CN105207265A - 采用柔性直流输电实现配电网闭环和光伏集中接入的方法 - Google Patents

采用柔性直流输电实现配电网闭环和光伏集中接入的方法 Download PDF

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CN105207265A CN201510698745.4A CN201510698745A CN105207265A CN 105207265 A CN105207265 A CN 105207265A CN 201510698745 A CN201510698745 A CN 201510698745A CN 105207265 A CN105207265 A CN 105207265A
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Abstract

本发明涉及一种采用柔性直流输电实现配电网闭环和光伏集中接入的方法,分别从两个主变压器各自对应引出二条馈线;将该四条馈线分别经联接单元对应连接至柔性直流输电系统的交流母线;在柔性直流输电系统中直流输电回路两侧分别对应设置与光伏发电模块直流升压端相连的直流母线;正常运行时,四条馈线由变电站供电的负荷小于等于单回馈线的热稳定极限功率的75%,柔性直流输电系统中的柔性直流换流器均作为逆变器运行,将光伏发电模块发出的电力输送到10千伏馈线上。本发明供电可靠性高,线路利用率高,改造量小,减省逆变器综合投资,适用于供电可靠性要求高且存在光伏电站并网需求的场合。

Description

采用柔性直流输电实现配电网闭环和光伏集中接入的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及供电技术及光伏电源并网领域,特别是一种采用柔性直流输电实现配 电网闭环和光伏集中接入的方法。
背景技术
[0002] 国内外高可靠性供电区的中压配电网普遍采用环网结构,其具体运行方式分为开 环运行和闭环运行两种。我国中压10千伏配电网采用"开环运行+配电自动化"方式,即 正常运行时各10千伏馈线之间的联络开关打开,10千伏馈线采用辐射供电;当馈线故障 后,通过配电自动化系统实施故障定位和隔离,将联络开关闭合实现向非故障段的供电,其 缺点是故障后恢复供电的时间较长,需要几分钟~几十分钟。新加坡、香港等地区的中压20 千伏配电网采用"闭环运行+差动保护"的方式,即正常运行时两回10千伏馈线之间通过 断路器等设备相联,形成环网,两回馈线正常负载率均不超过50% ;当馈线故障后,通过继 电保护设备迅速实施故障定位和隔离,只需要几十~几百毫秒,故障馈线的负荷迅速转由 非故障馈线供电,非故障馈线负载率由不超过50%提高到不超过100%。与开环运行方式 相比,闭环运行优点是故障后恢复供电的时间短,缺点是短路电流值大,建设费用高。
[0003] 配电网可靠性应满足N-I标准,即任一条馈线停运都不应影响负荷的供电。对于 由N条(N为大于1的自然数)馈线组成的闭环网络,假定一条馈线停运后其它N-I条馈线 均满载(即运行输送功率等于馈线设计的热稳定极限功率)运行,则正常时各馈线的最大 负载率应等于(N-I)/NxlOO%,例如:当N = 2时,N条馈线的最大负载率均为50% ;N = 4 时,N条馈线的最大负载率均为75%。
[0004] 如果两个不同变电站之间的110千伏线路或10千伏交流馈线直接相联,可以提 高彼此的供电可靠性,但相联后的变电站短路电流将比联网前显著增大(因为互联后另一 个变电站也会向短路点提供短路电流);如果在两个交流电网之间用直流输电系统进行互 联,不会显著增大交流系统的短路电流,原因是直流输电系统可以进行定直流电流控制,当 一侧交流系统短路故障时,另一侧交流系统提供的短路电流不会超过整定的定直流电流控 制值。
[0005] 如果两个不同变电站之间的10千伏交流馈线直接相联,可以提高彼此的供电可 靠性,但将形成不同电压等级之间的"电磁环网",可能会出现大规模的"功率穿越",即类似 于物理上的"虹吸现象",用电负荷轻的变电站会有大规模的电流通过相联的10千伏交流 馈线流向负荷重的变电站,可能造成10千伏交流馈线过载。因此,在实际运行的变电站中, 一般不允许两个不同变电站之间的10千伏交流馈线直接相联。如果在两个变电站之间用 直流输电系统进行互联,则可解决上述问题,因为可通过直流输电系统的"定功率控制"功 能对互联功率交换进行限制。
