CN110277828A - 基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统及方法 - Google Patents

基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统，包括第一变压器低压侧通过第一开关接入第一中压母线；第二变压器低压侧通过第二开关接入第二中压母线；母联开关连接第一、第二中压母线；正常运行时，母联开关，第一开关、第二开关在合位并分别带第一、第二中压母线运行；柔直换流站包括分布式电源、柔直换流器和联接变压器，分布式电源接在柔直换流站的直流母线侧，并与柔直换流器和联接变压器依次连接；柔直换流站通过第三开关接入变电站第一中压母线；本发明还公开一种基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投控制方法；本发明通过调整柔直换流站内换流器的控制模式，实现快速母线备自投功能，提高了变电站智能控制水平。

Description

基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统及方法
技术领域
本发明涉及自动化技术领域，尤其涉及一种基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统及方法。
背景技术
随着城市化的发展，城市用电量和用电质量要求同步上升，用户对用电可靠性要求也越来越高，加之日益紧张的供电走廊资源，城市中低压电网建设面临着越来越大的困难和挑战。如何保证供电可靠性，实现电力系统故障时不间断供电显得尤为重要。作为保障电力系统安全稳定运行不可或缺的重要二次设备，备自投装置的重要性不言而喻。目前电网运行的变电站都配备有备自投装置，以保证中压配网10kV、20kV电压等级电源的供电可靠。但随着可再生新能源的大力发展，电力电子技术的广泛应用，各种风电、光伏、储能等分布式电源接入到传统交流配网，但电网运行者往往简单地将分布式电源作为小电源来处理。在电网发生故障时，无论该分布式电源是否并网发电或作为普通用户用电，备自投装置均会按照小电源处理立即切除该分布式电源，将其与电网迅速隔离，故无法体现分布式电源安全及灵活供电的优越性。另外，随着柔性直流技术在高压输电网的快速发展和成熟应用，将柔性直流技术应用于中压配电网得到国内外研究者和电网建设者的重视。
现有技术中将各类分布式电源简单处理为小电源，无论该分布式电源是在并网发电模式还是负荷用电模式，在电网发生故障时，变电站内备自投均会立即切除分布式电源支路，分布式电源利用效率低下。而且现有技术中，电力调度部门需提前设定分布式电源线路运行状态，现场投退装置压板并设置定值。备自投装置动作不仅切除并网小电源线路，还会误切作为正常运行的馈电线路。这样既加大运行操作人员的工作强度，也增加了因压板误投退、定值误整定导致的安全事故。另外，随着分布式电源的不断接入，现有技术在每接入一条分布式电源线路时，都要对原备自投装置进行二次接线修改、软件程序升级，增加了不必要的停电验收工作，从而降低了电力企业的经济效益。
基于上述需求，本专利提出一种基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统，即采用柔性直流配网技术实现分布式电源的接入的同时，利用柔性直流技术的灵活控制特性，通过换流器控制方式的转换来实现分布式电源的快速备自投功能，从而为用户可靠供电提供有力保障。
发明内容
本发明提供了一种基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统及方法，结合现有柔性直流配网技术，实现了分布式电源的友好接入，并通过利用柔性直流技术四象限运行控制特性，通过调整柔直换流站内换流器的控制模式，使分布式电源作为变电站备用电源的有力补充，并实现快速母线备自投功能，提高了变电站智能控制水平，并为用户提供了安全可靠的用电保障。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统，包括：第一中压母线、第二中压母线、母联开关、第一开关、第二开关、第一变压器、第二变压器、柔直换流站和第三开关；
所述第一变压器的低压侧通过所述第一开关接入所述第一中压母线；所述第二变压器的低压侧通过所述第二开关接入所述第二中压母线；所述母联开关连接所述第一中压母线和所述第二中压母线；
正常运行时，所述母联开关，所述第一开关、所述第二开关在合位并分别带所述第一中压母线、所述第二中压母线运行；
所述柔直换流站包括至少一个分布式电源、柔直换流器和联接变压器，所述分布式电源直接接入柔直换流站的直流母线侧或通过直流线路接入柔直换流站的直流母线侧，并与所述柔直换流器和所述联接变压器依次连接；所述联接变压器通过所述第三开关接入所述变电站第一中压母线。
