CN108539777A - 一种用于低压柔性配网供电系统的功率控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于低压柔性配网供电系统的功率控制方法，所述系统包括4台配电变压器T1～T4，所述系统还包括4段400V低压交流母线，4段400V低压交流母线通过母联开关连接，还包括4台柔直换流器；直流母线还连接到储能系统和分布式光伏系统。所述功率控制方法针对单路进线运行模式进行储能充电控制、紧急功率支援控制以及柔直变流器无功控制，针对双路、三路、四路进线运行模式分别进行分区功率支援控制、紧急功率支援控制以及柔直变流器无功控制。系统通过柔直换流器实现配网多条线路的互联，实现线路之间的功率转供支援，某配电线路故障断开后，可通过柔直换流器带负荷孤岛运行；同时与光伏、储能在直流环节实现互联，形成光储与柔直混联系统。

Description

一种用于低压柔性配网供电系统的功率控制方法
技术领域
本发明属于柔性输电技术领域，特别涉及一种用于低压柔性配网供电系统的功率控制方法。
背景技术
柔性直流输电由于其特有的技术优势，将其引入用电密集的城市电网，利用它的快速可控性的特点，解决城市供电中存在的供电困难，成本高以及潮流难以控制等问题，在城市配电中也有着广阔的应用前景，首先柔性直流输电输送的有功功率可快速灵活的控制，对配电网不同线路之间的潮流进行有效可行的调配；其次，柔性直流输电能动态补偿交流母线的无功功率，有利于电力电子接口的分布式电源并网接入，再次，柔性直流输电可以实现不同配电线路的合环运行，提高供电可靠性。
储能系统，是电力生产过程中“采-发-输-配-用-储”六大环节中的一个重要组成部分，可以有效地进行削峰平谷，平滑负荷，促进可再生能源的应用；可以调峰调频，提高电力系统运行稳定性；可以更有效的利用电力设备，降低供电成本。储能系统对智能电网的建设具有重要的支撑作用。随着分布式电源渗透率的不断提高，非线性、冲击性负载的大量接入，以及负荷峰谷差的持续增大，给配电网带来了双向潮流难以控制，电压波动大，谐波污染严重，调峰困难等诸多问题，储能系统能使配电网具备一定“柔性”，结合电力电子的控制技术，能够快速灵活的进行功率调节。在城市配网应用中储能系统能够充分发挥削峰平谷，平滑负荷，促进可再生能源接入，应急供电等功能，同时可提高整个配电系统供电可靠性。
典型的城市社区配电网络图如图2所示，传统的配网一般是闭环设计，开环运行，正常情况下变压器带各自低压母线的负荷，母联开关分开。只有在某路进线失电或主变故障时，母联才会通过备自投自动合上。传统配电网络存在以下几个问题：1)某段负荷较轻的母线(例如工作日的白天)对应的主变工作在轻载或空载状态，效率较低；2)当两段低压母线的总负荷超过单台主变容量时，此时由于某路进线失电或主变故障导致母联开关合上，极易造成单台主变过载甚至过流跳闸，造成故障扩大；3)随着城市电动汽车数量的增加，新增较多的充电桩或充电机，功率都在50kW以上，充电桩或充电机等短时大功率冲击性负载的投入易造成配变过载。4)随着分布式能源的发展，社区建筑或别墅屋顶光伏的接入会给配网的既有容量和配网的电能质量带来新的挑战。
发明内容
为解决以上存在的问题，本发明应用在现有城市社区的配电网中，在不增加配变容量的条件下，通过对现有配电室的改造，增加柔直和储能设备，通过柔性直流实现多电源之间的相互支援，形成多电源的合环运行，同时在直流母线上配置一定容量的储能，提升配电系统的供电容量和供电可靠性，后期接入的分布式光伏可以在直流母线直接并网，实现光伏储能互补的光储混联系统，并提出该系统的功率控制方法。
