CN111711219A - 一种交直流供电配置结构及柔性变电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交直流供电配置结构及柔性变电站，交直流供电配置结构中的一体化多端口换流器及整流器将外接电源转换为多种电压幅值的直流电压源，提高了外接电源供电的多样性；交直流供电配置结构与多种外接电源连接，当某种外接电源故障时，通过控制开关模块的开断，使得正常运行外接电源为该支路供电，保证电源供电的不间断；柔性变电站的协调控制与能量管理系统采集交直流供电配置结构运行状态、电网运行状态、数据中心及其局域网负荷、功能站信息，电网调度系统根据协调控制与能量管理系统采集的信息，及时调整交直流供电配置结构、功能站运行状态，通过调整数据中心及其局域网负荷大小，以达到电网优化控制。

Description

一种交直流供电配置结构及柔性变电站

技术领域

本发明涉及交直流配电技术领域，具体涉及一种交直流供电配置结构及柔性变电站。

背景技术

柔性变电站技术作为电力电子技术与变电站技术相结合的新一代交直流配电网技术，对于提高我国数据中心供电方式的可靠性、供电品质和灵活性具有重要意义。传统交流不间断电源供电方式经过多级交直流变换环节，供电效率低于85％，使得转换环节中的能量损耗过高，降低了数据中心供电效率，并且其不能灵活应对电网故障等问题，同时传统的面向数据中心的变电站已经不足以适应数据中心规模的扩大和集中部署。

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对数据中心常规供电技术灵活性差的缺陷，从而提供一种交直流供电配置结构及柔性变电站。

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交直流供电配置结构，交直流供电配置结构包括：至少一台一体化多端口换流器、至少一个整流器、至少两段直流母线、至少一个开关模块，其中，一体化多端口换流器输入端与第一外接交流电源及外接直流电源连接，用于将第一外接交流电源转换成多种具有不同电压幅值的直流电源，将外接直流电源转换成多种具有不同电压幅值的直流电源；整流器输入端与第二外接交流电源连接，用于将第二外接交流电源转换成多种具有不同电压幅值的直流电源；直流母线用于将直流电源分别与对应的功能站连接，直流电源的电压与其对应的功能站的供电电压相匹配；一体化多端口换流器的输入端与整流器的输入端通过开关模块连接，用于控制第一外接交流电源和/或第二外接交流电源作为电能接入一体化多端口换流器和/或整流器。

在一实施例中，一体化多端口换流器包括：至少一个输出级双向功率模块、至少一个输出级单向功率模块、至少一个变压器及至少一个输入级双向功率模块，其中，一个输入级双向功率模块的输入端与第一外接交流电源对应相连接，其输出端与一个变压器原边绕组对应相连接；或，多个输入级双向功率模块通过串联连接后，输出端与一个变压器原边绕组对应相连接，输入端与第一外接交流电源对应相连接；每个变压器副边绕组与一个输出级双向功率模块及一个输出级单向功率模块并联连接；或，每个变压器副边绕组与一个输出级双向功率模块并联连接，同时变压器副边绕组的一端及其引出的抽头均与一个输出级单向功率模块并联连接；输入级双向功率模块用于将第一外接交流电源对应相的交流电压转换成具有预设频率的交流电压；变压器用于将输入级双向功率模块与输出级双向功率模块及输出级单向功率模块进行隔离；输出级双向功率模块用于将其输入端电压转换为对应的直流电源，输出级单向功率模块用于将其输入端电压转换为对应的直流电源。

在一实施例中，一体化多端口换流器还包括：直流换流器，其输入端与外接直流电源连接，用于将外接直流电源转换成多种具有不同电压幅值的直流电源。

在一实施例中，一体化多端口换流器还包括：至少一个交流输入端口，用于将第一外接交流电源与输入级双向功率模块连接；至少一个直流输入端口，用于将外接直流电源与直流换流器连接；至少一个直流输出端口，用于将直流电源与直流母线连接。