[0006] 太阳能光伏发电具有显著的能源、环保和经济效益,是未来重点发展的清洁能源 之一。光伏发电输出的电流为直流,需经逆变器将直流电转换为交流电后才能并入交流电 网。规模较小的光伏电源宜采用分布式并网,规模较大的光伏电源宜采用集中式并网。我 国大部分经济发达地区处于太阳能资源二类或三类地区,光伏电源装机一般在20MW以下, 其中大部分可考虑接入10千伏及以下配电网。光伏发电具有间歇性和波动性的特点,并网 后可能对电网的电能质量产生不利影响。柔性直流输电系统的换流器具备整流和逆变的功 能,且可以灵活调节输送的有功功率和无功功率,改善电能质量,适用于光伏发电、风力发 电的并网。
[0007] 现有技术中,新加坡、香港等地区中压20千伏配电网采用的闭环运行方式采用两 条馈线形成闭环结构,线路正常最高负载率50%,另外50%作为故障情况下的备用,线路 利用率不尚,如果能增加闭环结构的馈线回路数,显然将进一步提尚线路的正常最尚负载 率,减少备用。在总的供电需求下,提高线路最高负载率将减少线路回路数,减少线路投资 和走廊占用。杨晓东等人在"一种中压配电网高可靠性闭环接线结构"专利中提出一种适 用于我国10千伏电网的闭环结构,即在变电站单台主变的低压侧馈出2回线路形成闭环 运行,由于只有一台变压器会提供短路电流,因此不会出现配电网短路电流超标的问题;其 缺点是:两条馈线形成闭环结构,线路正常最高负载率50%,利用率不高。王世祥等人提出 "一种基于柔性直流的闭环性配电网系统",与现状的交流配电网不同,该系统采用直流线 路作为配电网的组网线路,应用中需要对现状的交流配电网进行大规模的改造。
[0008] 此外,一般的分布式光伏电站并网需要配置逆变装置,将直流电转换为交流电才 能并入交流配电网。同一区域内有多个小容量的光伏电站,在同等光伏装机容量的情况下, 采用"集中逆变"的方式(即光伏电站产生的直流电经多回直流线路汇集后通过1-2台逆 变器变为交流电)的逆变器建设投资将少于"分散逆变"的方式(即每个光伏电站都配套 建设相应容量的逆变器,直流电逆变为交流电后经多条交流线路汇集并升压后接入交流电 网),原因是多台小容量的逆变器造价总和大于单台同等容量的大容量逆变器造价。
[0009] 因此,对于供电可靠性要求高且存在光伏电站并网需求的场合,需考虑将闭环接 线的"双电源"理念(来自不同变压器的馈线形成闭环)和我国10千伏配电网实际相结 合,并满足光伏电站并网需求,进一步研究适用于我国10千伏配电网的闭环运行及光伏并 网的接线模式。
发明内容
[0010] 本发明的目的在于提供一种采用柔性直流输电实现配电网闭环和光伏集中接入 的方法,以克服现有技术中存在的缺陷。
[0011] 为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种采用柔性直流输电实现配电网闭环 和光伏集中接入的方法,按照如下步骤实现:
[0012] 步骤Sll :从一变电站的第一主变压器的10千伏侧引出第一馈线以及第二馈线, 从另一变电站的第二主变压器的10千伏侧引出第三馈线以及第四馈线;
[0013] 步骤S12 :将所述第一馈线、所述第二馈线、所述第三馈线以及所述第四馈线分别 经联接单元对应连接至一柔性直流输电系统中第一柔性直流换流器的第一交流母线、第一 柔性直流换流器的第二交流母线、第二柔性直流换流器的第一交流母线以及第二柔性直流 换流器的第二交流母线;
[0014] 步骤S13 :在所述柔性直流输电系统中直流输电回路两侧分别对应设置一直流母 线;所述直流母线的一端与所述直流输电回路相连,另一端连接至一光伏发电模块的直流 升压端;
[0015] 步骤S14:正常运行时,所述第一馈线、所述第二馈线、所述第三馈线以及所述第 四馈线由变电站供电的负荷小于等于单回馈线的热稳定极限功率的75%,所述柔性直流输 电系统中的第一柔性直流换流器以及第二柔性直流换流器均作为逆变器运行,将所述光伏 发电模块发出的电力输送到10千伏馈线上。
[0016] 在本发明一实施例中,所述联接单元包括若干个10千伏断路器,且所述若干个断 路器包括至少有一个作为联络开关的断路器;所述作为联络开关的断路器经联络线连接至 引出该断路器所在馈线的主变压器的其他10千伏侧馈线上的断路器;正常运行时,所述联 络线两侧的断路器均打开运行。
[0017] 在本发明一实施例中,所述断路器设置有差动继电保护装置。
[0018] 在本发明一实施例中,当所述所述第一馈线、所述第二馈线、所述第三馈线或所述 第四馈线中任一条馈线发生故障时,依时序发生如下动作:
