑结构。
8.所述换流器的接入位置不固定，可根据馈线接入负荷容量、接入分布式电源容量、
分段开关和联络开关位置等参数灵活选择。
9.一种嵌入式直流柔性互联配电网的控制方法，其方法为：
10.互济互供：当某条馈线内分布式电源出力不足或负荷较重，而其他馈线分布式电源输出功率充足或负荷较轻时，可通过调节与馈线相连接换流器的有功功率和无功功率指令，实现多回馈线间的功率互济互供，并对馈线进行动态电压补偿。
11.独立无功补偿：当某个换流器直流开关断开，与其余换流器直流侧断开连接，可工作在独立无功补偿模式。独立无功补偿既可以按调度规定运行方式直接调节补偿无功功率命令，也可检测换流器交流侧分段开关处交流电压，按调度规定的电压曲线动态调整换流器输出的无功功率。
12.负荷供电恢复：交流馈线出现故障时，发生故障处线段两端的分段开关动作将故障区域隔离，与原馈线连接的负荷由原馈线供电，其余负荷根据当前拓扑结构经相邻馈线或中压直流线路供电。
13.配电网直流部分故障：发出闭锁信号闭锁换流器，关断所有换流器交流侧的分段开关及直流侧开关，嵌入式直流网络退出运行，交流配电网保持原有工作状态不变。若为换流器故障，保持故障换流器交流侧分段开关和和直流侧开关的断开状态，闭合剩余部分换流器交流侧分段开关和直流开关，重新启动嵌入式直流网络；若为永久性直流线路故障，保持嵌入式直流网络所有直流开关的断开状态，闭合所有换流器交流侧分段开关，重启换流器，工作在动态无功补偿方式。
14.本发明的有益效果在于：实现了多馈线之间的功率互供互济，实现高比例分布式能源接入馈线时配电馈线的潮流灵活调节和动态无功补偿，提升分布式电源在配电网中的承载容量，实现配电网的高可靠供电。
附图说明
15.图1是本发明的电网结构示意图；
16.图2是本发明的电网功率互济互供原理示意图；
17.图3是本发明的配电网直流侧故障处理原理示意图；
18.图4是本发明的交流馈线故障处理原理示意图；
19.图5是本发明几种馈线故障处理示例图。
具体实施方式
20.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
21.一种嵌入式直流的柔性互联配电网结构及其控制方法；将现有配电网单辐射供电模式改造为多馈线闭环供电模式，可实现多馈线之间的功率互供互济，并有效降低馈线柔性互联装备的设备容量和换流器数量，实现配电网的高可靠供电。
22.将多个与馈线连接的双向ac/dc换流器，每个ac/dc换流器间通过中压直流电缆线路或架空线路相连。ac/dc换流器可采用模块化换流器(mmc)或两电平换流器或三电平换流器。
23.不改变现有馈线的拓扑结构，提供了一种嵌入式多端直流配电网络构成的多回交流馈线柔性互联方式。换流器间通过中压直流线路连接，包括电缆线路或架空线路，可沿现
有的交流电缆或架空线路的走廊新建或改造获得。
24.每条馈线接入一个ac/dc换流器，ac/dc换流器的接入位置可根据馈线接入负荷容量、接入分布式电源容量、分段开关和联络开关位置等参数灵活选择。
25.接入各回馈线的ac/dc换流器可连续调节与馈线间传递的有功功率/无功功率，实现多回馈线间互济互供的实时功率支持。
26.接入各回馈线的分布电源和负荷不均衡时，可通过调节ac/dc 换流器的有功功率/无功功率命令，使多回馈线出线侧的负载率均衡。
