CN107887934B - 基于公共连接单元的多微网柔性互联结构 - Google Patents

基于公共连接单元的多微网柔性互联结构 Download PDF

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Abstract

一种基于公共连接单元的多微网柔性互联结构，包括：若干交流接口连接线、若干直流接口连接线以及若干公共连接单元，其中：交流接口连接线的两端分别与公用电网和对应的公共连接单元相连，直流接口连接线的两端分别与公共连接单元相连，公共连接单元各自连接其所对应的微电网，本发明能够通过公用电网的频率、电压和功率支撑提高多微网系统的运行可靠性，能提供更高的控制维度、更多变的控制策略，从而获得更好的控制效果，提高了多微网系统的运行灵活性，能降低微电网之间的电磁耦合，改善电能质量，提高分布式新能源的接入能力和利用率。

Description

基于公共连接单元的多微网柔性互联结构
技术领域
本发明涉及的是一种电网领域的技术，具体是用于快速、灵活连接多个子微网的一种基于公共连接单元的多微网柔性互联结构。
背景技术
化石燃料造成的环境问题引发了全世界对风力发电、太阳能发电等可再生能源的关注，此外电力电子器件与微电网等相关技术的快速发展也推动了可再生能源的广泛应用。为实现分布式电源的协调控制，向电网提供清洁、高效的电能，微电网成为消纳多类型分布式电源的一种有效方式。与传统配电网不同，微电网具备并网与孤岛两种运行方式，具有良好的运行灵活性与可靠性。但随着分布式电源渗透率的不断提高，单一微网已很难有效协调和消纳大规模分布式电源。为解决这一问题，通过多微网互联，实现微网集群化运行成为新能源综合利用的新方向。
多微网系统由两个及以上的异质子微网组成。多个子微网通常具有一致的运行目标，并在电磁耦合、协同控制和通信方面联系密切。目前，多微网互联技术领域已取得一定的研究成果，主要包括多微网互联运行可行性分析、协调控制策略制定、能量管理方案优化和多微网稳定性分析等。按照拓扑结构划分，当前研究的多微网系统被分为互联和非互联两类，其中非互联多微网又被分为交流并网多微网和换流器并网多微网两种，互联多微网被分为交流互联多微网和直流互联多微网。
发明内容
本发明针对现有组网装置无法同时实现不同电压等级微电网的直接互联、交流微电网和直流微电网的混合互联、多微网的异步互联以及缺少协调控制装置的缺陷，提出一种基于公共连接单元的多微网柔性互联结构，其能够通过公用电网的频率、电压和功率支撑提高多微网系统的运行可靠性，能提供更高的控制维度、更多变的控制策略，从而获得更好的控制效果，提高了多微网系统的运行灵活性，能降低微电网之间的电磁耦合，改善电能质量，提高分布式新能源的接入能力和利用率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：若干交流接口连接线、若干直流接口连接线以及若干公共连接单元，其中：交流接口连接线的两端分别与公用电网和对应的公共连接单元相连，直流接口连接线的两端分别与公共连接单元相连，公共连接单元各自连接其所对应的微电网。
所述的公共连接单元包括：交流断路器、直流断路器、模块化多电平换流器、直流连接母线、交流连接母线和公共连接母线，其中：交流断路器两端分别与交流接口连接线和交流连接母线相连，直流断路器两端分别与直流接口连接线和直流连接母线相连，交流连接母线和直流连接母线分别与公共连接母线相连，模块化多电平换流器两端分别与直流连接母线和公共连接母线相连。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为公共连接单元结构示意图；
图3为本发明在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中并网运行情况下的运行仿真结果；
图4为本发明在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中孤岛运行情况下的运行仿真结果；
图中：1交流接口连接线、2直流接口连接线、3公共连接单元、301交流断路器、302直流断路器、303模块化多电平换流器、304公共连接母线、305储能系统、306直流连接母线、307交流连接母线。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：若干交流接口连接线1、若干直流接口连接线2以及若干公共连接单元3，其中：交流接口连接线1连接上级电网即公用电网和所属公共连接单元3，直流接口连接线2连接所属公共连接单元3及其他公共连接单元3，公共连接单元3各自连接其所对应的微电网。
如图2所示，所述的公共连接单元3包括：交流断路器301、直流断路器302、模块化多电平换流器303、直流连接母线306、交流连接母线307和公共连接母线304，其中：交流断路器301两端分别与交流接口连接线1和交流连接母线307相连，直流断路器302两端分别与直流接口连接线2和直流连接母线306相连，交流连接母线307与公共连接母线304相连，模块化多电平换流器303两端分别与直流连接母线306和公共连接母线304相连。
所述的公共连接母线304上进一步设有储能系统305。
所述的公共连接母线304与对应的微电网直接连接。
所述的公用电网通过交流接口连接线1与公共连接单元3的交流断路器301相连。公共连接单元3的直流断路器302通过直流接口连接线2相互连接以连接各个微电网。
所述的公共连接单元3的连接模式分为交流连接模式、直流连接模式和混合连接模式。交流连接模式是指仅将微电网和公用电网通过交流接口连接线1相连，以使微电网获得电压、频率和功率支撑，并实现微电网多余电能向公用电网的反向输送。直流连接模式是指仅将各个公共连接单元3的直流断路器302通过直流接口连接线2相互连接，以实现各个微电网的互联，从而利用模块化多电平换流器303的控制特性解决多微网功率互济问题，提高系统运行的协调性和灵活性。混合连接模式是指交流连接模式和直流连接模式的组合。
如图1所示，微电网一和微电网二通过各自公共连接单元3与公用电网同一电源的同一馈线相连，称为同源同馈微网。通过各自公共连接单元3与公用电网同一电源的不同馈线相连的微电网一(二)和微电网三称为同源异馈微网。与公用电网不同电源的不同馈线相连的微电网三和微电网四称为异源异馈微网。在并网运行期间，对于同源同馈微网，通常只有一个微电网的公共连接单元3处于混合连接模式，其余微电网的公共连接单元3均处于直流连接模式；对于同源异馈微网，公共连接单元3均工作于混合连接模式；对于异源异馈微网，公共连接单元3均处于混合连接模式。在孤岛运行期间，所有微电网的公共连接单元3均工作于直流连接模式。
所述的公共连接单元3的模块化多电平换流器303的控制策略可采用主从控制策略或下垂控制策略。采用主从控制策略时，所有公共连接单元3中至少有一个公共连接单元3的模块化多电平换流器303工作在定直流电压控制模式，而其他公共连接单元3的模块化多电平换流器303则工作在定功率控制模式；采用下垂控制策略时，所有公共连接单元3共同承担系统直流电压稳定和功率分配的任务。
以图1所示的多微网互联整体结构为对象，按照表1所示的参数配置在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中建立仿真模型，并分别仿真并网运行和孤岛运行两种情况。如图3所示，在并网运行情况下，基于公共连接单元的多微网系统可以对多微网之间的功率交换进行合理有效的分配，且在运行期间，系统直流电压稳定，各项电能指标满足系统稳定运行要求，电能质量较高；如图4所示，在孤岛运行情况下，虽然失去公用电网的功率支撑，但公共连接单元通过自身结构及控制特性，依旧可以实现多微网间功率的合理有效分配，同时保证系统直流电压稳定，多微网系统高效、安全运行。
表1
Figure BDA0001460021440000031
与现有技术相比，本发明能够通过公用电网的频率、电压和功率支撑提高多微网系统的运行可靠性，能提供更高的控制维度、更多变的控制策略，从而获得更好的控制效果，提高了多微网系统的运行灵活性，能降低微电网之间的电磁耦合，改善电能质量，提高分布式新能源的接入能力和利用率。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (1)