[0019] 步骤S21 :断路器中的差动继电保护装置检测到故障点处故障,并向故障点两侧 断路器发出动作指令,断开所述故障点两侧断路器,将发生故障的馈线段隔离为两段,其 中,主变压器至故障点段的供电负荷Ss1,故障点至柔性直流换流器交流母线的线路段的 供电负荷为S 2,该故障点所在的馈线所连接的主变压器向该馈线提供的供电交流功率由故 障前的S降为故障后的S1, S多S1^ 0,其中,S为故障前主变压器向对应馈线提供的馈线 供电功率,S = S「SA,4为馈线上的总供电负荷,S S i+S2, Sa为光伏发电模块经对应柔性 直流换流器逆变后向馈线供电的供电交流功率;该馈线故障点至对应的柔性直流换流器交 流母线的线路段的供电功率缺额Sq= S 2-SA;S Q值与故障点位置有关,最严重的情况下,当 故障点位于变压器出口侧时,S1= 0, S 2= S ^ Stj= S fSA;
[0020] 步骤S22 :所述差动继电保护装置向所述柔性直流输电系统发出动作指令,所述 柔性直流输电系统中与所述故障点相对一侧的柔性直流换流器由逆变状态转变为整流状 态,且整流功率为
Figure CN105207265AD00071
与所述故障点相对一侧主变压器所引出馈线的供电交流功率均 由故障前的S调整为
Figure CN105207265AD00072
;所述柔性直流输电系统中与所述故障点相同一侧的柔 性直流换流器维持逆变状态,且逆变功率值由故障前的2XSa调整为
Figure CN105207265AD00073
[0021] 步骤S23 :受所述柔性直流输电系统的换流功率调整的影响,与所述故障点相同 一侧主变压器所引出的另一馈线的供电交流功率由故障前的S调整为
Figure CN105207265AD00074
[0022] 步骤S24 :所述故障点相同一侧的直流母线处汇集了该侧柔性直流换流器增加的 逆变功率
Figure CN105207265AD00075
以及该侧另一馈线增加的供电交流功率
Figure CN105207265AD00076
,且合计为 Sq,并向故障点至对应柔性直流换流器交流母线的线路段供电。
[0023] 在本发明一实施例中,当所述第一馈线以及所述第二馈线或所述第三馈线以及所 述第四馈线中任一对馈线发生故障时,依时序发生如下动作:
[0024] 步骤S31 :断路器中的差动继电保护装置分别对应检测到馈线故障点处故障,分 别向故障点两侧断路器发出动作指令,并分别对应断开所述故障点两侧断路器,将两条 发生故障的馈线均隔离为两段,其中,主变压器至两回线故障点段的供电负荷分别为sla、 Slb,两馈线故障点至对应柔性直流换流器交流母线的线路段的供电负荷为S2a、S2b,故障点 所在的馈线所连接的主变压器对应向两条馈线提供的供电交流功率由故障前的2XS降 为S la+Slb,其中,S为故障前主变压器向对应馈线提供的馈线供电功率,S = S「SA,4为馈 线上的总供电负荷,SaS光伏发电模块对应经柔性直流换流器逆变后向馈线供电的供电 交流功率;两馈线故障点至对应柔性直流换流器交流母线的线路段的供电功率缺额Sq = S2a+S2b-2XSA;Sq值与故障点位置有关,最严重的情况下,当两回馈线的故障点均位于变压 器出口侧时,S la= S lb= 0, S 2a= S 2b= S L,Sq= 2X (S L-Sa);
[0025] 步骤S32 :所述差动继电保护装置向所述柔性直流输电系统发出动作指令,所述 柔性直流输电系统中与所述故障点相对一侧的柔性直流换流器由逆变状态转变为整流状 态,且整流功率,
Figure CN105207265AD00081
,与所述故障点相对一侧主变压器所引出馈线的供电交流功率均 由故障前的S调整为
Figure CN105207265AD00082
;所述柔性直流输电系统中与所述故障点相同一侧的的 柔性直流换流器维持逆变状态,逆变功率值由故障前的2XSa调整为
Figure CN105207265AD00083
[0026] 步骤S33 :所述差动继电保护装置分别向存在故障馈线上作为作为联络开关的断 路器以及对应经联络线与该作为联络开关的断路器相连接的断路器发出闭合动作指令,两 条故障馈线上的各自对应一条联络线向对应的馈线提供支援功率
Figure CN105207265AD00084
[0027] 步骤S34 :所述故障点相同一侧的直流母线向产生故障两条馈线提供逆变功率
Figure CN105207265AD00085
以及产生故障两条馈线对应的联络线提供支援功率
Figure CN105207265AD00086
> 合 计为Sq,并向故障点至对应的柔性直流换流器交流母线的线路段供电。
[0028] 在本发明一实施例中,片区内若干个光伏电站对应的光伏发电模块产生的直流电 统一升压到同一直流电压,并对应经若干条直流线路汇集连接至所述直流母线。