本发明具体为一种用于低压柔性配网供电系统的功率控制方法，所述低压柔性配网供电系统包括4台配电变压器T1～T4，变压器T1具有高压侧开关S1和低压侧开关CB1，变压器T2具有高压侧开关S2和低压侧开关CB2，变压器T3具有高压侧开关S3和低压侧开关CB3，变压器T4具有高压侧开关S4和低压侧开关CB4；所述系统还包括4段400V低压交流母线，交流母线1通过低压侧开关CB1连接到变压器T1，交流母线2通过低压侧开关CB2连接到变压器T2，交流母线3通过低压侧开关CB3连接到变压器T3，交流母线4通过低压侧开关CB4连接到变压器T4，每段交流母线均连接有交流负荷；4段400V低压交流母线通过母联开关连接，母联开关CF1连接在交流母线1和交流母线2之间，母联开关CF2连接在交流母线2和交流母线3之间，母联开关CF3连接在交流母线3和交流母线4之间；所述系统还包括4台柔直换流器；柔直换流器C1一端连接到交流母线1，另一端连接到直流母线；柔直换流器C2一端连接到交流母线2，另一端连接到直流母线；柔直换流器C3一端连接到交流母线3，另一端连接到直流母线；柔直换流器C4一端连接到交流母线4，另一端连接到直流母线；所述系统还包括储能换流器C5和光伏变换器C6；储能换流器C5一端连接到直流母线，另一端连接到储能电池；光伏变换器C6一端连接到直流母线，另一端连接到光伏发电模块；
所述系统的运行工况存在以下四种模式：单路进线模式，当负荷长期低于1台配变功率时，此时为单路电源进线模式，定义为M1模式，针对配变高压侧投入情况来区分子模式，S1投入时称为M11模式，此时S1、CB1合位，T1运行，T2、T3、T4停运，CF1、CF2、CF3均合位；双路进线模式，当负荷长期高于1台但低于2台配变功率时，此时采用双路电源进线模式，定义为M2模式，按配变高压侧带电情况区分，S1、S3带电时定义为M21模式，此时S1、CB1、S3、CB3均合位，T2和T4停运，母联CF1、CF3合位，换流器C1和C3正常运行，换流器C2和C4处于待机状态；三路进线模式，当负荷长期高于2台但低于3台配变功率时，此时采用三路电源进线模式，定义为M3模式，按配变高压侧带电情况区分，S1S2S3带电时定义为M31模式，此时S1、CB1、S2、CB3、S3、CB3均合位，T4停运，母联CF3合位；四路进线模式，当负荷长期高于3台配变功率时，此时采用四路电源进线模式，定义为M4模式，该模式下，4台配变全部投入，母联开关CF1-CF3均在分位，C1-C4均在运行状态；
所述功率控制方法针对M1运行模式进行储能充电控制、紧急功率支援控制以及柔直变流器无功控制，针对M2、M3、M4运行模式分别进行分区功率支援控制、紧急功率支援控制以及柔直变流器无功控制。
当系统运行于M11模式时，C1工作于母线电压控制方式，有功功率满足关系式PC1+PC5+PC6＝0，C5的有功功率指令由智能协调控制器CCU下发，储能充电控制方式为：
当PC5＝0，光伏能量通过C1并网，电池处于不充不放状态；
当0＞PC5≥PC6，储能充电状态，光伏对电池进行充电，多余能量通过C1并网；
当0＞PC6＞PC5，储能充电状态，此时光伏对电池充电，不足能量通过C1充电；
CCU通过电池的SOC状态来输出PC5的功率指令，具有两种充电模式：慢充，低功率充电，利用光伏的能量将电池充满；快充，高功率充电，利用夜间谷价期间将电池快速充满；
紧急功率支撑控制方式为：
当有间隙性大功率负荷，需要储能系统紧急提供支撑时，检测配变低压侧功率PS1，当PS1≥800时，通过PI控制得出C5的功率控制指令，储能系统放电，控制目标将PS1限制在800kW以下；
柔直变流器无功控制方式为：
采用稳定交流母线电压的控制策略，考虑变流器容量有限，无功控制策略为：柔直变流器检测配变低压侧电压，电压超出设置的工作死区V1L～V1H时，柔直变流器按下垂特性曲线输出容性或感性无功，对电压提供支撑；电压超出V2H时，按最大能力输出感性无功-Qmax，电压低于V2L时，按最大能力输出容性无功Qmax。
当系统运行于M21模式时，C1工作于母线电压控制方式，C3工作于有功和无功功率控制PQ模式，分区功率支援控制方式为：
当S1或S3功率超过800kW时，通过C3进行功率支援；
当PS1≥800，将PS1的功率限制在800kW以下，C3有功功率流出直流母线，PC3为负；