27.使用嵌入式多端直流网络在多回交流馈线间形成柔性互联的交直流混合配电形态。不改变原有馈线的拓扑结构，可沿现有的交流电缆或架空线路的走廊新建或改造获得。将现有配电网单辐射供电模式改造为多馈线闭环供电模型，实现多馈线之间的功率互供互济，实现高比例分布式能源接入馈线时配电馈线的潮流灵活调节和动态无功补偿，提升分布式电源在配电网中的承载容量，实现配电网的高可靠供电。通过完善的换流器控制策略实现各回馈线的ac/dc换流器连续调节与馈线间传递的有功功率/无功功率，实现多回馈线间互济互供的实时功率支持，解决了各回馈线的分布电源和负荷不均衡问题。通过柔性互联的方式有效降低馈线柔性互联装备的设备容量和换流器数量，同时克服了现有通过背靠背换流器进行馈线末端柔性互联时设备容量大、损耗高的缺陷。
28.在现有的馈线网络中，将ac/dc换流器间通过中压直流电缆线路或架空线路相连。ac/dc换流器可采用模块化换流器或两电平换流器或三电平换流器。
29.每条馈线接入一个ac/dc换流器，ac/dc换流器的接入位置可根据馈线接入负荷容量、接入分布式电源容量、分段开关和联络开关位置等参数灵活选择。
30.接入各回馈线的ac/dc换流器可连续调节与馈线间传递的有功功率/无功功率，实现多回馈线间互济互供的实时功率支持。
31.接入各回馈线的分布电源和负荷不均衡时，可通过调节ac/dc 换流器的有功功率/无功功率命令，使多回馈线出线侧的负载率均衡。
32.上述系统，当供电区域间出现负荷不均时，嵌入式柔性互联直流配电网将根据不同分区的负荷水平，实时控制有功由轻载区域流向重载区域，在均衡各个供电分区的负载量的同时还能实现优化配电网的潮流分布。
33.上述系统，直流配电网嵌入多回交流馈线间，实现多电源供电，提高了供电可靠性，同时实现了配电网供电区域的动态分区。当分布式电源或负荷出现故障时，可通过动作分段开关切除故障区域，配电网其余部分仍能持续供电，实现配电网的故障性重构。
34.上述系统，多回交流馈线通过嵌入式多端直流网络连接，正常情况下嵌入式多端直流网络通过与交流馈线连接的ac/dc换流器调控配电网潮流，实现潮流分布的优化；当嵌入式多端直流网络发生故障时，ac/dc换流器两端的分段开关与直流断路器动作，嵌入式多端直流网络退出运行，配电网结构按照原有配电网网架结构运行，但无法对配电网潮流进行调控，为潮流不可控状态。
35.本实施例通过10kv嵌入式柔性直流配电网对本发明技术方案进行进一步的解释说明：
36.实施例1
37.本实施例主要包括10kv嵌入式柔性直流配电网(见图1)，10kv 交流馈线1、3分别
与10kv交流馈线2、4通过联络开关连接，ac/dc 换流器1、2、3、4的交流侧分别连接在联络开关1、2、3、4旁；换流器间通过中压直流线路连接。
38.10kv嵌入式柔性直流配电网将四回10kv交流馈线柔性互联，四回10kv交流馈线被联络开关分为四个供电区域。当供电区域ⅲ内的分布式电源出力不足或负荷较重，而供电区域ⅱ的分布式电源输出功率充足或负荷较轻，此时会通过控制策略调节换流器2和换流器3 的有功功率命令，实现馈线ⅱ与馈线ⅲ所在的供电区域ⅱ与供电区域ⅲ之间功率互济互供(见图2)，使供电区域ⅱ与供电区域ⅲ的负载率均衡。
39.实施例2
40.当10kv嵌入式柔性直流配电网内部发生故障时，ac/dc换流器 1、2、3、4两端的分段开关与直流断路器动作，嵌入式柔性直流配电网退出运行(见图3)，四回10kv交流馈线仍可以按照原有的拓扑结构运行，不会降低原有拓扑结构供电可靠性，但此时无法对配电网潮流进行调控，为潮流不可控状态。
41.实施例3
42.当负荷2处发生故障(见图4)，负荷2两侧的分段开关动作将故障部分切除，负荷1由馈线1供电，负荷3在则由嵌入式柔性直流配电网保证供电的持续性。