CN111404267A - 一种多站合一结构及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多站合一结构及其控制方法，结构包括：供电模块包括多个电网单元，用于为功能站提供电源，当电网单元故障，利用正常运行的电网单元为功能站提供电源；开关模块，用于将电网单元互联及功能站互联，控制电能流动方向；电压变换模块，用于将供电模块及功能站发出的电压转换成供电电压；功能站，用于提供供电电压、数据流融合及网络通信；管理中心模块，用于控制开关模块及电压变换模块工作状态。本发明升级改造传统配电网，建成多站合一结构，提高了能源利用效率；建立多种功能站，实现从单一供电向综合能源服务的转变；利用柔性多状态开关模块及电压变换模块，增强柔性多状态开关模块的可靠性及在多种工作模式下运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及多站合一技术领域，具体涉及一种多站合一结构及其控制方法。
背景技术
促进能源供给、配送、服务等多方融合，实现社会、用户、电网等多方共赢，创新创建模式，建设多合一能源站，是如今电网建设的主要方向。基于变电、储能、分布式电源、数据中心、通信基站多合一的能源站技术可以破解大城市用能负荷、电动汽车等快速增长与电网发展不匹配的现状，提升电网综合效率效益，提升新能源的消纳能力，提升供电可靠性，满足城市建设对能源、环境的综合要求。多站合一的能源站技术具有多重价值体现。在社会价值方面：土地综合利用，综合能效提高。在用户价值方面：更加优惠的综合能源价格、更加可靠的电力保障、更高品质的电能质量、消费绿色能源、一站式综合能源服务。在电网价值方面：投资优化、电网更加可靠、电网更加智能、更深度更广泛参与电力市场、负荷更加均衡等。多站合一结构可以满足上述价值，但是现有的多站合一结构的变电、储能、分布式电源、数据中心、通信基站等单元融合在一起，还不能很好的保证安全可靠的供电，多站之间配合融合度较低。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的多站合一结构的供电可靠性不高，能源站融合度低的缺陷，从而提供一种多站合一结构及其控制方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面本发明实施例提供一种多站合一结构，包括：管理中心模块、供电模块、开关模块、电压变换模块及多个功能站，其中，供电模块包括多个电网单元，用于为多个所述功能站提供电源，并且在有电网单元故障时，利用正常运行的电网单元为多个所述功能站提供电源；开关模块，用于控制电能流动方向，将多个电网单元互联，或将多个功能站互联；电压变换模块，用于将供电模块发出的电压或是功能站发出的电压转换成供电电压；多个功能站，用于提供供电电压、数据流融合及网络通信；管理中心模块，用于控制所述开关模块及所述电压变换模块的工作状态。
在一实施例中，供电模块包括第一电网单元及第二电网单元，用于同时或是独立地为多个功能站提供电能；开关模块包括柔性多状态开关，用于控制电能流动方向；电压变换模块包括第一电力电子变换器单元、第二电力电子变换器单元及第三电力电子变换器，用于将供电模块或功能站发出的电压转换成供电电压。
在一实施例中，所述第一电网单元与所述第一电力电子变换器单元连接，所述第二电网单元与所述第二电力电子变换器单元连接；所述第一电网单元与所述第二电网单元之间通过柔性多状态开关互联；所述第一电力电子变换器单元、所述第二电力电子变换器单元及至少一个所述功能站连接于一条或多条直流母线上；所述第一电力电子变换器单元、所述第二电力电子变换器单元及柔性多状态开关均与管理中心模块连接。
在一实施例中，所述柔性多状态开关与至少一个功能站直接连接。
在一实施例中，所述第一电网单元及所述第二电网单元与至少一个功能站直接连接。
在一实施例中，所述功能站之间通过第三电力电子变换器互联。
第二方面本发明实施例提供一种多站合一结构的控制方法，用于控制第一方面所述的多站合一结构，包括：将所述多站合一结构分为多级控制层；将获取的控制指令在多级控制层中由上而下传递；控制多级控制层根据控制指令控制各自控制层运行。
在一实施例中，所述多级控制层包括：管理中心系统总控制层、柔性多状态开关二级控制层及本地敏感负荷三级控制层，其中，管理中心系统总控制层，用于接收上一级电网的调度指令，协调柔性多状态开关二级控制层、电压变换模块及本地敏感负荷三级控制层的运行；所述本地敏感负荷包括多个功能站及交流负荷；柔性多状态开关二级控制层，用于根据接收管理中心系统总控制层的调度指令，控制所述多站合一结构的多个运行状态之间的切换；本地敏感负荷三级控制层，用于接收管理中心总控制层指令，协调电力电子变换器和储能站自身充放电运行，协调对敏感负荷供电模式。