当PS3≥800，将PS3的功率限制在800kW以下，C3有功功率流入直流母线，PC3为正；
紧急功率支撑控制方式为：
当PS1+PS3＞1600，储能系统放电，作为电源补充，将两路进线总功率限制在1600kW以下；
柔直变流器无功控制方式为：
C1和C3变流器的无功控制均采用交流母线电压控制，检测配变低压侧电压，电压超出设置的工作死区V1L～V1H时，柔直变流器按下垂特性曲线输出容性或感性无功，对电压提供支撑；电压超出V2H时，按最大能力输出感性无功-Qmax，电压低于V2L时，按最大能力输出容性无功Qmax。
当系统运行于M31模式时，C1工作于母线电压控制方式，C2、C3工作于有功和无功功率控制PQ模式，分区功率支援控制方式为：
当Ps1>800，通过C2转移潮流，同时满足Ps2<800；
若Ps1+Ps2>1600，通过C3转移潮流，同时C3限制S3的功率小于800kW；
紧急功率支撑控制方式为：
若Ps1+Ps2+Ps3>2400，采用储能进行紧急功率支撑，通过PI控制得出C5的功率控制指令，储能系统放电，将三路进线总功率限制在2400kW以下；
柔直变流器无功控制方式为：
C1、C2和C3变流器的无功控制均采用交流母线电压控制，检测配变低压侧电压，电压超出设置的工作死区V1L～V1H时，柔直变流器按下垂特性曲线输出容性或感性无功，对电压提供支撑；电压超出V2H时，按最大能力输出感性无功-Qmax，电压低于V2L时，按最大能力输出容性无功Qmax。
当系统运行于M4模式时，C1工作于母线电压控制方式，C2、C3、C4工作于有功和无功功率控制PQ模式，分区功率支援控制方式为：
C2的控制目标是限制S1和S2的功率小于800kW，C3的控制目标是限制S1+S2的功率小于1600kW，同时S3的功率小于800kW；
C4的控制目标为当S1+S2+S3的总功率大于2400kW，通过C4转移潮流，当S4的功率大于800kW时通过C4转移潮流；
紧急功率支撑控制方式为：
若Ps1+Ps2+Ps3+Ps4>3200，采用储能进行紧急功率支撑，通过PI控制得出C5的功率控制指令，储能系统放电，将四路进线总功率限制在3200kW以下；
柔直变流器无功控制方式为：
C1、C2、C3和C4变流器的无功控制均采用交流母线电压控制，检测配变低压侧电压，电压超出设置的工作死区V1L～V1H时，柔直变流器按下垂特性曲线输出容性或感性无功，对电压提供支撑；电压超出V2H时，按最大能力输出感性无功-Qmax，电压低于V2L时，按最大能力输出容性无功Qmax。
本发明通过对传统配电网的改造建设，实现配网的主动性和智能化，提供了供电可靠性，主要包括以下几点：1)多段母线互联，潮流灵活控制，统一调配用电、光伏发电和储能，实现光储互补，光伏发电就地消纳，同时减小储能的容量，降低成本；2)光伏和储能直流互联，减小一级能量变换，提高转换效率；3)在不降低供电可靠性的前提下，实现了母线互连，减小配电变压器的投入运行时间，减小空载损耗；4)变流器具备SVG功能，实现就地无功补偿；5)变流器补偿母线的三相不平衡负荷；6)当柔直换流器故障，系统仍可以采用传统的配电方式继续运行。
附图说明
图1为本发明低压柔性配网供电系统的结构示意图；
图2为典型城市社区配电系统结构示意图；
图3为本发明低压柔性配网供电系统工作于单路进线模式的示意图；
图4为本发明低压柔性配网供电系统工作于双路进线模式的示意图；
图5为本发明低压柔性配网供电系统工作于三路进线模式的示意图；
图6为本发明M11模式下紧急功率支撑控制方式示意图；
图7为本发明M11模式下柔直变流器无功控制方式示意图；
图8为本发明M21模式下PS1≥800时分区功率支援控制方式示意图；
图9为本发明M21模式下PS3≥800时分区功率支援控制方式示意图；
图10为本发明M21模式下紧急功率支撑控制方式示意图；
图11为本发明M31模式下Ps1>800时分区功率支援控制方式示意图；