在一实施例中，功能站包括：光伏电站、储能站、直流负载、数据中心及其局域网，其中，当输出级双向功率模块将其输入端电压转换为双向流动高压直流电源，输出级单向功率模块将其输入端电压转换为单向流动低压直流电源，直流换流器将外接直流电源转换成单向流动低压直流电源，整流器将第二外接交流电源转换成单向流动低压直流电源时，直流母线包括第一直流母线及第二直流母线；光伏电站、储能站及直流负载通过第一直流母线与双向流动高压直流电源；数据中心及其局域网通过第二直流母线与单向流动低压直流电源连接；单向流动低压直流电源与数据中心的供电电压相同。

在一实施例中，一体化多端口换流器与光伏电站、储能站之间的功率通过第一直流母线双向流动；一体化多端口换流器与数据中心及其局域网之间的功率，以及整流器与数据中心及其局域网之间的功率，均通过第二直流母线单向流动。

第二方面，本发明实施例提供一种柔性变电站，柔性变电站包括至少一个第一方面的交直流供电配置结构，交流供电配置结构通过第一直流母线与数据中心及其局域网连接，通过第二直流母线与光伏电站、储能站及直流负载连接，柔性变电站还包括：协调控制及能量管理系统及电网调度系统，其中，协调控制及能量管理系统，用于根据电网调度系统发出的调度命令，获取数据中心内置计算调度系统计算的数据中心及其局域网的负荷，获取光伏电站、储能站及直流负载的电气信息及其控制器的控制信息，并获取交直流供电配置结构及电网的运行状态信息；电网调度系统，用于根据协调控制及能量管理系统获取的信息，并结合其所包含的电力系统的运行状态，发出相应的控制指令；协调控制及能量管理系统根据控制命令，通过控制交直流供电配置结构运行状态，控制交直流供电配置结构各支路功率，运行状态包括：运行模式、运行功率；控制数据中心及其局域网的负荷大小；控制光伏电站、储能站释放储能。

在一实施例中，柔性变电站还包括：储能系统，与第二直流母线连接，储能系统包括一级备用储能单元及二级备用储能单元；保护系统，用于当电网调度系统根据协调控制及能量管理系统获取的信息，判定交流供电配置结构或其所连接的功能站出现故障时，切断故障点。

在一实施例中，当第一交流电源、第二交流电源及直流电源均故障时，电网调度系统发出调度储能站命令，协调控制及能量管理系统根据调度储能站命令，控制一级备用储能单元向数据中心供电，当一级备用储能单元内电能不足以为数据中心供电时，电网调度系统控制二级备用储能单元向数据中心供电；一级备用储能单元的储能小于二级备用储能单元的储能。

在一实施例中，当第一外接交流电源故障或第二外接交流电源故障时，电网调度系统发出闭合开关模块命令，协调控制及能量管理系统根据闭合开关模块命令，通过控制开关模块闭合，使得第二外接交流电源为一体化换流器供电，或第一外接交流电流为整流器供电。

在一实施例中，当功能站，或数据中心及其局域网，或储能系统出现故障时，协调控制及能量管理系统闭锁故障点所连接的一体化多端口换流器或整流器。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的交直流供电配置结构，利用一体化多端口换流器及整流器将外接电源转换为为多种电压幅值的直流电压源，从而为多种功能站或负载提供供电电压，提高了外接电源供电的多样性；与多种外接电源连接，当某种外接电源故障时，通过控制开关模块的开断，使得正常运行的外接电源为该支路供电，从而提高了供电可靠性，保证电源供电的不间断。

2.本发明提供的柔性变电站，协调控制与能量管理系统采集交直流供电配置结构运行状态、电网运行状态、数据中心及其局域网负荷、光伏电站及储能站信息，电网调度系统根据协调控制与能量管理系统采集的信息，及时调整交直流供电配置结构、光伏电站及储能站的运行状态，同时可以通过调整数据中心及其局域网负荷大小，以达到电网优化控制；通过判断数据中心及其局域网负荷、光伏电站及储能站是否出现故障，当出现故障时，保护系统及时切断故障点；当外接电源故障时，协调控制及能量管理系统通过控制交直流供电配置结构运行状态或运行模式，从而保证电网可靠运行；当数据中心及其局域网负荷大，且外接电源不足以为其提供供电电压时，协调控制及能量管理系统控制储能系统或光伏电站、储能站为其供电。

