CN111244997A - 一种四端口柔直系统接入合环网架的结构及控制方法 - Google Patents

一种四端口柔直系统接入合环网架的结构及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种四端口柔直系统接入合环网架的结构及控制方法，涉及混合交直流配电网领域，尤其涉及一种四端口柔直系统接入合环网架的结构及控制方法。在不同电源构成的环网中间，采用四端口柔直系统相连，构成一种花瓣式接线瓣间合环网架系统。合环后系统潮流灵活控制，基于馈线均衡控制、负载均衡控制策略，协调负载，消除重载风险，提升系统抗干扰能力。线路轻载时，四端口柔直系统改变运行方式，负荷全部由柔直支撑，提升设备利用率。同时具备故障自愈特性，解决线路故障，供电快速恢复问题，提高供电可靠性。

Description

一种四端口柔直系统接入合环网架的结构及控制方法
技术领域
本发明涉及混合交直流配电网领域，尤其涉及一种四端口柔直系统接入合环网架的结构及控制方法。。
背景技术
配电网上联电网主网架、下联千家万户，不仅是连接主网、各类用户和分布式能源的关键技术，也是建设坚强智能电网的重要组成部分。10kV配电网的运行控制较为简单，尽管10kV配电网采用环网连接方式，但多为单辐射开环运行。随着经济社会的发展和智能电网的逐渐推进，开环运行的弊端正在逐步凸显。开环运行不但影响了供电可靠性的进一步提高，而且无法满足大规模分布式能源的友好接入。
新加坡、法国、香港等为代表的经济发达国家（地区）采用基于配电自动化终端的环网合环网架系统，实现了配电网的合环运行，但是发生故障时，虽可通过联络线实施转供，但仍有秒级的掉电情况发生，不能满足精密加工、半导体制造企业等高敏感性负荷的需求。并且随着分布式能源的发展，此系统无法满足大规模分布式能源的友好接入。柔性直流设备可以灵活、快速的调节有功和无功功率，应用于配电系统中有其独特优势，可以方便实现多回交流线路的闭环运行和灵活功率控制。发生故障时，通过切换运行方式即可实现负荷的快速转供，提高供电可靠性。并且具备直流接口，可以满足大规模分布式能源的接入。
发明内容
本发明的目的是：针对以上问题，提供一种四端口柔直系统接入合环网架的结构及控制方法，合环后系统潮流灵活控制，基于馈线均衡控制或负载均衡控制策略，协调负载，消除重载风险，提升设备利用率。线路轻载时，四端口柔直系统改变运行方式，负荷全部由柔直支撑，提升设备利用率。同时具备故障自愈特性，解决线路故障，供电快速恢复问题，提高供电可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种四端口柔直系统接入合环网架的结构，所述合环网架包括一对环网架，
其中，一环网架由甲变电站母线、甲配电站内I段母线和乙配电站内I段母线形成环形，所述甲变电站母线、甲配电站内I段母线和乙配电站内I段母线上分别设有若干开关；
另一环网架由乙变电站母线、甲配电站内II段母线和乙配电站内II段母线形成环形，所述乙变电站母线、甲配电站内II段母线和乙配电站内II段母线上分别设有若干开关；
四端口柔直系统接在一对环网架之间；四端口柔直系统的交流侧1、2、3、4端分别连接甲配电站I段母线、乙配电站I段母线、乙配电站II段母线、甲配电站II段母线，四端口柔直系统的直流侧背靠背互连，变换到同一电压等级的直流电压，实现甲、乙变电站的花瓣式接线瓣间合环运行方式。
进一步地，所述四端口柔直系统采用基于全控型电力电子器件构成的MMC电压源换流器，改变换流器输出电压的相角和幅值，从而实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制。
本发明同时提出了一种四端口柔直系统接入合环网架的结构的控制方法，所述控制方法采用馈线均衡控制或负载均衡控制策略，消除合环网架系统的重载风险，提高设备利用率；
所述馈线均衡控制策略具体为：
步骤1：合环网架系统中的某配电站的某段母线重载，则四端口柔直系统启动馈线均衡控制策略；
步骤2：馈线均衡控制策略投入之前，甲配电站I段母线、乙配电站I段母线、乙配电站II段母线、甲配电站II段母线上的馈线的进线功率分别为Ps1、Ps2、Ps3、Ps4；计算四条馈线平均功率Pav=（Ps1+Ps2+Ps3+Ps4）/4；四端口柔直系统功率指令分别为P1=Ps1-Pav，P2=Ps2-Pav，P3=Ps3-Pav，P3=Ps3-Pav；