图12为本发明M31模式下Ps1+Ps2>1600时分区功率支援控制方式示意图；
图13为本发明M31模式下紧急功率支撑控制方式示意图；
图14为本发明M4模式下分区功率支援控制方式示意图；
图15为本发明M4模式下紧急功率支撑控制方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种用于低压柔性配网供电系统的功率控制方法的具体实施方式做详细阐述。
以徐州星湖湾小区传统的配网供电系统为基础，进行改造设计如下。
1、母联开关设计
4台配电变压器(配变)定义为T1～T4，配变高压侧开关分别定义为S1～S4，配变低压侧开关定义为CB1～CB4；4段400V低压交流母线通过母联开关联接；改造设计之前，星湖湾小区配电房的供电系统结构图如图2所示。
在小区负荷低时，为了能够实现一台配变带四段母线运行，需要在交流母线2和交流母线3之间加入一台母联开关，母联开关顺次定义为CF1～CF3，如图1所示。
2、分布式光伏系统设计
本供电系统中分布式光伏采用直流接入方案，光伏组串通过光伏DC/DC换流器实现多路MPPT，升压接入直流母线。
本系统中考虑城市配网中小区屋顶普遍存在的光照遮挡、倾角不一致、组件数量不匹配等实际情况，换流器选用多路独立MPPT跟踪、单机容量小、配置灵活的组串式换流器。换流器单机40kW，3路独立MPPT，采用非隔离BOOST拓扑。
3、储能系统设计
储能系统由：储能设备、储能换流器、能量管理系统组成。配网中储能设备宜采用配置灵活、应用成熟的电池储能方案。电池输出的直流电经储能双向换流器变换成交流电并入电网。本混联系统中储能采用直流接入方案，储能电池通过储能DC/DC双向换流器，接入直流母线，实现储能电池的充、放电控制。
本系统中小区重要负荷不大于300kW，考虑电网故障后光储系统孤岛运行1小时，以及光伏发电余电存储的需求，综合选定储能电池容量为300kW/340kWh。储能DC/DC换流器功率300kW，输入侧与电池电压匹配，输出侧与直线母线电压相匹配，采用非隔离BUCK/BOOST拓扑。
削峰填谷运行时，本换流器工作在恒功率(constant power,CP)模式；光储孤岛运行时，本换流器工作在恒直流母线电压(constant voltage,CV)模式。
4、柔直换流器设计
本系统通过柔直换流器实现配网多条线路的互联，实现线路之间的功率转供支援，某配电线路故障断开后，可通过柔直换流器带负荷孤岛运行。并利用柔直系统可四象限运行的特性，减少无补补偿设备的投资。同时，与光伏、储能在直流环节实现互联，形成光储与柔直混联系统。
为尽量减少换流器输出电压、电流谐波，宜采用多电平结构换流器。由于本系统接入400V低电压配电网，考虑到成本及设备复杂程度，选用三电平换流器可满足应用需求。
本系统中4条配电线路的容量均为800kVA，考虑功率均衡最大转供负荷约50％(400kW)的需求以及孤岛供电重要负载300kW的需求，设计4台柔直换流器容量分别为500kW，单台最大无功输出能力不小于200kVar。
并网状态下，本换流器需要支持恒直流母线电压(CV)模式、恒功率(CP)模式；孤岛状态下，需要支持电压频率(VF)模式、下垂(Droop)模式。
5、智能协调控制器设计
本系统配置智能协调控制器(CCU)，实现混联系统内部重要节点的信号测量以及各单元的启停控制、功率调度、模式设定、载波同步。
为实现系统智能协调控制的快速性，采用基于光纤网络的面向通用对象的变电站事件(GOOSE)快速通讯机制，实现信号高速的收发，系统通讯延时小于1ms。
CCU采用高可性的嵌入式装置架构，可灵活扩展DSP、模拟量、开关量信号采集等各种功能类型板卡。CCU监视4路进线的电压、电流信号，以及系统各主要开关位置状态，同时可控制进线开关、母联开关分/合闸。CCU与各换流器实时通讯，获取各换流器运行状态，并控制各换流器启停、运行模式、运行功率。
6、直流电压设计
常用的低压直流系统标准针对的对象为电压等级1000V以下系统，为了以最少的变换环节实现与配电400V交流电网的连接，需要对直流电压下限进行设计。