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为本发明实施例提供的交直流供电配置结构的一个具体示例的示意图；

图2为本发明实施例提供的交直流供电配置结构的另一个具体示例的示意图；

图3为本发明实施例提供的一体化多端口换流器的一个具体示例的示意图；

图4为本发明实施例提供的一体化多端口换流器的另一个具体示例的示意图；

图5为本发明实施例提供的输出级双向功率模块及输出级单向功率模块的一个具体示例的示意图；

图6为本发明实施例提供的柔性变电站的一个具体示例的示意图。

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交直流供电配置结构，应用于需要多种直流供电电源或需要不间断供电电源的场合，如图1所示，交直流供电配置结构1包括：至少一台一体化多端口换流器11、至少一个整流器12、至少两段直流母线13、至少一个开关模块14。

一体化多端口换流器输入端与第一外接交流电源及外接直流电源连接，用于将第一外接交流电源转换成多种具有不同电压幅值的直流电源，将外接直流电源转换成多种具有不同电压幅值的直流电源，该直流电源可以为高压、中压、低压直流电源，用于为具有不同供电电压的负载或功能站等提供电源。整流器输入端与第二外接交流电源连接，用于将第二外接交流电源转换成多种具有不同电压幅值的直流电源，第二外接交流电源及外接直流电源可以为可再生能源电站。

需要说明的是，如图1所示，当含有多个一体化多端口换流器及多个个整流器时，此时每个一体化多端口换流器所连接的交流电源及直流电源可以为高压、中压或低压电源，同理，每个整流器所连接的交流电源可以为高压、中压或低压电源，此处仅以此举例，但不以此为限。

如图2所示，一体化多端口换流器可以与高压交流电源(第一外接交流电源)，或低压直流电源(外接直流电源)连接，通过电压变换，可以将第一外接交流电源转换为多种具有不同电压幅值的直流电源，且将外接直流电源转换成多种具有不同电压幅值的直流电源。

本发明实施例中，当一体化多端口换流器及整流器的输出端通过同一根直流母线与同一种功能站连接时，此时一体化多端口换流器与整流器输出的直流电源可以同时或不同时为该功能站提供电源。

本发明实施例中直流母线用于将直流电源分别与对应的功能站连接，直流电源的电压与其对应的功能站的供电电压相匹配，例如直流母线电压为750V直流电压，该750V直流电压为某个功能站供电电压，此时直流电源的电压为750V直流电压。

本发明实施例中一体化多端口换流器的输入端与整流器的输入端通过开关模块连接，用于控制第一外接交流电源和/或第二外接交流电源作为电能接入一体化多端口换流器和/或整流器。

本发明实施例可以将第一外接交流电源作为主电源，将第二外接电源作为备用电源，当第一外接交流电源与第二外接交流电源均正常运行时，开关模块断开，此时第一外接交流电源为一体化多端口换流器提供电能；第二外接交流电源为整流器提供电能，当第一外接交流电源故障，第二外接交流电源正常运行时，开关模块闭合，此时，第二外接交流电源为一体化多端口换流器及整流器提供电源。

需要说明的是，当一体化多端口换流器将外接直流电源转换成的直流电源、一体化多端口换流器将第一外接交流电源转换成的直流电源、整流器将第二外接交流电源转换成的直流电源均通过同一条直流母线与同一功能站连接时，此时三个直流电源均可同时为该功能站提供电源。

本发明提供的交直流供电配置结构，一体化多端口换流器及整流器将外接电源为多种电压幅值的直流电压源，从而为多种功能站或负载提供供电电压，提高了外接电源供电的多样性；与多种外接电源连接，当某种外接电源故障时，通过控制开关模块的开断，使得正常运行的外接电源为该支路供电，从而提高了供电可靠性，保证电源供电的不间断。

在一具体实施例中，如图3所示，一体化多端口换流器11包括：至少一个输入级双向功率模块111、至少一个变压器112、至少一个输出级双向功率模块113、至少一个输出级单向功率模块114。