[0029] 在本发明一实施例中,所述光伏发电模块包括依次相连的第一光伏发电单元至第 N光伏发电单元;所述光伏发电单元包括依次相连的光伏阵列以及直流升压变化器;所述 第N光伏发电单元的直流升压端作为所述光伏发电模块的直流升压端。
[0030] 在本发明一实施例中,每个柔性直流换流器的第一交流母线和第二交流母线相 联,但每个柔性直流换流器的交流母线均不与其它柔性直流换流器交流母线相联。
[0031] 相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:
[0032] 1:4回配电线路形成一组闭环接线,可靠性高。应用新加坡、香港等地区的中压20 千伏配电网采用的"闭环运行+差动保护"的方式,当一回馈线N-I故障后,通过继电保护 设备迅速实施故障定位和隔离,由其余3回馈线快速恢复供电,其中2回通过柔性直流输电 系统对故障馈线供电。
[0033] 2:不会明显增加交流侧短路电流。新加坡、香港等地区中压20千伏配电网采用的 闭环运行方式中,两回馈线来自同一座变电站不同变压器的母线,不是来自不同变电站,可 避免故障下2座变电站均提供短路电流。本接线虽然4回馈线来自不同变电站,但是采用 柔性直流输电系统进行隔离,通过柔性直流输电系统的功率控制和电流控制功能,闭环运 行后不会明显提高配电网交流侧短路电流,可以控制两座变电站间的"功率穿越"在允许的 水平内。
[0034] 3:提高配电网馈线的负载率。4回配电线路通过柔性直流输电系统互联形成闭环 接线,正常运行时馈线正常最高负载率可达75%。与两条馈线形成闭环结构相比(馈线正 常最尚负载率50% ),线路利用率提尚。在总的供电需求下,提尚线路最尚负载率将减少线 路回路数,减少线路投资和走廊占用。
[0035] 4 :实现片区内光伏电站的集中式逆变和并网。将片区内多个光伏电站产生的直流 电经多条直流线路汇集在柔性直流换流器的直流母线,实现光伏电站的集中逆变并网,与 分散式逆变并网相比,如每个光伏电站都配套建设相应容量的逆变器,直流电逆变为交流 电后经多条交流线路汇集并升压后接入交流电网,各光伏电站侧可以不用配置逆变器,1-2 台大容量逆变器的造价比同等容量的多台小逆变器造价总和更低,进一步减省逆变器综合 投资。
附图说明
[0036] 图1为本发明中采用柔性直流输电系统实现光伏电源集中接入的配电网闭环接 线示意图。
[0037] 图2为本发明中单回10千伏馈线发生故障后,断路器状态、馈线功率及柔性直流 功率调整示意图。
[0038] 图3为本发明中同一变压器的双回10千伏馈线发生故障后,断路器状态、馈线功 率及柔性直流功率调整示意图。
[0039] 图4为本发明中根据光伏电源装机及馈线负荷来确定柔性直流输电系统单侧换 流器容量的数据表。
具体实施方式
[0040] 下面结合附图,对本发明的技术方案进行具体说明。
[0041] 本发明提供一种采用柔性直流输电实现配电网闭环和光伏集中接入的方法,
[0042] 如图1所示,按照如下步骤实现:
[0043] 步骤Sll :从一变电站的第一主变压器的10千伏侧引出第一馈线以及第二馈线, 从另一变电站的第二主变压器的10千伏侧引出第三馈线以及第四馈线;
[0044] 步骤S12 :将所述第一馈线、所述第二馈线、所述第三馈线以及所述第四馈线分别 经联接单元对应连接至一柔性直流输电系统中第一柔性直流换流器的第一交流母线、第一 柔性直流换流器的第二交流母线、第二柔性直流换流器的第一交流母线以及第二柔性直流 换流器的第二交流母线,在本实施例中,每个柔性直流换流器的第一交流母线和第二交流 母线相联,但每个柔性直流换流器的交流母线均不与其它柔性直流换流器交流母线相联;
[0045] 步骤S13 :在所述柔性直流输电系统中直流输电回路两侧分别对应设置一直流母 线;所述直流母线的一端与所述直流输电回路相连,另一端连接至一光伏发电模块的直流 升压端;
[0046] 步骤S14:正常运行时,所述第一馈线、所述第二馈线、所述第三馈线以及所述第 四馈线由变电站供电的负荷小于等于单回馈线的热稳定极限功率的75%,所述柔性直流输 电系统中的第一柔性直流换流器以及第二柔性直流换流器均作为逆变器运行,将所述光伏 发电模块发出的电力输送到10千伏馈线上。
[0047] 进一步的,在本实施例中,如图1所示,变电站A的主变压器1的10千伏侧引出馈 线11和馈线12共2回10千伏馈线,图1中分别引至主变压器1的两段不同母线,,均接入 柔性直流输电系统的换流器A的交流母线A上,变电站B的主变压器2的10千伏侧引出馈 线21和馈线22共2回10千伏馈线,图1中分别引至主变压器2的两段不同母线,均接入柔 性直流输电系统的换流器B的交流母线B上,4回馈线在末端通过一套柔性直流输电系统相 联,形成闭环网络结构,柔性直流输电系统包括两个柔性直流换流器和一个直流输电回路。 因10千伏配电网都采用标准化设计,图1中馈线11、馈线12、馈线21、馈线22设计的热稳 定极限功率均一致,简记为SMAX。在本实施例中,如图4所示,柔性直流输电系统单侧换流 器容量不小于单回10千伏馈线设计的热稳定极限功率。