在一实施例中，当各级控制层接收到上一级控制层的自治控制指令时，自治运行；当各级控制层接收到上一级控制层的控制指令时，根据控制指令运行。
在一实施例中，所述柔性多状态开关二级控制层采用闭环控制进行自治运行。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的多站合一结构，通过对传统配电网的升级改造，建成多站合一结构，能够大幅度提高能源的利用效率；建立多种功能站，实现从单一供电向综合能源服务的转变；利用开关模块及电压变换模块，增强了多站合一结构的可靠性及在多种工作模式下运行的稳定性。
2.本发明提供的多站合一结构的控制方法，采用分级控制策略可有效解决电能的传输优化配置能力，实现功率的双向流动和多种能源的协同优化，提高供电的可靠性；应用柔性多状态开关，并将其与通信系统高度融合，使得整个电网结构具有控制电能质量和电压水平，实现变流、能量双向传递等功能；将原有的发电、变电、储能等电力资源进行整体融合，多站间协同优化配合，提高能源利用效率；通过基站、数据中心等的融合加入，为实时数据的传输提供高速传播通道，实现高速的数据处理和即时的业务沟通。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提出的多站合一结构结构多站合一结构的一个具体示例的示意图；
图2为本发明实施例提出的多站合一结构结构多站合一结构的另一个具体示例的示意图；
图3为本发明实施例提出的多站合一结构结构多站合一结构的另一个具体示例的示意图；
图4为本发明实施例提出的多站合一结构结构多站合一结构的另一个具体示例的示意图；
图5为本发明实施例提出的多站合一结构结构多站合一结构的另一个具体示例的示意图；
图6为本发明实施例提出的多站合一结构的另一个具体示例的示意图；
图7为本发明实施例提出的多站合一结构的另一个具体示例的示意图；
图8为本发明实施例提出的多站合一结构的控制方法的一个具体示例的流程图；
图9为本发明实施例提出的柔性多状态开关的电路结构图；
图10为本发明实施例提出的柔性多状态开关的控制框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种多站合一结构，应用于多站合一技术领域，如图1所示，包括：
供电模块11包括多个电网单元，用于为多个功能站12提供电源，并且在有电网单元故障时，利用正常运行的电网单元为多个功能站12提供电源。多个功能站12，用于提供供电电压、数据流融合及网络通信。
为了提高能源资源综合利用效率，促进不同典型用户和不同业务跨界融合，本发明实施例利用多站合一技术将原有的发电、变电、储能等电力资源进行整体融合，改造为供电模块11及多种功能站12结合的多站合一结构。同时为了提高多站合一结构供电的可靠性，设置多个电网单元对功能站12、负荷等进行供电。
为了提高新能源的消纳能力及供电的可靠性，减少电费的支出和提高设备的利用效率，就要综合考虑电能的合理分配，设置具备供电功能的功能站12，例如光伏电站、储能站及电动汽车充电站等，从而最大限度的合理利用新能源发电等方式提供多种供电方式。同时为了实现电能的削峰填谷，则需要数据中心站、储能站和充换电站的数据汇聚和合理分析，建立多种具备数据流融合及网络通信的功能站12，例如：数据中心站及5G基站等，综合考虑电能负荷降低运营成本，支撑数据挖掘、充换电业务和电力现货交易模式创新，提升能源可靠性、信息共享等方面的利用率。
开关模块13，用于控制电能流动方向，将多个电网单元互联，或将多个功能站12互联。
本发明实施例设置多个电网单元及多种具有供电能力的功能站12，因此为了提高供电可靠性、减少电费的支出和提高设备的利用效率，利用开关模块13将多个电网互联或功能站12之间互联，根据不同系统运行工况相应调整控制方式，控制电能流动方向，从而实现多个电网单元之间的潮流控制，以及保证数据中心站和5G基站等不同等级敏感负荷的高可靠性供电和分级供电。
电压变换模块14，用于将供电模块11发出的电压或是功能站12发出的电压转换成供电电压。
本发明实施例设置电压变换模块，将电网单元提供的交流电转换成直流电压，或是将功能站12提供的电压转换成不同电压等级的直流电及交流电，从而实现整个电网多种工况运行。