作为优选方案，所述柔直换流站包括两个分布式电源。
作为优选方案，所述柔直换流站还包括第四开关，所述分布式电源通过所述第四开关接在柔直换流站的直流母线侧。
作为优选方案，所述柔直换流站还包括第五开关，所述联接变压器与所述第五开关连接后通过所述第三开关接入所述第一中压母线。
一种基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投控制方法，包括：
检测确定第一变压器的本体或高压侧故障，第一变压器保护以使低压侧第一开关跳开，导致低压侧第一中压母线失压时，执行备自投动作逻辑；
所述备自投动作逻辑包括：
逻辑1，判断所述第一中压母线负荷容量，当故障前负荷容量小于柔直换流站向电网传送的功率时，并经过所述第一开关跳位、母联开关跳位、第一中压母线失压以及未收到闭锁条件判据判别后，切换柔直换流站控制模式为VACf模式，由柔直换流站为所述第一中压母线提供备用电源；
逻辑2，判断所述第一中压母线负荷容量，当故障前负荷容量大于柔直换流站向电网传送的功率时，下发指令轮切负荷，使所述第一中压母线负荷容量不大于柔直换流站输送容量；同时，判断第一开关跳位、母联开关跳位、第一中压母线失压以及未收到闭锁条件判据判别，满足条件后发指令切换柔直换流站控制模式为VACf模式，选择柔直换流站为所述第一中压母线提供备用电源；
逻辑3，判断所述第一中压母线负荷容量，当故障前负荷容量大于柔直换流站向电网传送的功率时，下发指令闭锁柔直换流站，并联跳开所述第三开关，同时经过所述第一开关跳位、母联开关跳位、第一中压母线失压以及未收到闭锁条件判据判别后，联跳所述第一开关，合所述母联开关，选择所述第二中压母线提供备用电源，实现站内母线备自投功能。
作为优选方案，在执行所述逻辑1和所述逻辑2中，当所述第一变压器故障恢复投入运行时，柔直换流站根据采集的所述第一变压器低压侧电压，调节控制目标的电压和频率，保证所述第一中压母线电压与其同步以提高并网成功率；最终的合闸命令经压差、频差和滑差条件判别后，发送到所述第一开关，实现所述第一中压母线并网。
作为优选方案，在所述第一中压母线并网成功后，柔直换流站控制模式由VACf切换至VDCQ或PQ模式。
作为优选方案，在执行所述逻辑3中，当所述第一变压器故障恢复投入运行时，对所述第一开关进行位置判别后发送合闸命令，并断开母联开关，柔直换流站解锁，按VDCQ控制模式并网。
作为优选方案，所述闭锁条件包括所述第一开关手跳判断和所述第一变压器低压侧后备保护动作判断。
作为优选方案，在执行逻辑1和逻辑2之后，还包括：根据实际负荷进行功率调节，稳定所述第一中压母线电压。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
1、构建两端或多端柔直配网系统，分布式电源直接接入柔直换流站的直流侧，通过柔直换流器VSC和联接变接入交流电网变电站内交流母线，为各类分布式电源友好接入交流电网提供了良好的基础条件。
2、与现有技术方案相比，在原备自投功能基础上，增加了负荷实时监测及对柔直换流站模式切换控制等功能，能对“源”(柔直换流站并网输送容量)与“荷”(母线负荷)容量实时比较并自动判别，必要时轮切负荷，并切换直流换流站控制模式，实现交流母线失压后的快速电源备自投，大大提高了电网的智能化控制水平，充分体现了分布式电源及柔性直流技术的安全及灵活的特点。
3、远期分布式电源的接入对本发明备自投装置功能不会有任何影响，装置不需修改接线，仅通过功率定值整定来选择合适的运行方式。
4、本技术方案实现简单，能够有效提高故障预处理及预分析效率，减少重大的故障损失，同时能够有效减少人工运维的次数及运维人员的数量，提高工作效率。
附图说明
图1：为本发明基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统的结构连接图。
其中，说明书附图的附图标记如下：
Ⅰ、第一中压母线；Ⅱ、第二中压母线；500、母联开关；501、第一开关；502、第二开关；#1、第一变压器；#2、第二变压器；601、第三开关；DG、分布式电源；VSC、柔直换流器；#3、联接变压器；700、第四开关；800、第五开关。