[0048] 进一步的,在本实施例中,所述联接单元包括若干个10千伏断路器,且所述若干 个断路器包括至少有一个作为联络开关的断路器;所述作为联络开关的断路器经联络线连 接至引出该断路器所在馈线的主变压器的其他10千伏侧馈线,所述断路器设置有差动继 电保护装置。;正常运行时,所述联络线两侧的断路器均打开运行。
[0049] 进一步的,在本实施例中,图1中的HW11、HW12…HW23、HW24表示环网柜、配电站 (室)等可以组成环网的联接单元,每个联接单元内部采用10千伏断路器作为联接设备,断 路器上设置差动继电保护,可采用常规差动保护设备。每回馈线的环网单元中至少设置一 个断路器作为联络开关,如图1中为联络断路器11、联络断路器14、联络断路器21、联络断 路器23,通过该联络断路器和联络线连接至同一台变压器供电的其它10千伏馈线,正常运 行时联络线及两侧断路器均打开运行。
[0050] 进一步的,在本实施例中,片区内若干个光伏电站对应的光伏发电模块产生的直 流电统一升压到同一直流电压,并对应经若干条直流线路汇集连接至所述直流母线。
[0051] 进一步的,在本实施例中,柔性直流输电系统的直流输电回路两侧分别设置1段 直流母线,图1中为直流母线A和直流母线B,片区内多个光伏电站产生的直流电统一升压 到同一直流电压,经多条直流线路汇集在柔性直流换流器的直流母线,具体条数根据实际 情况确定,图1中仅画出两条。光伏电源注入直流母线A和直流母线B的直流功率示为P pvi 和 Ppv2,一般 PpvJPI P PV2相等,记为 P pV1= P pV2= P pV。
[0052] 光伏电源经柔性直流换流器逆变后向4回馈线供电的交流功率分别为SA11、S A12、 SA21、Sa22。图1中考虑4回馈线等容量送出的情况,即
Figure CN105207265AD00101
其中《«供是柔性直流换流器逆变后的功 率因数,一般取〇. 9~1。考虑用电负荷均匀分布的情况,即每回馈线上的总供电负荷均等 于4。主变压器向4回馈线供电的功率分别为Sn、S12、S21、S 22,则有S11= S 12= S 21= S 22 = S^Sa。为便于下文表述,可简记为S = S「SA。线路的负载率定义为:馈线的负载率= S + SmxX 100%。正常运行时每个环网上的4回馈线负载率均不超过75%。
[0053] 进一步的,在本实施例中,当所述所述第一馈线、所述第二馈线、所述第三馈线或 所述第四馈线中任一条馈线发生故障时,依时序发生如下动作:
[0054] 步骤S21 :断路器中的差动继电保护装置检测到故障点处故障,并向故障点两侧 断路器发出动作指令,断开所述故障点两侧断路器,将发生故障的馈线隔离为两段,其中, 主变压器至故障点段的供电负荷为S 1,故障点至柔性直流换流器交流母线的线路段的供电 负荷为S2,该故障点所在的馈线所连接的主变压器向该馈线供电的交流功率将由故障前的 S降为故障后的S1, S多S1S 0,其中,S为故障前主变压器向对应馈线提供的馈线供电功率, S = S「SA,&为馈线上的总供电负荷,S S dS2, Sa为光伏发电模块经对应柔性直流换流 器逆变后向馈线供电的供电交流功率;该馈线故障点至对应的柔性直流换流器交流母线的 线路段的供电功率缺额S q= S 2-SA;S Q值与故障点位置有关,最严重的情况下,当故障点位 于变压器出口侧时,S1= 0, S 2= S ^ Stj= S fSA;
[0055] 步骤S22 :所述差动继电保护装置向所述柔性直流输电系统发出动作指令,所述 柔性直流输电系统中与所述故障点相对一侧的柔性直流换流器由逆变状态转变为整流状 态,且整流功率为
Figure CN105207265AD00111
,与所述故障点相对一侧主变压器所引出馈线的供电交流功率均 由故障前的S调整为
Figure CN105207265AD00112
;所述柔性直流输电系统中与所述故障点相同一侧的柔 性直流换流器维持逆变状态,且逆变功率值由故障前的2XSa调整为
Figure CN105207265AD00113
[0056] 步骤S23 :受所述柔性直流输电系统的换流功率调整的影响,与所述故障点相同 一侧主变压器所引出的另一馈线的供电交流功率由故障前的S调整为.