管理中心模块15，用于控制所述开关模块13及所述电压变换模块14的工作状态。
为了实现多站合一结构多种运行方式，例如：正常互联运行工作方式、负荷转供运行工作方式及孤岛运行工作方式等等，管理中心模块15接收的控制指令，并传送到开关模块13、电压变换模块14及多个功能站12，同时根据系统运行工况的不同，储能电站充放电及光伏电站124波动情况不同，从而保障敏感负荷的高可靠性供电，及供电电能的合理分配。
本发明提供的多站合一结构，通过对传统配电网的升级改造，建成多站合一结构，能够大幅度提高能源的利用效率；建立多种功能站，实现从单一供电向综合能源服务的转变；利用开关模块及电压变换模块，增强了多站合一结构的可靠性及在多种工作模式下运行的稳定性。
在一具体实施例中，如图2-图7所示，供电模块11包括第一电网单元111及第二电网单元112，用于同时或是独立地为多个功能站12提供电能。
开关模块13包括柔性多状态开关131，用于控制电能流动方向。在多站合一技术中，柔性多状态开关131主要解决多站合一系统中分布式电源站和充换电站带来的一系列问题，保证系统的稳定运行。柔性多状态开关131可以实现两侧电网的能量流动与平衡，改善两侧电网的电压水平，提高本地分布式电源的消纳能力，并且能够提高对敏感负荷的供电可靠性。正常运行状态下，柔性多状态开关131能够实现稳态运行时区域网络的潮流互济。故障状态下，柔性多状态开关131自动切换控制模式，通过变流器提供故障侧负载频率和电压支撑，实现故障区域不间断供电。
柔性多状态开关131并与通信系统高度融合，具有控制电能质量和电压水平，实现变流、能量双向传递等功能，实现对有功功率和无功功率的解耦控制，提高系统运行的灵活性和可再生能源更大范围的分散接入与波动均担，同时能够有效抑制可再生能源带来的电压波动和越线问题，进一步提高可再生能源的消纳能力。
电压变换模块14包括第一电力电子变换器单元141、第二电力电子变换器单元142及第三电力电子变换器143，用于将供电模块11或功能站12发出的电压转换成供电电压，同时为多站的融合和互补提供硬件支撑。本发明实施例中电力电子变换器单元包括：整流变换器(AC-DC变换器)，直流斩波变换器(DC-DC变换器)，双向变换器等等多种电压变换器。
在一具体实施例中，如图2-图7所示，多站合一结构还包括：直流母线16，用于实现电压变换模块14与功能站12之间互联，或功能站12与功能站12之间互联，或开关模块13与功能站12之间互联。
本发明实施例中多个电网单元可以独立或同时为至少一个功能站12、交流负荷提供供电电压，同时具有供电功能的功能站12可以为其余功能站12及负荷提供供电电压，因此直流母线16具备用于将电压变换模块14与功能站12之间互联，或将功能站12与功能站12之间互联，或开关模块13与功能站12之间互联，从而传输电能。同时基于全直流供电，可以提高能源转换效率，减小能源传输损失。
在一具体实施例中，如图5所示，多站合一结构还包括：多个断路器17，用于切断故障的电网单元。
多个电网单元可以通过多个断路器17与电压变换模块14或交流负荷等间接连接，以便在任意一个电网单元故障时，利用断路器17及时切断故障的电网单元，从而保证整个多站合一结构安全、稳定、可靠运行。
在一具体实施例中，如图2-图7所示，多个功能站12包括：储能站121、数据中心站122、电动汽车充电站123、光伏电站124及基站，本发明实施例中基站为5G基站125，仅以此举例，不以此为限制。
多站合一即将原变电站改造为变电站、充换电站(储能)站和数据中心站122的新模式，并根据地理位置、功能需求和站址特点等因素可加入基站、分布式电源等功能站12。本发明实施例中，将原变电站改造为电网单元、储能站121、数据中心站122、电动汽车充电站123、光伏电站124及5G基站125，将原有的发电、变电、储能等电力资源进行整体融合，通过管理中心模块15、开关模块13及电压变换模块14等模块控制多站间协同优化配合，提高能源利用效率，并在业务和服务两个方面实现协同；通过5G基站、数据中心等的融合加入，为实时数据的传输提供高速传播通道，实现高速的数据处理和即时的业务沟通。
在一具体实施例中，第一电网单元111与第一电力电子变换器单元141连接，第二电网单元112与第二电力电子变换器单元142连接；第一电网单元111与第二电网单元112之间通过柔性多状态开关131互联；第一电力电子变换器单元141、第二电力电子变换器单元142及至少一个功能站12连接于一条或多条直流母线16上；第一电力电子变换器单元141、第二电力电子变换器单元142及柔性多状态开关131均与管理中心模块15连接。所述柔性多状态开关131通过第三直流母线163与至少一个功能站连接。第一电网单元111及第二电网单元112与至少一个功能站12直接连接。功能站12之间通过第三电力电子变换器143互联。