由于直流电压利用率的限制，为满足换流器SPWM调制比为1时的最低电压需求(为抑制换流器间零序环流，不叠加零序电压)，考虑线路压降、元件压降、IGBT死区等因素的影响，进一步考虑400V配电系统允许±10％波动，在极端情况+10％波动时，最低直流母线电压的要求：因此，直流电压的设计范围为718～1000V。由于直流电压同时还影响到换流器的运行损耗(电压越高IGBT开关损耗越大)以及系统的绝缘设计(电压越高绝缘要求越高)，综合考虑以上各因素，本方案设计直流母线电压为720V。
光伏DC/DC 储能DC/DC 柔直换流器
功率/kW 40 300 500
输入电压/V 300～720(DC) 420～600(DC) 720(DC)
输出电压/V 720(DC) 720(DC) 400(AC)
拓扑结构 BOOST BUCK/BOOST 三电平
工作模式 MPPT CP/CV CP/CV/VF/Droop
本系统中换流器功率方向定义，以直流母线为基准，规定流入直流母线功率为正。4台柔直换流器定义为C1-C4，储能换流器定义为C5，光伏变换器定义为C6。结合上述系统设计方案，当实际投入的配变数量不同时，系统的运行工况存在以下几种模式
1)单路进线模式
当负荷长期低于1台配变功率时，此时为单路电源进线模式，此处定义为M1模式，针对配变高压侧投入情况来区分子模式，如：S1投入，称为M11模式，依次类推有M11、M12、M13、M14共四种模式。下面以M11模式说明单路电源进线的控制策略。
M11模式：S1、CB1合位，T1运行，T2、T3、T4停运，CF1、CF2、CF3均合位。如图3所示。CCU通过母联、配变低压侧开关位置、交流母线电压来判断系统处于哪种模式。M1模式下只需要单台DC/AC换流器运行，4台换流器任一台均可参与，CCU根据换流器状态进行指定其中一台工作，默认投入电源进线同一母线的换流器，例如M11模式，默认投入C1。未运行的换流器处于待机闭锁状态，光伏换流器C6始终运行在MPPT工作方式。
2)双路进线模式
当负荷长期高于1台但低于2台配变功率时，此时采用双路电源进线模式，此处定义为M2模式，针对不同的进线投入来区分，正常运行工况，只考虑CF2在分位的进线组合，按配变高压侧带电情况分为S1S3带电、S1S4带电、S2S3带电、S2S4带电，分别定义为M21-M24。
以M21模式为例介绍如下：
M21模式：S1、CB1、S3、CB3均合位，T2和T4停运，母联CF1、CF3合位，如图4所示。M21模式，为实现无功控制功能换流器C1和C3需要正常运行，换流器C2和C4处于待机状态。通过CCU指定C1工作在CV，C3工作在PQ控制方式。
该模式下相对于单路进线模式：增加分区功率转供功能，当配变T1或T3功率超过限制时，可通过C3有功率调节进行功率支援。一条进线停电时，可通过另一进线和光储系统一同作为电源，经柔直孤岛VF模式，继续给负荷供电。
3)三路进线模式
当负荷长期高于2台但低于3台配变功率时，此时采用三路电源进线模式，此处定义为M3模式。按配变高压侧带电情况分为S1S2S3带电，S1S2S4带电，S1S3S4带电，S2S3S4带电四种模式，分别定义为M31，M32，M33，M34模式
以M31模式为例介绍如下：
M31模式：S1、CB1、S2、CB3、S3、CB3均合位，T4停运，母联CF3合位，如图5所示。
4)四路进线模式
当负荷长期高于3台配变功率时，此时采用四路电源进线模式，此处定义为M4模式。该模式下，4台配变全部投入，母联开关CF1-CF3均在分位，C1-C4均在运行状态，如图1所示。
根据以上系统设计，改造后的配网供电系统利用柔性直流输电技术形成交直流混合配电系统，充分利用柔性变流器的双向可控功能，主动化控制功率的合理流动，形成多电源间的相互支援；在直流母线上配备一定容量的储能和光伏，实现清洁能源的就地消纳，同时储能系统可以灵活充放电，主动化的实现对供电系统的功率支撑和电池的充电控制；改造后的供电系统实现柔性合环运行，智能协调控制器实时监视系统的运行状态，当某供电电源或设备等发生故障时，智能化协调控制系统运行模式变化，保证供电可靠性。