Figure CN105207265AD00114
[0057] 步骤S24 :所述故障点相同一侧的直流母线处汇集了该侧柔性直流换流器增加的 逆变功率
Figure CN105207265AD00115
以及该侧另一馈线增加的供电交流功率
Figure CN105207265AD00116
,且合计为 Sq,并向故障点至对应柔性直流换流器交流母线的线路段供电。
[0058] 在本实施例中,当某1回馈线故障停运时,变压器向该馈线供电的功率可能由 75 %下降至0 %,靠近故障侧的柔性直流换流器仍维持作为逆变器,另一侧的柔性直流换流 器由逆变器变为整流器运行,即将非故障的3条馈线侧的功率由75%提升到不超出100%, 其中非故障侧的2回馈线通过柔性直流输电系统送往故障侧馈线,故障馈线上的负荷由非 故障的3回馈线分摊供电。
[0059] 为了让本领域技术人员进一步了解本发明所提出的技术内容,下面具体结合具体 实例进行说明,如图2所示,当馈线22发生故障时,依时序发生如下动作:
[0060] (1)差动保护检测到故障;
[0061] (2)差动保护向故障馈线相联的断路器发出动作指令,故障点两侧的断路器打开, 如断路器22和环网HW24中与故障馈线相接的断路器打开,馈线22上发生故障的馈线段被 隔离,图2中S 1值由故障前的S降低为S ^
[0062] (3)差动保护向柔性直流输电系统发出动作指令,换流器A由逆变状态转变为整 流状态,整流功率设定^
Figure CN105207265AD00117
,为了维持功率平衡,馈线11和馈线12的供电交流功率均 自动由故障前的S提高为
Figure CN105207265AD00121
;换流器B维持逆变状态,但逆变功率SA21+S A22值 由故障前的2XSa提高到
Figure CN105207265AD00122
[0063] (4)在柔性直流输电系统的换流功率调整以后,馈线21供电的交流功率自动由故 障前的S调整到为
Figure CN105207265AD00123
[0064] (5)换流器B的交流母线B上汇集了换流器B增加的逆变功率
Figure CN105207265AD00124
和馈 线21增加的供电功率
Figure CN105207265AD00125
,合计为Stj,向馈线22上服23、HW24供电。
[0065] 在本实施例中,由于考虑馈线22的变压器出口处发生故障,即故障后S1= 0, Sq = S,光伏电源具有间歇性,时有时无,利用小时数较低,往往在夜间用电高峰时段无法发电, 因此考虑对变电站供电需求最大的场景,假定S a= 0。在此情况下,Stj= S p正常运行时每 个环网上的4回馈线负载率均不超过75%。馈线22故障后馈线11、馈线12和馈线21的 负载率提高为不超过100%。
[0066] 进一步的,在本实施例中,当所述第一馈线以及所述第二馈线或所述第三馈线以 及所述第四馈线中任一对馈线发生故障时,依时序发生如下动作:
[0067] 步骤S31 :断路器中的差动继电保护装置分别对应检测到馈线故障点处故障,分 别向故障点两侧断路器发出动作指令,并分别对应断开所述故障点两侧断路器,将两条发 生故障的馈线均隔离为两段,其中,主变压器至两回线故障点线路段的供电负荷分别为 Sla、Slb,两线故障点至对应柔性直流换流器交流母线的线路段的供电负荷为S2a、S 2b,故障 点所在的馈线所连接的主变压器对应向两条馈线提供的供电交流功率由故障前的2XS降 为S la+Slb,其中,S为故障前主变压器向对应馈线提供的馈线供电功率,S = S^SA,4为 馈线上的总供电负荷,Sa为光伏发电模块对应经柔性直流换流器逆变后向馈线供电的供 电交流功率,两回馈线故障点至柔性直流换流器交流母线的线路段的供电功率缺额S q = S2a+S2b-2XSA;Sq值与故障点位置有关,最严重的情况下,当两回馈线的故障点均位于变压 器出口侧时,S la= S lb= 0, S 2a= S 2b= S L,Sq= 2X (S L-SA);
[0068] 步骤S32 :所述差动继电保护装置向所述柔性直流输电系统发出动作指令,所述 柔性直流输电系统中与所述故障点相对一侧的柔性直流换流器由逆变状态转变为整流状 态,且整流功率为
Figure CN105207265AD00126
,与所述故障点相对一侧主变压器所引出馈线的供电交流功率均由 故障前的S调整为
Figure CN105207265AD00127
:所述柔性直流输电系统中与所述故障点相同一侧的的柔 性直流换流器维持逆变状态,逆变功率值由故障前的2X3以周整为·
Figure CN105207265AD00128
[0069] 步骤S33 :所述差动继电保护装置分别向存在故障馈线上作为作为联络开关的断 路器以及与该作为联络开关的断路器经联络线连接的断路器发出闭合动作指令,两条故障 馈线上的各自对应的一条联络线向对应的馈线提供支援功_
Figure CN105207265AD00131
·
[0070] 步骤S34 :所述故障点相同一侧的直流母线向产生故障两条馈线提供逆变功率
Figure CN105207265AD00132
以及产生故障两条馈线对应的联络线提供支援功率
Figure CN105207265AD00133
,合 计为Sq,并向故障点至对应柔性直流换流器交流母线的线路段供电。