由于本发明实施例的一体化多端口换流器与三相交流电源连接，同时为了防止一体化多端口换流器对地电压峰值及其额定值的差相差两倍以上，利用变压器用于将输入级双向功率模块与输出级双向功率模块及输出级单向功率模块进行隔离。

本发明实施例中，如图3所示，当一体化多端口换流器含有一个输入级双向功率模块时，该输入级双向功率模块的输入端与第一外接交流电源对应相连接，其输出端与变压器原边绕组对应相连接。如图4所示，当一体化多端口换流器含有多个输入级双向功率模块时，多个输入级双向功率模块通过串联连接后，输出端与变压器原边绕组对应相连接，输入端与第一外接交流电源对应相连接。

如图3所示，每个变压器副边绕组与一个输出级双向功率模块及一个输出级单向功率模块并联连接；或，每个变压器副边绕组与一个输出级双向功率模块并联连接，同时变压器副边绕组的一端及其引出的抽头均与一个输出级单向功率模块并联连接。

输入级双向功率模块用于将第一外接交流电源对应相的交流电压转换成具有预设频率的交流电压，交流电压经过变压器的三个耦合单元耦合后，变压器副边绕组为输出级双向功率模块及输出级单向功率模块提供电压。输出级双向功率模块用于将其输入端电压转换为对应的直流电源，输出级单向功率模块用于将其输入端电压转换为对应的直流电源，该直流电源通过直流母线与对应的功能站连接。

当输出级双向功率模块将其输入端电压转换为双向流动高压直流电源时，该输出级双向功率模块为输出级高压双向功率模块；当输出级单向功率模块将其输入端电压转换为单向流动低压直流电源，该输出级单向功率模块为输出级单向低压功率模块，此时，输出级高压双向功率模块与变压器副边绕组并联连接，输出级单向低压功率模块与变压器副边绕组的一端及其抽头引出线并联连接，且输入级双向功率模块为图2中一体化多端口换流器的AC电力电子功率模块，输出级高压双向功率模块为图2中DC1电力电子功率模块，输出级单向低压功率模块DC2电力电子功率模块，输出级双向功率模块及输出级单向功率模块具体结构可以为如图5所示的电路结构，其中输出级双向功率模块可以为由IGBT及二极管构成的双向可控的电力电子功率模块，输出级单向功率模块可以为由二极管构成的单向可控的电力电子功率模块。

需要说明的是，如图3所示，当一体化多端口换流器中包括多个变压器，且每个变压器副边连接的输出级双向功率模块的输出电压均相同，或每个变压器副边连接的输出级单向功率模块的输出电压均相同时，将每个变压器副边连接的输出级双向功率模块并联连接于同一条直流母线上，或将每个变压器副边连接的输出级单向功率模块并联连接于同一条直流母线上。

此外，如图4所示，当一体化多端口换流器中包括多个变压器，每个变压器原边绕组连接的输入级双向功率模块所连接的电源的电压可以等级不同，且外接电源可以为交流源或直流源时，同一个变压器连接的多个输入级双向功率模块串联连接后构成的输入电路，与另一个变压器连接的多个输入级双向功率模块串联连接后构成的输入电路串联连接。

在一具体实施例中，一体化多端口换流器还包括：

直流换流器，其输入端与外接直流电源连接，用于将外接直流电源转换成多种具有不同电压幅值的直流电源。此外接直流电源可以为风电、光伏等可再生能源电站，其转换后的直流电源用于为功能站提供电能，此直流换流器为图2中一体化多端口换流器的DC电力电子功率模块。

在一具体实施例中，一体化多端口换流器还包括：

至少一个交流输入端口，用于将第一外接交流电源与输入级双向功率模块连接。至少一个直流输入端口，用于将外接直流电源与直流换流器连接。至少一个直流输出端口，用于将直流电源与直流母线连接。

本发明实施例中，输入级双向功率模块、直流换流器及整流器均并不直接与交流电源直接连接，输出级双向功率模块、输出级单向功率模块、直流换流器及整流器均不是直流与直流母线直接相连，而是通过交流输入端口、直流输入端口或直流输出口与其上级或下级连接。