1.一种基于公共连接单元的多微网柔性互联结构，其特征在于，包括：若干交流接口连接线、若干直流接口连接线以及若干公共连接单元，其中：交流接口连接线的两端分别与公用电网和对应的公共连接单元相连，直流接口连接线的两端分别与公共连接单元相连，公共连接单元各自连接其所对应的微电网；
所述的公共连接单元包括：交流断路器、直流断路器、模块化多电平换流器、直流连接母线、交流连接母线和公共连接母线，其中：交流断路器两端分别与交流接口连接线和交流连接母线相连，直流断路器两端分别与直流接口连接线和直流连接母线相连，交流连接母线和直流连接母线分别与公共连接母线相连，模块化多电平换流器两端分别与直流连接母线和公共连接母线相连；
所述的公共连接母线与交流连接母线直接连接，并通过模块化多电平换流器与直流连接母线相连；
所述的公共连接母线上进一步设有储能系统；
所述的公共连接母线与对应的微电网直接连接；
所述的交流断路器通过交流接口连接线连接公用电网；
所述的直流断路器通过直流接口连接线连接其他直流断路器以连接各个微电网；
所述的公共连接单元的连接模式包括交流连接模式、直流连接模式和混合连接模式，其中：交流连接模式是指仅将微电网和公用电网通过交流接口连接线相连，以使微电网获得电压、频率和功率支撑，并实现微电网多余电能向公用电网的反向输送；直流连接模式是指仅将各个公共连接单元的直流断路器通过直流接口连接线相互连接，以实现各个微电网的互联，从而利用模块化多电平换流器的控制特性解决多微网功率互济问题，提高系统运行的协调性和灵活性；混合连接模式是指交流连接模式和直流连接模式的组合；
当两个微电网通过各自公共连接单元与公用电网同一电源的同一馈线相连时，构成同源同馈微网，当两个微电网通过各自公共连接单元与公用电网同一电源的不同馈线相连时，构成同源异馈微网，当两个微电网通过与公用电网不同电源的不同馈线相连时，构成异源异馈微网，在并网运行期间：对于同源同馈微网，只有一个微电网的公共连接单元处于混合连接模式，其余微电网的公共连接单元均处于直流连接模式；对于同源异馈微网，公共连接单元均工作于混合连接模式；对于异源异馈微网，公共连接单元均处于混合连接模式，在孤岛运行期间，所有微电网的公共连接单元均工作于直流连接模式；
所述的模块化多电平换流器的控制策略采用主从控制策略或下垂控制策略，采用主从控制策略时，所有公共连接单元中至少有一个公共连接单元的模块化多电平换流器工作在定直流电压控制模式，而其他公共连接单元的模块化多电平换流器则工作在定功率控制模式；采用下垂控制策略时，所有公共连接单元共同承担系统直流电压稳定和功率分配的任务。
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