[0071] 在本实施例中,当位于柔性直流输电系统同一侧的2回馈线均停运时,变压器向 该2回馈线供电的功率可能由75%下降至0%,靠近故障侧的柔性直流换流器仍维持作为 逆变器,另一侧的柔性直流换流器由逆变器变为整流器运行,即将非故障的2条馈线侧的 交流电通过柔性直流输电系统送往故障侧馈线,可满足故障侧馈线上约33%的负荷,同时 联络断路器闭合,联络线由备用状态转为运行状态;故障馈线上的其余约67%的负荷由与 故障馈线通过联络断路器和联络线相联的其它馈线供电。
[0072] 为了让本领域技术人员进一步了解本发明所提出的技术内容,下面具体结合具体 实例进行说明,如图3所示,当位于同一变电站的馈线21和馈线22均停运时,依时序发生 如下动作:
[0073] (1)差动保护检测到故障;
[0074] (2)差动保护向故障馈线相联的断路器发出动作指令,故障点两侧的断路器打开, 断路器21和环网HW21中与故障馈线相接的断路器打开,断路器22和环网HW24中与故障 馈线相接的断路器打开,馈线上发生故障的馈线段被隔离,图3中S 22值和S21I值由故障前 的S降低为Sla、Slb;
[0075] (3)差动保护向柔性直流输电系统发出动作指令,换流器A由逆变状态转变为整 流状态,整流功率设定为
Figure CN105207265AD00134
,为了维持功率平衡,馈线11和馈线12的供电交流功率均 自动由故障前的S提高为
Figure CN105207265AD00135
;换流器B维持逆变状态,但逆变功率SA21+S A22值由 故障前的2XSa提高到
Figure CN105207265AD00136
[0076] (4)差动保护向联络断路器发出指令,联络断路器21和联络断路器23及其线路对 侧断路器闭合,每回联络线向故障馈线提供支援功率
Figure CN105207265AD00137
[0077] (5)换流器B的交流母线B向馈线21、馈线22提供逆变功率
Figure CN105207265AD00138
和2回 联络线支援的供电功率·
Figure CN105207265AD00139
.合计为Sq,向馈线21、馈线22故障点至柔性直 流换流器交流母线的线路段供电。
[0078] 在本实施例中,柔性直流输电系统单侧换流器容量与光伏电源装机以及10千伏 馈线负荷情况有关,容量应不小于
Figure CN105207265AD001310
,工程中可通过查图4确定换流器容量。例 如,当光伏电源装机占馈线极限功率的比例为30%时,换流器容量应不低于馈线极限功率 的 76% 〇
[0079] 本发明所提出的一种采用柔性直流输电实现配电网闭环和光伏集中接入的方法, 实现了 4回10千伏配电馈线通过柔性直流输电系统实现闭环运行,可相应提高配电网馈线 的负载率(正常运行时馈线正常最高负载率可达75% ),同时避免短路电流过大的问题, 避免不同变电站之间10千伏互联造成的"功率穿越"问题。片区内多个光伏电站产生的直 流电经多条直流线路汇集在柔性直流换流器的直流母线,实现光伏电站的集中逆变并网, 与分散式逆变并网相比,减省逆变器综合造价。在实现高可靠性接线的同时,采用柔性直 流输电系统形成两座不同变电站变压器的闭环运行不会明显提高配电网短路电流,改造量 小,利用柔性直流输电系统实现光伏电站的集中逆变并网,各光伏电站侧可以不用配置逆 变器,减省逆变器综合投资,可弥补本发明投资大的不足,适用于供电可靠性要求高且有一 定数量光伏电站,存在光伏电站并网需求的场合。
[0080] 以上是本发明的较佳实施例,凡依本发明技术方案所作的改变,所产生的功能作 用未超出本发明技术方案的范围时,均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1. 一种采用柔性直流输电实现配电网闭环和光伏集中接入的方法,其特征在于,按照 如下步骤实现: 步骤Sll:从一变电站的第一主变压器的10千伏侧引出第一馈线W及第二馈线,从另 一变电站的第二主变压器的10千伏侧引出第=馈线W及第四馈线; 步骤S12:将所述第一馈线、所述第二馈线、所述第S馈线W及所述第四馈线分别经联 接单元对应连接至一柔性直流输电系统中第一柔性直流换流器的第一交流母线、第一柔性 直流换流器的第二交流母线、第二柔性直流换流器的第一交流母线W及第二柔性直流换流 器的第二交流母线; 步骤S13 :在所述柔性直流输电系统中直流输电回路两侧分别对应设置一直流母线; 所述直流母线的一端与所述直流输电回路相连,另一端连接至一光伏发电模块的直流升压 端; 步骤S14:正常运行时,所述第一馈线、所述第二馈线、所述第S馈线W及所述第四馈 线由变电站供电的负荷小于等于单回馈线的热稳定极限功率的75%,所述柔性直流输电系 统中的第一柔性直流换流器W及第二柔性直流换流器均作为逆变器运行,将所述光伏发电 模块发出的电力输送到10千伏馈线上。
2. 根据权利要求1所述的采用柔性直流输电实现配电网闭环和光伏集中接入的方法, 其特征在于,所述联接单元包括若干个10千伏断路器,且所述若干个断路器包括至少有一 个作为联络开关的断路器;所述作为联络开关的断路器经联络线连接至引出该断路器所在 馈线的主变压器的其他10千伏侧馈线上的断路器;正常运行时,所述联络线两侧的断路器 均打开运行。
3. 根据权利要求2所述的采用柔性直流输电实现配电网闭环和光伏集中接入的方法, 其特征在于,所述断路器设置有差动继电保护装置。