步骤3：四端口柔直系统接收功率指令，改变电压源换流器输出电压的相角和幅值，实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制，使得四端口的功率分别达到指令值P1、P2、P3、P4。
所述负载均衡控制策略具体为：
步骤21：合环网架系统中的某配电站的某段母线重载，四端口柔直系统启动负载均衡控制策略；
步骤22：重载段母线在负载均衡控制策略投入之前馈线的进线功率为PsN，与该重载段母线相连的为四端口柔直的第N端，该端的功率为PN；计算该重载段母线平均功率PavN=PsN/2，四端口柔直系统第N端的功率指令为：PN=PsN-PavN；
步骤23：四端口柔直系统接收功率指令，改变电压源换流器输出电压的相角和幅值，实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制，使得第N端的功率达到指令值PN。
上述方法在系统重载时，启动馈线均衡控制或负载均衡控制策略，四端口柔直系统潮流重新分配，解决系统重载问题，提升系统抗干扰能力和设备绝缘特性。
本发明同时提出了另一种四端口柔直系统接入合环网架的结构的控制方法，线路轻载或交流侧故障无源运行时，四端口柔直系统由有功无功控制方式切换为电压频率控制方式，负荷全部由柔直支撑，具备故障自愈功能。
当检测到负载交流侧故障或轻载时，四端口控制方式由PQ模式转变为VF模式，解决交流进线故障，供电快速恢复问题，提高供电可靠性。轻载时，交流进线可退出运行，负荷由四端口柔直系统支撑，提升设备利用率。
本发明的有益效果是：四端口柔直系统接入合环网架系统可以灵活、快速的调节有功和无功功率，应用于配电系统中有其独特优势，可以方便实现多回交流线路的闭环运行和灵活功率控制。发生故障时，通过切换运行方式即可实现负荷的快速转供，提高供电可靠性。并且具备直流接口，可以满足大规模分布式能源的接入。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是重载情况工作状态图；
图3是轻载情况工作状态图；
图4是故障情况工作状态图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
具体实施例1:
本发明一种四端口柔直系统接入合环网架的结构如图1所示，包括一环网架（花瓣式接线）由甲变电站母线、甲配电站内I段母线和乙配电站内I段母线形成环形，所述甲变电站母线、甲配电站内I段母线和乙配电站内I段母线上分别设有若干开关；
另一环网架（花瓣式接线）由乙变电站母线、甲配电站内II段母线和乙配电站内II段母线形成环形，所述乙变电站母线、甲配电站内II段母线和乙配电站内II段母线上分别设有若干开关；
一对环网架之间（瓣间）通过四端口柔直系统连接。四端口柔直系统的交流侧1、2、3、4端分别连接甲配电站I段母线、乙配电站I段母线、乙配电站II段母线、甲配电站II段母线，四端口直流侧互连。最终实现甲、乙变电站的花瓣式接线瓣间合环运行方式。
四端口柔直系统采用基于全控型电力电子器件构成的电压源换流器，改变换流器输出电压的相角和幅值，从而实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制。
具体实施例2:
A.重载情况
如图2所示，甲配电站I段母线重载，四端口柔直系统可启动馈线均衡控制或负载均衡控制策略，实现系统潮流灵活控制，协调负载。
上述启动馈线均衡控制策略具体是：
馈线均衡控制策略投入之前，四条馈线的进线功率分别为Ps1、Ps2、Ps3、Ps4，四端口柔直系统功率分别为P1、P2、P3、P4，功率方向为指向母线为正。甲配电站I段母线重载，四端口柔直系统启动馈线均衡控制策略，计算四条馈线平均功率Pav=（Ps1+Ps2+Ps3+Ps4）/4，四端口柔直系统功率指令分别为P1=Ps1-Pav，P2=Ps2-Pav，P3=Ps3-Pav，P3=Ps3-Pav。四端口柔直系统接收功率指令，改变电压源换流器输出电压的相角和幅值，实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制，使得四端口的功率分别达到指令值P1、P2、P3、P4。
上述启动负载均衡控制策略具体是：