根据上述各个模块之间的连接情况，可以将多站合一结构分为如图2-图7所示的电网结构，在此需要说明的是，仅以图2-图7所示的电网结构举例，但不以此为限。
在如图2所示的多站合一结构中，第一电网单元111及第二电网单元112分别通过第一电力电子变换器及第二电力电子变换器与储能站121、数据中心站122、电动汽车充电站123、光伏电站124与5G基站125连接于同一条直流母线16上，第一电网单元111与第二电网单元112之间通过柔性多状态开关131互联，柔性多状态开关131、第一电力电子变换器及第二电力电子变换器与管理中心模块15连接。
在如图2所示的多站合一结构中，柔性多状态开关131可以控制电能流动方向，实现电能双向流动。第一电网单元111及第二电网通过柔性多状态开关131单元互联，实现能量流动。第一电网单元111及第二电网通过电力电子变换器单元向直流母线16传递能量。第一电网单元111、第二电网及光伏电站124输出的电能中多余的部分储存在储能站121中。当第一电网单元111及第二电网单元112中一个电网单元故障断开时，另一个电网单元可以通过柔性多状态开关131向故障侧功能站12及负荷供电，储能站121也可以向所有功能站12及负荷供电。
在如图2所示的多站合一结构正常运行时，数据中心站122由直流母线16供电，直流母线16由第一电网单元111、第二电网单元112、光伏电站124和储能站121共同供电。若第一电网单元111或第二电网单元112由于故障等原因断开，则未故障的电网单元通过电力电子变压器实现对直流母线16供电，此时储能站121同时输出电能供电，在确保未故障的电网单元供电稳定后再断开，若两个电网单元同时出现故障，则由储能站121单独向数据中心站122供电。而光伏电站124的波动性电压问题可以通过在光伏电站124与直流母线16间建设的储能站121解决，先将光伏电站124发出的电能储存在储能站121，再将储能站121中稳定的电压输入电网，从而实现可靠供电。
在如图3所示的多站合一结构中，第一电网单元111通过第一电力电子变换器与储能站121及数据中心站122连接于第一直流母线161上，第二电网单元112通过第二电力电子变换器与电动汽车充电站123、光伏电站124及5G基站125连接于第二直流母线162上，第一电网单元111与第二电网单元112通过柔性多状态开关131互联，柔性多状态开关131、第一电力电子变换器及第二电力电子变换器与管理中心模块15连接，第一直流母线161和与所述第二直流母线162的储能电压可不同。
图3所示的多站合一结构各个模块的工作方式与相图2的各个模块的工作方式同，不同的是采用如图3所示的多站合一结构，可以提高电能利用率及建站的便捷性，同时不同敏感等级负荷分散布置，有利于提高各自的运行可靠性。
在如图4所示的多站合一结构中，第一电网单元111与第二电网单元112分别通过第一电力电子变换器及第二电力电子变换器与储能站121、电动汽车充电站123及光伏电站124连接于同一条直流母线16上，第一电力电子变换器及第二电力电子变换器均为双向变换器，第一电网单元111与第二电网单元112之间通过柔性多状态开关131互联，第一电网单元111与第二电网单元112分别与数据中心站122及5G基站125连接，第一电力电子变换器及第二电力电子变换器与管理中心模块15连接。
如图4所示的多站合一结构各个模块的工作方式与图2的各个模块的工作方式相同，不同的是，图4中的第一电力电子变换器及第二电力电子变换器均为双向变换器，以便当第一电网单元111及第二电网单元112均故障时，将光伏电站124储存在储能站121中的电能通过第一双向变换器及第二双向变换器分别向数据中心站122及5G基站125供电。
在如图5所示的多站合一结构中，第一电网单元111通过第一断路器171与第一交流负荷及第一电力电子变换器连接，第二电网单元112通过第二断路器172与第二交流负荷及第二电力电子变换器连接，第一电力电子变换器与储能站121及数据中心站122连接于第一直流母线161上，第一电力电子变换器与电动汽车充电站123、光伏电站124及5G基站125连接于第二直流母线162上，数据中心站122及电动汽车充电站123之间通过第三电力电子变换器143连接，第一电网单元111与第二电网单元112通过柔性多状态开关131连接，第一电力电子变换器、第二电力电子变换器、第三电力电子变换器143及柔性多状态开关131与管理中心模块15连接。图5中第一电力电子变换器及第二电力电子变换器分别为AC-DC变换器，第三电力电子变换器143为DC-DC变换器。