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，本发明优选实施例提供了一种基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统，包括：第一中压母线、第二中压母线、母联开关、第一开关、第二开关、第一变压器、第二变压器、柔直换流站和第三开关；所述第一变压器的低压侧通过所述第一开关接入所述第一中压母线；所述第二变压器的低压侧通过所述第二开关接入所述第二中压母线；所述母联开关连接所述第一中压母线和所述第二中压母线；正常运行时，所述母联开关，所述第一开关、所述第二开关在合位并分别带所述第一中压母线、所述第二中压母线运行；所述柔直换流站包括至少一个分布式电源、柔直换流器和联接变压器，所述分布式电源直接接入柔直换流站的直流母线侧或通过直流线路接入柔直换流站的直流母线侧，并与所述柔直换流器和所述联接变压器依次连接；所述联接变压器通过所述第三开关接入所述变电站第一中压母线。在本实施例中，所述柔直换流站包括两个分布式电源。在本实施例中，所述柔直换流站还包括第四开关，所述分布式电源通过所述第四开关接在柔直换流站的直流母线侧。在本实施例中，所述柔直换流站还包括第五开关，所述联接变压器与所述第五开关连接后通过所述第三开关接入所述第一中压母线。
本发明构建两端或多端柔直配网系统，各类分布式电源直接接入柔直换流站的直流侧，通过柔直换流器VSC和联接变接入交流电网变电站内10kV(20kV)I段母线交流母线。分布式电源处于并网发电模式时，柔直换流站VSC工作在VDCQ或PQ模式，柔直换流站向电网输送功率。正常运行时，母联开关500热备用，501开关、502开关在合位并分别带I、II段母线运行，柔直换流站经601开关接入I段母线，主接线详见图1。#1、#2为变电站内#1变压器和#2变压器；501为#1变压器10kV(20kV)低压侧开关，502为#2变压器10kV(20kV)低压侧开关，500为10kV(20kV)I段母线和10kV(20kV)II段母线之间的母联开关。正常运行时，母联开关500热备用，501开关、502开关在合位并分别带I、II段母线运行。DG1、DG2等分布式电源接在柔直换流站的直流母线侧，通过柔直换流器VSC和联接变压器送出，经601开关接入对侧变电站10kV母线。601可看作变电站10kV侧柔直换流站馈线开关。
本发明增加负荷实时监测及对柔直换流站模式切换控制等功能，实现分布式电源的快速母线备自投功能，其备自投控制逻辑具体如下：
1)故障工况
变电站内#1主变压器的本体或高压侧故障，主变保护跳开主变低压侧开关501，导致其低压侧10kV(20kV)I段母线失压。
2)备自投动作逻辑
a.站内10kV备自投装置实时检测10kV(20kV)I段母线负荷容量，当故障前负荷容量小于柔直换流站向电网传送的功率时，并经过主变低压侧开关501跳位、母联开关500跳位、10kV(20kV)I段母线失压以及未收到主变低压侧开关手跳、主变低压侧后备保护动作等闭锁条件判据判别后，切换柔直换流站控制模式为VACf模式，由柔直换流站为10kV(20kV)I段母线提供备用电源。柔直换流站根据实际负荷进行功率调节，稳定母线电压。
当#1主变故障恢复投入运行时，柔直换流站根据采集的#1主变低压侧电压，调节控制目标的电压和频率，保证10kV(20kV)I段母线电压与其同步以提高并网成功率，最终的合闸命令经压差、频差、滑差等条件判别后，发送个#1主变低压侧开关501，实现10kV(20kV)I段母线并网。并网成功后，柔直换流站控制模式由VACf切换至VDCQ或PQ模式。
b.站内10kV备自投装置实时检测10kV(20kV)I段母线负荷容量，当故障前负荷容量大于柔直换流站向电网传送的功率时，备自投装置下发指令轮切负荷，使I段母线负荷容量不大于柔直换流站输送容量。同时，备自投装置进行主变低压侧开关501跳位、母联开关500跳位、10kV(20kV)I段母线失压及未收到主变低压侧开关手跳、主变低压侧后备保护动作闭锁条件等判据判断，满足条件后发指令切换柔直换流站为VACf控制模式，选择柔直换流站为10kV(20kV)I段母线提供备用电源，实现交流母线快速备自投功能。柔直换流站根据实际负荷进行功率调节，稳定母线电压。
故障恢复动作逻辑同a工况。
c.站内10kV备自投装置实时检测10kV(20kV)I段母线负荷容量，当故障前负荷容量大于柔直换流站向电网传送的功率时，备自投装置下发指令闭锁柔直换流站，并联跳柔直换流站线路开关601，同时经过#1主变低压侧开关501跳位、母联开关500跳位、10kV(20kV)I段母线失压及未收到#1主变低压侧开关手跳、#1主变低压侧后备保护动作闭锁条件等判据判别后，联跳#1主变低压侧开关501，合母联开关500，选择#2主变为10kV(20kV)I段母线提供备用电源，实现站内母线备自投功能。
当#1主变故障恢复投入运行时，变电站监控系统进行#1主变低压侧开关501开关检同期判别，满足条件后发送合闸命令，并断开母联开关500，柔直换流站解锁，按VDCQ控制模式并网。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统，其特征在于，包括：第一中压母线、第二中压母线、母联开关、第一开关、第二开关、第一变压器、第二变压器、柔直换流站和第三开关；