负载均衡控制策略投入之前，四条馈线的进线功率分别为Ps1、Ps2、Ps3、Ps4，四端口柔直系统功率分别为P1、P2、P3、P4，功率方向为指向母线为正。甲配电站I段母线重载，四端口柔直系统启动负载均衡控制策略，计算甲配电站I段母线平均功率Pav1=Ps1/2，四端口柔直系统功率指令P1=Ps1-Pav1。
系统出现重载情况，四端口柔直系统启动馈线均衡控制策略或负载均衡控制策略，重新分配系统潮流，解决重载问题，提高系统抗干扰能力和设备绝缘特性。
具体实施例3:
B.轻载情况
当甲配电站I段母线出现轻载情况，如图3所示，调度可分开甲变电站母线至甲配电站I段母线的开关，由四端口柔直系统独立支撑此母线负载。四端口柔直系统的1端电压源换流器改变控制方式，由PQ（有功无功）控制方式改变为VF（电压频率）控制方式，独立支撑乙配电站I段母线。
具体实施例4:
C.故障自愈
如图4所示，当乙变电站母线至甲配电站II段母线处发生故障F，传统合环运行配电网，采用合甲、乙配电站II段母线母联开关，由乙配电站支撑甲配电站II段母线负载，但还是存在负荷短时失去的风险。基于四端口柔直的花瓣式接线瓣间合环网架系统，四端口柔直系统换流器4监测到故障，快速切换控制方式，由PQ控制方式改变为VF控制方式，独立支撑甲配电站II段母线负载，此过程负荷不失去。解决交流进线故障，供电快速恢复问题，提高供电可靠性。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种四端口柔直系统接入合环网架的结构，其特征在于，所述合环网架包括一对环网架，
其中，一环网架由甲变电站母线、甲配电站内I段母线和乙配电站内I段母线形成环形，所述甲变电站母线、甲配电站内I段母线和乙配电站内I段母线上分别设有若干开关；
另一环网架由乙变电站母线、甲配电站内II段母线和乙配电站内II段母线形成环形，所述乙变电站母线、甲配电站内II段母线和乙配电站内II段母线上分别设有若干开关；
四端口柔直系统接在一对环网架之间；四端口柔直系统的交流侧1、2、3、4端分别连接甲配电站I段母线、乙配电站I段母线、乙配电站II段母线、甲配电站II段母线，四端口柔直系统的直流侧背靠背互连，变换到同一电压等级的直流电压，实现甲、乙变电站的花瓣式接线瓣间合环运行方式。
2.根据权利要求1所述的一种四端口柔直系统接入合环网架的结构，其特征在于，所述四端口柔直系统采用基于全控型电力电子器件构成的MMC电压源换流器。
3.根据权利要求1或2所述的一种四端口柔直系统接入合环网架的结构的控制方法，其特征在于，所述控制方法采用馈线均衡控制或负载均衡控制策略，消除合环网架系统的重载风险，提高设备利用率；
所述馈线均衡控制策略具体为：
步骤1：合环网架系统中的某配电站的某段母线重载，则四端口柔直系统启动馈线均衡控制策略；
步骤2：馈线均衡控制策略投入之前，甲配电站I段母线、乙配电站I段母线、乙配电站II段母线、甲配电站II段母线上的馈线的进线功率分别为Ps1、Ps2、Ps3、Ps4；计算四条馈线平均功率Pav=（Ps1+Ps2+Ps3+Ps4）/4；四端口柔直系统功率指令分别为P1=Ps1-Pav，P2=Ps2-Pav，P3=Ps3-Pav，P3=Ps3-Pav；
步骤3：四端口柔直系统接收功率指令，改变电压源换流器输出电压的相角和幅值，实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制，使得四端口的功率分别达到指令值P1、P2、P3、P4。
4.所述负载均衡控制策略具体为：
步骤21：合环网架系统中的某配电站的某段母线重载，四端口柔直系统启动负载均衡控制策略；
步骤22：重载段母线在负载均衡控制策略投入之前馈线的进线功率为PsN，与该重载段母线相连的为四端口柔直的第N端，该端的功率为PN；计算该重载段母线平均功率PavN=PsN/2，四端口柔直系统第N端的功率指令为：PN=PsN-PavN；
步骤23：四端口柔直系统接收功率指令，改变电压源换流器输出电压的相角和幅值，实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制，使得第N端的功率达到指令值PN；
根据权利要求1或2所述的一种四端口柔直系统接入合环网架的结构的控制方法，其特征在于，线路轻载或交流侧故障无源运行时，四端口柔直系统由有功无功控制方式切换为电压频率控制方式，负荷全部由柔直支撑，具备故障自愈功能。
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