与如图2所示的多合一电网结构相比较，图5中的电网单元可直接为交流负荷供电，提高了供电方式的多样性；第一直流母线161与第二直流母线162采用不同的电压等级，以便供给不同功能站12及设备负荷；同时在数据中心站122及电动汽车充电站123之间增加第三电力电子变换器143，以便在第一电网单元111及第二电网单元112均出现故障时，储能站121能通过第三电力电子变换器143直接向5G基站125，电动汽车充电站123等供电。
在如图6所示的多站合一结构中，第一电网单元111及第二电网单元112分别通过第一电力电子变换器141及第二电力电子变换器142与储能站121、数据中心站122及5G基站125连接于同一条直流母线16上，电动汽车充电站123、光伏电站124及柔性多状态开关131连接于第三直流母线163上，第一电网单元111与第二电网单元112之间通过柔性多状态开关131互联，柔性多状态开关131、第一电力电子变换器141及第二电力电子变换器142与管理中心模块15连接。
在如图6所示的多站合一结构中，柔性多状态开关131可以控制电能流动方向，实现电能双向流动。第一电网单元111及第二电网112通过柔性多状态开关131单元互联，实现能量流动。第一电网单元111及第二电网单元112通过电力电子变换器向直流母线16及第三直流母线163传递能量。第一电网单元111、第二电网单元112及光伏电站124输出的电能中多余的部分储存在储能站121中。当第一电网单元111及第二电网单元112中一个电网单元故障断开时，另一个电网单元可以通过柔性多状态开关131向故障侧功能站12及负荷供电，储能站121也可以向所有功能站12及负荷供电。
在如图6所示的多站合一结构正常运行时，数据中心站122由直流母线16供电，直流母线16及第三直流母线163由第一电网单元111、第二电网单元112和储能站121共同供电。若第一电网单元111或第二电网单元112由于故障等原因断开，则未故障的电网单元通过电力电子变压器实现对直流母线16及第三直流母线163供电，此时储能站121同时输出电能供电，在确保未故障的电网单元供电稳定后再断开，若两个电网单元同时出现故障，则由储能站121通过直流母线16、电力电子变换器及柔性多状态开关131及第三直流母线163向其余功能站供电。
在如图7所示的多站合一结构中，第一电网单元111与第二电网单元112之间通过柔性多状态开关131互联，柔性多状态开关131、储能站121、数据中心站122、电动汽车充电站123、光伏电站124与5G基站125连接于第三直流母线163上，柔性多状态开关131与管理中心模块15连接。
在如图7所示的多站合一结构中，柔性多状态开关131可以控制电能流动方向，实现电能双向流动。第一电网单元111及第二电网单元112通过柔性多状态开关131单元互联，实现能量流动。第一电网单元111及第二电网单元112通过柔性多状态开关131向第三直流母线163传递能量。第一电网单元111、第二电网单元112及光伏电站124输出的电能中多余的部分储存在储能站121中。当第一电网单元111及第二电网单元112中一个电网单元故障断开时，另一个电网单元可以通过柔性多状态开关131向故障侧负荷供电，储能站121也可以向所有功能站12及负荷供电。
在如图7所示的多站合一结构正常运行时，数据中心站122由第三直流母线163供电，第三直流母线163由第一电网单元111、第二电网单元112、光伏电站124和储能站121共同供电。若第一电网单元111或第二电网单元112由于故障等原因断开，则未故障的电网单元通过柔性多状态开关131实现对第三直流母线163供电，若两个电网单元同时出现故障，则由储能站121单独向数据中心站122供电。而光伏电站124的波动性电压问题可以通过在光伏电站124与第三直流母线163间建设的储能站121解决。
本发明实施例提供的多站合一结构，通过对传统配电网的升级改造，建成多站合一结构，能够大幅度提高能源的利用效率；建立多种功能站，实现从单一供电向综合能源服务的转变；利用开关模块及电压变换模块，增强了多站合一结构的可靠性及在多种工作模式下运行的稳定性；应用柔性多状态开关，并将其与通信系统高度融合，使得整个电网结构具有控制电能质量和电压水平，实现变流、能量双向传递等功能；将原有的发电、变电、储能等电力资源进行整体融合，多站间协同优化配合，提高能源利用效率；通过基站、数据中心等的融合加入，为实时数据的传输提供高速传播通道，实现高速的数据处理和即时的业务沟通。