根据进线电源投入的不同，本柔性配网供电系统存在多种运行模式，不同的运行模式也存在不同的功率控制方法，具体介绍如下。
以下从M11、M21、M31、M4这四种典型模式介绍本系统的功率控制方法。
1、M11模式
M11模式下，C1工作于母线电压控制方式(CV)。在M1模式下，有功满足以下关系式
PC1+PC5+PC6＝0
此时C5的有功功率指令由CCU下发。
1)储能充电控制
当PC5＝0，光伏能量通过C1并网，电池处于不充不放状态；
当0＞PC5≥PC6，储能充电状态，光伏对电池进行充电，多余能量通过C1并网；
当0＞PC6＞PC5，储能充电状态，此时光伏对电池充电，不足能量通过C1充电；
CCU通过电池的SOC状态来输出PC5的功率指令，此处有两种充电模式可供选择。
1)慢充，低功率充电，利用光伏的能量将电池充满；
2)快充，高功率充电，利用夜间谷价期间将电池快速充满；
2)紧急功率支撑
当有间隙性大功率负荷，如充电桩，需要储能系统紧急提供支撑。C5的控制策略如下：
检测配变低压侧功率PS1，当PS1≥800(可开放定值设置)，C5的功率指令如图6所示，储能系统放电，控制目标将PS1限制在800kW以下。
紧急功率支援后的补充策略如下：在非支撑模式下，当SOC低于80％(可设置)，开始充电。
3)柔直变流器无功控制
该模式下，采用稳定交流母线电压的控制策略，考虑变流器容量有限，无功控制策略为：柔直变流器检测配变低压侧电压，电压超出设置的工作死区(V1L～V1H)时，柔直按下垂特性曲线输出容性或感性无功，对电压提供支撑。电压超出V2H时，按最大能力输出感性无功-Qmax，电压低于V2L时，按最大能力输出容性无功Qmax，如图7所示。
2、M21模式
M21模式下，C1工作于母线电压控制方式(CV)，C3工作于PQ模式。
1)分区功率支援
当S1或S3功率超过800kW时，通过C3进行功率支援。
当PS1≥800(可开放定值设置)，将PS1的功率限制在800kW以下，C3有功功率流出直流母线，PC3为负，控制框图如图8所示；
当PS3≥800(可开放定值设置)，将PS3的功率限制在800kW以下，C3有功功率流入直流母线，PC3为正，控制框图如图9所示；
C3功率指令为上述环节之和。
2)紧急功率支援
当PS1+PS3＞1600，储能系统放电，作为电源补充，将两路进线总功率限制在1600kW以下，C5的功率指令如图10所示；紧急功率支援后的补充策略如下：在非支撑模式下，当SOC低于80％(可设置)，开始补充充电。
3)柔直变流器无功控制
C1和C3变流器的无功控制同样采用交流母线电压控制，具体方式和M11模式中的C1变流器无功控制策略一致。
3、M31模式
M31模式下，C1工作于母线电压控制方式(CV)，C2、C3工作于PQ模式。
1)分区功率支援
当Ps1>800，通过C2转移潮流，同时满足Ps2<800，C2的控制目标如图11所示；
若Ps1+Ps2>1600，通过C3转移潮流，同时C3限制S3的功率小于800kW，如图12所示。
2)紧急功率支撑
若Ps1+Ps2+Ps3>2400，采用储能进行紧急功率支撑，C5的控制策略如图13所示。
3)柔直变流器无功控制
C1、C2和C3变流器的无功控制同样采用交流母线电压控制，具体方式和M11模式中的C1变流器无功控制策略一致。
4、M4模式
M4模式下，C1工作于母线电压控制方式(CV)，C2、C3和C4工作于PQ模式。
1)分区功率支援
C2的控制目标是限制S1和S2的功率小于800kW。C3的控制目标是限制S1+S2的功率小于1600kW，同时S3的功率小于800kW。
C4的控制目标如下：当S1+S2+S3的总功率大于2400kW，通过C4转移潮流，当S4的功率大于800kW时通过C4转移潮流，如图14所示。