所述第一变压器的低压侧通过所述第一开关接入所述第一中压母线；所述第二变压器的低压侧通过所述第二开关接入所述第二中压母线；所述母联开关连接所述第一中压母线和所述第二中压母线；
正常运行时，所述母联开关，所述第一开关、所述第二开关在合位并分别带所述第一中压母线、所述第二中压母线运行；
所述柔直换流站包括至少一个分布式电源、柔直换流器和联接变压器，所述分布式电源直接接入柔直换流站的直流母线侧或通过直流线路接入柔直换流站的直流母线侧，并与所述柔直换流器和所述联接变压器依次连接；所述联接变压器通过所述第三开关接入所述变电站第一中压母线。
2.如权利要求1所述的基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统，其特征在于，所述柔直换流站包括两个分布式电源。
3.如权利要求1所述的基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统，其特征在于，所述柔直换流站还包括第四开关，所述分布式电源通过所述第四开关接在柔直换流站的直流母线侧。
4.如权利要求3所述的基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统，其特征在于，所述柔直换流站还包括第五开关，所述联接变压器与所述第五开关连接后通过所述第三开关接入所述第一中压母线。
5.一种基于权利要求1至4任一项所述基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投系统的控制方法，其特征在于，包括：
检测确定第一变压器的本体或高压侧故障，第一变压器保护使低压侧第一开关跳开，导致低压侧第一中压母线失压时，执行备自投动作逻辑；
所述备自投动作逻辑包括：
逻辑1，判断所述第一中压母线负荷容量，当故障前负荷容量小于柔直换流站向电网传送的功率时，并经过所述第一开关跳位、母联开关跳位、第一中压母线失压以及未收到闭锁条件判据判别后，切换柔直换流站控制模式为VACf模式，由柔直换流站为所述第一中压母线提供备用电源；
逻辑2，判断所述第一中压母线负荷容量，当故障前负荷容量大于柔直换流站向电网传送的功率时，下发指令轮切负荷，使所述第一中压母线负荷容量不大于柔直换流站输送容量；同时，判断第一开关跳位、母联开关跳位、第一中压母线失压以及未收到闭锁条件判据判别，满足条件后发指令切换柔直换流站控制模式为VACf模式，选择柔直换流站为所述第一中压母线提供备用电源；
逻辑3，判断所述第一中压母线负荷容量，当故障前负荷容量大于柔直换流站向电网传送的功率时，下发指令闭锁柔直换流站，并联跳开所述第三开关，同时经过所述第一开关跳位、母联开关跳位、第一中压母线失压以及未收到闭锁条件判据判别后，联跳所述第一开关，合所述母联开关，选择所述第二中压母线提供备用电源，实现站内母线备自投功能。
6.如权利要求5所述的基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投控制方法，其特征在于，在执行所述逻辑1和所述逻辑2中，当所述第一变压器故障恢复投入运行时，柔直换流站根据采集的所述第一变压器低压侧电压，调节控制目标的电压和频率，保证所述第一中压母线电压与其同步以提高并网成功率；最终的合闸命令经压差、频差和滑差条件判别后，发送到所述第一开关，实现所述第一中压母线并网。
7.如权利要求6所述的基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投控制方法，其特征在于，在所述第一中压母线并网成功后，柔直换流站控制模式由VACf切换至VDCQ或PQ模式。
8.如权利要求5所述的基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投控制方法，其特征在于，在执行所述逻辑3中，当所述第一变压器故障恢复投入运行时，对所述第一开关进行位置判别后发送合闸命令，并断开母联开关，柔直换流站解锁，按VDCQ控制模式并网。
9.如权利要求5所述的基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投控制方法，其特征在于，所述闭锁条件包括所述第一开关手跳判断和所述第一变压器低压侧后备保护动作判断。
10.如权利要求5所述的基于柔性直流配网技术的交流母线快速备自投控制方法，其特征在于，在执行逻辑1和逻辑2之后，还包括：根据实际负荷进行功率调节，稳定所述第一中压母线电压。
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