实施例2
本发明施例提供一种多站合一结构的控制方法，用于控制实施例1所述的多站合一结构，如图8所示，包括如下步骤：
步骤S1：将多站合一结构分为多级控制层。
为了提高供电可靠性，需要既有系统层面的调控，又必须有本地系统的自治控制，采用分层控制方法对本发明实施例1提出的多站合一结构进行控制。分层控制综合了集中控制和分散控制的优点，其控制指令由上往下传递，各层的控制模式有隶属关系，各层控制系统都具有各自独立的控制能力和控制条件，即可以对本层的管理实施独自的处理也可以对下层进行指令性的直接管理。
步骤S2：将获取的控制指令在多级控制层中由上而下传递。
本发明实施例中将多站合一结构分为三层，分别为管理中心系统总控制层、柔性多状态开关二级控制层及本地敏感负荷三级控制层。管理中心系统总控制层接收控制指令，并将控制指令由上而下传送到二级控制层及三级控制层，各层根据控制指令控制本层系统运行。
步骤S3：控制多级控制层根据控制指令控制各自控制层运行。
本发明实施例中当各级控制层接收到上一级控制层的控制指令时，自治运行；当各级控制层接收到上一级控制层的控制指令时，根据控制指令运行。
在一具体实施例中，多级控制层包括：
管理中心系统总控制层，用于接收上一级电网的调度指令，协调柔性多状态开关二级控制层、电压变换模块14及本地敏感负荷三级控制层的运行；本地敏感负荷包括多个功能站12及交流负荷。
管理中心系统总控制层为多站合一系统内的最高优先级指令控制层，负责接收上一级电网的调度指令和协调柔性多状态开关131、AC/DC换流器、双向DC/DC换流器和储能等的运行模式。管理中心系统总控制层接收到上一级电网的调度指令时，按照上级调度指令运行，实现系统与系统间的能量流动、有功潮流和无功补偿；管理中心系统总控制层没有接收到上一级电网的调度指令时，二级和三级控制层进行本地系统自治运行。
柔性多状态开关二级控制层，用于根据接收管理中心系统总控制层的调度指令，控制多站合一结构的多个运行状态之间的切换。
柔性多状态开关二级控制层为本系统内的次级指令控制层，负责接收管理中心系统总控制层的调度指令和自动根据系统的运行状态反馈信号改变本地自治运行工作模式，协调自身无功补偿、有功潮流、分布式电源接入和系统运行状态之间的切换。柔性多状态开关二级控制层接收到上一级控制层的指令时，按照上一级指令动作；柔性多状态开关二级控制层没有接收到上一级控制层的指令时，本地系统自治运行。
本地敏感负荷三级控制层，用于接收管理中心总控制层指令，协调电力电子变换器和储能站121自身充放电运行，协调对敏感负荷供电模式。
本地敏感负荷三级控制层为末端指令控制层，负责接收管理中心系统总控制层指令和接收柔性多状态开关二级控制层运行状态的反馈指令，协调AC/DC换流器、双向DC/DC换流器和储能自身充放电运行，协调对数据中心站122等敏感负荷供电模式。本地敏感负荷三级控制层接收到上一级控制层的指令时，按照上一级指令动作；本地敏感负荷三级控制层没有接收到上一级控制层的指令时，本地系统自治运行。
在一具体实施例中，如图2-图7所示的多站合一结构中各级控制层未接收到上级的控制指令时，均可进行自治运行。因此可以得知，图2-图7所示的多站合一结构的自治运行模式为：
如图2所示的多站合一结构有5种自治运行模式：1)第一电网单元111通过第一电力电子变压器对直流母线16上所有负载供电；第二电网单元112通过第二电力电子变压器对直流母线16上所有负载供电；2)第一电网单元111通过第一电力电子变压器对直流母线16上所有负载供电；3)第二电网单元112通过第二电力电子变压器对直流母线16上所有负载供电；4)储能站121对直流母线16上所有负载供电；5)光伏电站124对直流母线16上所有负载供电。
如图3所示的多站合一结构有5种自治运行模式：1)第一电网单元111通过第一电力电子变压器对第一直流母线161上所有负载供电；第二电网单元112通过第二电力电子变压器对第二直流母线162上所有负载供电；2)第一电网单元111通过第一电力电子变压器对第一直流母线161上所有负载供电；第一电网单元111通过柔性多状态开关131单元和第二电力电子变压器对第二直流母线162上所有负载供电；3)第二电网单元112通过第二电力电子变压器对第二直流母线162上所有负载供电；第二电网单元112通过柔性多状态开关131单元和第一电力电子变压器对第一直流母线161上所有负载供电；4)储能站121对第一直流母线161上所有负载供电；5)光伏电站124对第二直流母线162上所有负载供电。