2)紧急功率支撑
若Ps1+Ps2+Ps3+Ps4>3200，采用储能进行紧急功率支撑，C5的控制策略如图15所示。
3)柔直变流器无功控制
C1、C2、C3和C4变流器的无功控制同样采用交流母线电压控制，具体策略和M11模式中的C1变流器无功控制策略一致。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (5)

1.一种用于低压柔性配网供电系统的功率控制方法，其特征在于，所述低压柔性配网供电系统包括4台配电变压器T1～T4，变压器T1具有高压侧开关S1和低压侧开关CB1，变压器T2具有高压侧开关S2和低压侧开关CB2，变压器T3具有高压侧开关S3和低压侧开关CB3，变压器T4具有高压侧开关S4和低压侧开关CB4；所述系统还包括4段400V低压交流母线，交流母线1通过低压侧开关CB1连接到变压器T1，交流母线2通过低压侧开关CB2连接到变压器T2，交流母线3通过低压侧开关CB3连接到变压器T3，交流母线4通过低压侧开关CB4连接到变压器T4，每段交流母线均连接有交流负荷；4段400V低压交流母线通过母联开关连接，母联开关CF1连接在交流母线1和交流母线2之间，母联开关CF2连接在交流母线2和交流母线3之间，母联开关CF3连接在交流母线3和交流母线4之间；所述系统还包括4台柔直换流器；柔直换流器C1一端连接到交流母线1，另一端连接到直流母线；柔直换流器C2一端连接到交流母线2，另一端连接到直流母线；柔直换流器C3一端连接到交流母线3，另一端连接到直流母线；柔直换流器C4一端连接到交流母线4，另一端连接到直流母线；所述系统还包括储能换流器C5和光伏变换器C6；储能换流器C5一端连接到直流母线，另一端连接到储能电池；光伏变换器C6一端连接到直流母线，另一端连接到光伏发电模块；
所述系统的运行工况存在以下四种模式：单路进线模式，当负荷长期低于1台配变功率时，此时为单路电源进线模式，定义为M1模式，针对配变高压侧投入情况来区分子模式，S1投入时称为M11模式，此时S1、CB1合位，T1运行，T2、T3、T4停运，CF1、CF2、CF3均合位；双路进线模式，当负荷长期高于1台但低于2台配变功率时，此时采用双路电源进线模式，定义为M2模式，按配变高压侧带电情况区分，S1、S3带电时定义为M21模式，此时S1、CB1、S3、CB3均合位，T2和T4停运，母联CF1、CF3合位，换流器C1和C3正常运行，换流器C2和C4处于待机状态；三路进线模式，当负荷长期高于2台但低于3台配变功率时，此时采用三路电源进线模式，定义为M3模式，按配变高压侧带电情况区分，S1S2S3带电时定义为M31模式，此时S1、CB1、S2、CB3、S3、CB3均合位，T4停运，母联CF3合位；四路进线模式，当负荷长期高于3台配变功率时，此时采用四路电源进线模式，定义为M4模式，该模式下，4台配变全部投入，母联开关CF1-CF3均在分位，C1-C4均在运行状态；
所述功率控制方法针对M1运行模式进行储能充电控制、紧急功率支援控制以及柔直变流器无功控制，针对M2、M3、M4运行模式分别进行分区功率支援控制、紧急功率支援控制以及柔直变流器无功控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于低压柔性配网供电系统的功率控制方法，其特征在于，当系统运行于M11模式时，C1工作于母线电压控制方式，有功功率满足关系式PC1+PC5+PC6＝0，C5的有功功率指令由智能协调控制器CCU下发，储能充电控制方式为：
当PC5＝0，光伏能量通过C1并网，电池处于不充不放状态；
当0＞PC5≥PC6，储能充电状态，光伏对电池进行充电，多余能量通过C1并网；
当0＞PC6＞PC5，储能充电状态，此时光伏对电池充电，不足能量通过C1充电；
CCU通过电池的SOC状态来输出PC5的功率指令，具有两种充电模式：慢充，低功率充电，利用光伏的能量将电池充满；快充，高功率充电，利用夜间谷价期间将电池快速充满；