4. 根据权利要求3所述的采用柔性直流输电实现配电网闭环和光伏集中接入的方法, 其特征在于,当所述所述第一馈线、所述第二馈线、所述第=馈线或所述第四馈线中任一条 馈线发生故障时,依时序发生如下动作: 步骤S21:断路器中的差动继电保护装置检测到故障点处故障,并向故障点两侧断路 器发出动作指令,断开所述故障点两侧断路器,将发生故障的馈线隔离为两段,其中,主变 压器至故障点段的供电负荷为Si,故障点至柔性直流换流器交流母线的线路段的供电负荷 为S2,该故障点所在的馈线所连接的主变压器向该馈线供电的交流功率将由故障前的S降 为故障后的Si,S>Si^ 0,其中,S为故障前主变压器向对应馈线提供的馈线供电功率,S =或-Sa,或为馈线上的总供电负荷,SS1+S2,Sa为光伏发电模块经对应柔性直流换流器 逆变后向馈线供电的供电交流功率;该馈线故障点至对应的柔性直流换流器交流母线的线 路段的供电功率缺额S«=S2-Sa;S«值与故障点位置有关,最严重的情况下,当故障点位于 变压器出口侧时,Si= 0,S2=SL,Sg=SL-Sa; 步骤S22:所述差动继电保护装置向所述柔性直流输电系统发出动作指令,所述柔性 直流输电系统中与所述故障点相对一侧的柔性直流换流器由逆变状态转变为整流状态,且 整流功率为
Figure CN105207265AC00021
3,与所述故障点相对一侧主变压器所引出馈线的供电交流功率均由故障 前的S调整为^ :所述柔性直流输电系统中与所述故障点相同一侧的柔性直流 换流器维持逆变状态,且逆变功率值由故障前的2XSa调整为
Figure CN105207265AC00031
步骤S23 :受所述柔性直流输电系统的换流功率调整的影响,与所述故障点相同一侧 主变压器所引出的另一馈线的供电交流功率由故障前的S调整为
Figure CN105207265AC00032
步骤S24 :所述故障点相同一侧的直流母线处汇集了该侧柔性直流换流器增加的逆变 功率
Figure CN105207265AC00033
W及该侧另一馈线增加的供电交流功率
Figure CN105207265AC00034
,且合计为S«, 并向故障点至对应柔性直流换流器交流母线的线路段供电。
5.根据权利要求3所述的采用柔性直流输电实现配电网闭环和光伏集中接入的方法, 其特征在于,当所述第一馈线W及所述第二馈线或所述第=馈线W及所述第四馈线中任一 对馈线发生故障时,依时序发生如下动作: 步骤S31 :断路器中的差动继电保护装置分别对应检测到馈线故障点处故障,分别向 故障点两侧断路器发出动作指令,并分别对应断开所述故障点两侧断路器,将两条发生 故障的馈线均隔离为两段,其中,主变压器至两馈线故障点线路段的供电负荷分别为Si。、 Sib,两馈线故障点至对应柔性直流换流器交流母线的线路段的供电负荷为S2。、S2b,故障点 所在的馈线所连接的主变压器对应向两条馈线提供的供电交流功率由故障前的2XS降 为Sia+Sib,其中,S为故障前主变压器向对应馈线提供的馈线供电功率,S=S,-Sa,S,为馈 线上的总供电负荷,Sa为光伏发电模块对应经柔性直流换流器逆变后向馈线供电的供电 交流功率,两馈线故障点至对应柔性直流换流器交流母线的线路段的供电功率缺额Sq= S2g+S2b-2XSA;Sq值与故障点位置有关,最严重的情况下,当两回馈线的故障点均位于变压 器出口 侧时,Sia=S化=0,S2a=S化二SL,Sq= 2X(Sl_Sa); 步骤S32 :所述差动继电保护装置向所述柔性直流输电系统发出动作指令,所述柔性 直流输电系统中与所述故障点相对一侧的柔性直流换流器由逆变状态转变为整流状态,且 整流功率为
Figure CN105207265AC00035
,与所述故障点相对一侧主变压器所引出馈线的供电交流功率均由故障 前的S调整为
Figure CN105207265AC00036
4 ;所述柔性直流输电系统中与所述故障点相同一侧的的柔性直 流换流器维持逆变状态,逆变功率值由故障前的2XSa调整为
Figure CN105207265AC00037
步骤S33 :所述差动继电保护装置分别向存在故障馈线上作为作为联络开关的断路器W及对应经联络线与该作为联络开关的断路器相连接的断路器发出闭合动作指令,两条故 障馈线上的各自对应的一条联络线向对应的馈线提供支援功率
Figure CN105207265AC00038
步骤S34:所述故障点相同一侧的直流母线向产生故障两条馈线提供逆变功率
Figure CN105207265AC00041
,W及产生故障两条馈线对应的联络线提供支援功率
Figure CN105207265AC00042
,合 计为Sq,并向故障点至对应柔性直流换流器交流母线的线路段供电。
6. 根据权利要求1所述的采用柔性直流输电实现配电网闭环和光伏集中接入的方法, 其特征在于,片区内若干个光伏电站对应的光伏发电模块产生的直流电统一升压到同一直 流电压,并对应经若干条直流线路汇集连接至所述直流母线。
7. 根据权利要求5所述的柔性直流输电系统光伏电源集中接入配电网闭环接线方法, 其特征在于,所述光伏发电模块包括依次相连的第一光伏发电单元至第N光伏发电单元; 所述光伏发电单元包括依次相连的光伏阵列W及直流升压变化器;所述第N光伏发电单元 的直流升压端作为所述光伏发电模块的直流升压端。
8. 根据权利要求1所述的柔性直流输电系统光伏电源集中接入配电网闭环接线方法, 其特征在于,每个柔性直流换流器的第一交流母线和第二交流母线相联,但每个柔性直流 换流器的交流母线均不与其它柔性直流换流器中的交流母线相联。
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