如图4所示的多站合一结构有5种自治运行模式：1)第一电网单元111向数据中心站122供电并通过第一双向变换器对直流母线16上所有负载供电；第二电网单元112向5G基站125供电并通过第二双向变换器对直流母线16上所有负载供电；2)第一电网单元111向数据中心站122供电并通过第一双向变换器对直流母线16上所有负载供电；第一电网单元111通过柔性多状态开关131单元对5G基站125供电；3)第二电网单元112向5G基站125供电并通过第二双向变换器对直流母线16上所有负载供电；B电网单元通过柔性多状态开关131单元对数据中心站122供电；4)储能站121对直流母线16上所有负载供电；储能站121通过第一双向变换器对数据中心站122供电；储能站121通过第二双向变换器对5G基站125供电；5)光伏电站124对直流母线16上所有负载供电；光伏电站124通过第一双向变换器对数据中心站122供电；光伏电站124通过第二双向变换器对5G基站125供电。
如图5所示的多站合一结构有5种自治运行模式：1)第一电网单元111向第一交流负荷供电，并通过第一电力电子变换器对第一直流母线161上的所有负载供电；第二电网单元112向第二交流负荷供电，并通过第二电力电子变换器对第二直流母线162上的所有负载供电；2)第一电网单元111向第一交流负荷供电，并通过第一电力电子变换器对第一直流母线161上的所有负载供电；3)第二电网单元112向第二交流负荷供电，并通过第二电力电子变换器对第二直流母线162上的所有负载供电；4)储能站121对直流母线16上所有负载供电；储能站121通过第一电力电子变换器对第一交流负荷供电；储能站121通过第二电力电子变换器对第二交流负荷供电；5)光伏电站124对直流母线16上所有负载供电；光伏电站124通过第一电力电子变换器对第一交流负荷供电；光伏电站124通过第二电力电子变换器对第二交流负荷供电。
如图6所示的多站合一结构有5种自治运行模式：1)第一电网单元111通过第一电力电子变压器141对直流母线16上所有负载供电；第二电网单元112通过第二电力电子变压器142对直流母线16上所有负载供电；第一电网单元111通过柔性多状态开关131对第三直流母线163上所有负载供电；第二电网单元112通过柔性多状态开关131对第三直流母线163上所有负载供电；2)第一电网单元111通过第一电力电子变压器141对直流母线16上所有负载供电；第一电网单元111通过柔性多状态开关131对第三直流母线163上所有负载供电；3)第二电网单元112通过第二电力电子变压器142对直流母线16上所有负载供电；第二电网单元112通过柔性多状态开关131对第三直流母线163上所有负载供电；4)储能站121对直流母线16上所有负载供电；5)光伏电站124对第三直流母线163上所有负载供电。
如图7所示的多站合一结构有5种自治运行模式：1)第一电网单元111通过柔性多状态开关131对第三直流母线163上所有负载供电；第二电网单元112通过柔性多状态开关131对第三直流母线163上所有负载供电；2)第一电网单元111通过柔性多状态开关131对第三直流母线163上所有负载供电；3)第二电网单元112通过柔性多状态开关131对第三直流母线163上所有负载供电；4)储能站121对第三直流母线163上所有负载供电；5)光伏电站124对第三直流母线163上所有负载供电。
在一具体实施例中，柔性多状态开关131二级控制层采用闭环控制进行自治运行。
柔性多状态开关131电路结构如图9所示，系统正常运行情况下，柔性多状态开关131的一侧变流器控制直流侧电压稳定，另一侧变流器控制功率的传输。由于每侧变流器可以同时控制两种状态量，因此，柔性多状态开关131还可以控制无功功率和交流侧电压。在系统不同的运行状态下，通过本地自治控制运行自动切换控制方式，以便实现电能的稳定传输和提供系统的电压支撑，保障系统可靠运行。
柔性多状态开关131的自治运行主要采用闭环控制策略，例如双闭环控制策略。图9中的柔性多状态开关131，左侧换流器VSC1稳定直流母线电压Vdc和控制无功功率Q，右侧换流器VSC2实时地对有功功率P和无功功率Q进行控制。