紧急功率支撑控制方式为：
当有间隙性大功率负荷，需要储能系统紧急提供支撑时，检测配变低压侧功率PS1，当PS1≥800时，通过PI控制得出C5的功率控制指令，储能系统放电，控制目标将PS1限制在800kW以下；
柔直变流器无功控制方式为：
采用稳定交流母线电压的控制策略，考虑变流器容量有限，无功控制策略为：柔直变流器检测配变低压侧电压，电压超出设置的工作死区V1L～V1H时，柔直变流器按下垂特性曲线输出容性或感性无功，对电压提供支撑；电压超出V2H时，按最大能力输出感性无功-Qmax，电压低于V2L时，按最大能力输出容性无功Qmax。
3.根据权利要求1所述的一种用于低压柔性配网供电系统的功率控制方法，其特征在于，当系统运行于M21模式时，C1工作于母线电压控制方式，C3工作于有功和无功功率控制PQ模式，分区功率支援控制方式为：
当S1或S3功率超过800kW时，通过C3进行功率支援；
当PS1≥800，将PS1的功率限制在800kW以下，C3有功功率流出直流母线，PC3为负；
当PS3≥800，将PS3的功率限制在800kW以下，C3有功功率流入直流母线，PC3为正；
紧急功率支撑控制方式为：
当PS1+PS3＞1600，储能系统放电，作为电源补充，将两路进线总功率限制在1600kW以下；
柔直变流器无功控制方式为：
C1和C3变流器的无功控制均采用交流母线电压控制，检测配变低压侧电压，电压超出设置的工作死区V1L～V1H时，柔直变流器按下垂特性曲线输出容性或感性无功，对电压提供支撑；电压超出V2H时，按最大能力输出感性无功-Qmax，电压低于V2L时，按最大能力输出容性无功Qmax。
4.根据权利要求1所述的一种用于低压柔性配网供电系统的功率控制方法，其特征在于，当系统运行于M31模式时，C1工作于母线电压控制方式，C2、C3工作于有功和无功功率控制PQ模式，分区功率支援控制方式为：
当Ps1>800，通过C2转移潮流，同时满足Ps2<800；
若Ps1+Ps2>1600，通过C3转移潮流，同时C3限制S3的功率小于800kW；
紧急功率支撑控制方式为：
若Ps1+Ps2+Ps3>2400，采用储能进行紧急功率支撑，通过PI控制得出C5的功率控制指令，储能系统放电，将三路进线总功率限制在2400kW以下；
柔直变流器无功控制方式为：
C1、C2和C3变流器的无功控制均采用交流母线电压控制，检测配变低压侧电压，电压超出设置的工作死区V1L～V1H时，柔直变流器按下垂特性曲线输出容性或感性无功，对电压提供支撑；电压超出V2H时，按最大能力输出感性无功-Qmax，电压低于V2L时，按最大能力输出容性无功Qmax。
5.根据权利要求1所述的一种用于低压柔性配网供电系统的功率控制方法，其特征在于，当系统运行于M4模式时，C1工作于母线电压控制方式，C2、C3、C4工作于有功和无功功率控制PQ模式，分区功率支援控制方式为：
C2的控制目标是限制S1和S2的功率小于800kW，C3的控制目标是限制S1+S2的功率小于1600kW，同时S3的功率小于800kW；
C4的控制目标为当S1+S2+S3的总功率大于2400kW，通过C4转移潮流，当S4的功率大于800kW时通过C4转移潮流；
紧急功率支撑控制方式为：
若Ps1+Ps2+Ps3+Ps4>3200，采用储能进行紧急功率支撑，通过PI控制得出C5的功率控制指令，储能系统放电，将四路进线总功率限制在3200kW以下；
柔直变流器无功控制方式为：
C1、C2、C3和C4变流器的无功控制均采用交流母线电压控制，检测配变低压侧电压，电压超出设置的工作死区V1L～V1H时，柔直变流器按下垂特性曲线输出容性或感性无功，对电压提供支撑；电压超出V2H时，按最大能力输出感性无功-Qmax，电压低于V2L时，按最大能力输出容性无功Qmax。
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