在如图10所示的双闭环控制方法中，柔性多状态开关131的两个变流器在dq坐标系控制模型中对有功功率和无功功率分别解耦控制，同时对有功功率和无功功率分别进行独立调节。通过控制左侧换流器的d轴和q轴电流，就可以分别控制柔性多状态开关131的左侧换流器与第一电网单元111之间的有功、无功功率交换，控制右侧换流器的d轴和q轴电流，就可以分别控制柔性多状态开关131的右侧换流器与第二电网单元112之间的有功、无功功率交换。
本发明实施例提供的多站合一结构的控制方法，通过对传统配电网的升级改造，建成多站合一结构，能够大幅度提高能源的利用效率；建立多种功能站，实现从单一供电向综合能源服务的转变；利用开关模块及电压变换模块，增强了多站合一结构的可靠性及在多种工作模式下运行的稳定性；采用分级控制策略可有效解决电能的传输优化配置能力，实现功率的双向流动和多种能源的协同优化，提高供电的可靠性；应用柔性多状态开关，并将其与通信系统高度融合，使得整个电网结构具有控制电能质量和电压水平，实现变流、能量双向传递等功能；将原有的发电、变电、储能等电力资源进行整体融合，多站间协同优化配合，提高能源利用效率；通过基站、数据中心等的融合加入，为实时数据的传输提供高速传播通道，实现高速的数据处理和即时的业务沟通。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种多站合一结构，其特征在于，包括：管理中心模块、供电模块、开关模块、电压变换模块及多个功能站，其中，
供电模块包括多个电网单元，用于为多个所述功能站提供电源，并且在有电网单元故障时，利用正常运行的电网单元为多个所述功能站提供电源；
开关模块，用于控制电能流动方向，将多个电网单元互联，或将多个功能站互联；
电压变换模块，用于将供电模块发出的电压或是功能站发出的电压转换成供电电压；
多个功能站，用于提供供电电压、数据流融合及网络通信；
管理中心模块，用于控制所述开关模块及所述电压变换模块的工作状态。
2.根据权利要求1所述的多站合一结构，其特征在于，
供电模块包括第一电网单元及第二电网单元，用于同时或是独立地为多个功能站提供电能；
开关模块包括柔性多状态开关，用于控制电能流动方向；
电压变换模块包括第一电力电子变换器单元、第二电力电子变换器单元及第三电力电子变换器，用于将供电模块或功能站发出的电压转换成供电电压。
3.根据权利要求2所述的多站合一结构，其特征在于，
所述第一电网单元与所述第一电力电子变换器单元连接，所述第二电网单元与所述第二电力电子变换器单元连接；
所述第一电网单元与所述第二电网单元之间通过柔性多状态开关互联；
所述第一电力电子变换器单元、所述第二电力电子变换器单元及至少一个所述功能站连接于一条或多条直流母线上；
所述第一电力电子变换器单元、所述第二电力电子变换器单元及柔性多状态开关均与管理中心模块连接。
4.根据权利要求3所述的多站合一结构，其特征在于，所述柔性多状态开关与至少一个功能站直接连接。
5.根据权利要求3所述的多站合一结构，其特征在于，所述第一电网单元及所述第二电网单元与至少一个功能站直接连接。
6.根据权利要求5所述的多站合一结构，其特征在于，所述功能站之间通过第三电力电子变换器互联。
7.一种多站合一结构的控制方法，用于控制权利要求1-6所述的多站合一结构，其特征在于，包括：
将所述多站合一结构分为多级控制层；
将获取的控制指令在多级控制层中由上而下传递；
控制多级控制层根据控制指令控制各自控制层运行。
8.根据权利要求7所述的多站合一结构的控制方法，其特征在于，所述多级控制层包括：管理中心系统总控制层、柔性多状态开关二级控制层及本地敏感负荷三级控制层，其中，
管理中心系统总控制层，用于接收上一级电网的调度指令，协调柔性多状态开关二级控制层、电压变换模块及本地敏感负荷三级控制层的运行；所述本地敏感负荷包括多个功能站及交流负荷；
柔性多状态开关二级控制层，用于根据接收管理中心系统总控制层的调度指令，控制所述多站合一结构的多个运行状态之间的切换；
本地敏感负荷三级控制层，用于接收管理中心总控制层指令，协调电力电子变换器和储能站自身充放电运行，协调对敏感负荷供电模式。
9.根据权利要求8所述的多站合一结构的控制方法，其特征在于，当各级控制层接收到上一级控制层的自治控制指令时，自治运行；当各级控制层接收到上一级控制层的控制指令时，根据控制指令运行。
10.根据权利要求8所述的多站合一结构的控制方法，其特征在于，所述柔性多状态开关二级控制层采用闭环控制进行自治运行。
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