在一具体实施例中，功能站包括：光伏电站、储能站、直流负载、数据中心及其局域网。

当一体化多端口换流器包括多个输入级双向功率模块，一个输出级双向功率模块、一个输出级单向功率模块，且当输出级双向功率模块将其输入端电压转换为双向流动高压直流电源，输出级单向功率模块将其输入端电压转换为单向流动低压直流电源，直流换流器将外接直流电源转换成单向流动低压直流电源，整流器将第二外接交流电源转换成单向流动低压直流电源时，直流母线包括两条，一条直流母线将双向流动高压直流电源与对应功能站连接，另一条直流母线将单向流动低压直流电源与对应功能站连接，如图2所示，直流母线13包括第一直流母线131及第二直流母线132。

本发明实施例为了提高电能的利用率及数据中心及其局域网的负荷可调性，同时为了保证数据中心可靠运行，将光伏电站、储能站及直流负载通过第一直流母线与双向流动高压直流电源；将数据中心及其局域网通过第二直流母线与单向流动低压直流电源连接；并且单向流动低压直流电源与数据中心的供电电压相同。

具体地，如图2所示，假设第一直流母线的电压为750V，第二直流母线的电压为240V，则一体化多端口换流器内部的AC-DC1输入级双向功率模块-输出级双向功率模块)将第一外接交流电源转换为750V电压为光伏电站、储能站及直流负载(储能站可以包括氢储能站、电池储能，直流负载可以包括直流空调)，一体化多端口换流器内部的AC-DC2输入级单向功率模块-输出级双向功率模块)将第一外接交流电源转换为240V电压为数据中心及其局域网(储能站可以包括氢储能站、电池储能等，直流负载可以包括直流空调等，数据中心及其局域网包括服务器等)。此时，一体化多端口换流器与光伏电站、储能站之间的功率可以实现双向流动；一体化多端口换流器与数据中心及其局域网之间的功率，以及整流器与数据中心及其局域网之间的功率，均为单相流动，即功率只能从一体化多端口换流器流向数据中心及其局域网，以及功率只能从整流器流向数据中心及其局域网。

本发明实施例提供的交直流供电配置结构，利用一体化多端口换流器及整流器将外接电源转换为多种电压幅值的直流电压源，从而为多种功能站或负载提供供电电压，提高了外接电源供电的多样性；与多种外接电源连接，当某种外接电源故障时，通过控制开关模块的开断，使得正常运行的外接电源为该支路供电，从而提高了供电可靠性，保证电源供电的不间断。

实施例2

本发明实施例提供一种柔性变电站，应用于需要调整负荷大小，优化功能站之间能量，以及需要配合电网调度等复杂场合，如图6所示，柔性变电站包括至少一个实施例1的交直流供电配置结构1，整流器12通过第二直流母线132与数据中心及其局域网连接，一体化多端口换流器11通过第一直流母线131与光伏电站、储能站及直流负载连接，同时一体化多端口换流器11通过第二直流母线132与数据中心及其局域网连接。柔性变电站还包括：协调控制及能量管理系统2、电网调度系统3、储能系统4及保护系统5。

本发明实施例中的协调控制及能量管理系统，用于根据电网调度系统发出的调度命令，获取数据中心内置计算调度系统计算的数据中心及其局域网的负荷，获取光伏电站、储能站及直流负载的电气信息及其控制器的控制信息，并获取交直流供电配置结构及电网的运行状态信息。

本发明实施例中的电网调度系统，用于根据协调控制及能量管理系统获取的信息，并结合其所包含的电力系统的运行状态，发出相应的控制指令。功能站可以包括光伏电站、储能站、直流负载、数据中心及其局域网，储能站可以包括氢储能站、电池储能站等。

本发明实施例中的协调控制及能量管理系统根据控制命令，通过控制交直流供电配置结构运行状态，控制交直流供电配置结构各支路功率，运行状态包括：运行模式、运行功率；控制数据中心及其局域网的负荷大小；控制光伏电站、储能站释放储能。

由于数据中心及其局域网为可调负荷，因此根据数据中心内置计算调度系统计算的数据中心及其局域网的负荷以及光伏电站、储能站及直流负载的电气信息及其控制器的控制信息，优化柔性变电站的控制及维持功率平衡等，同时，当电网有调度需求时，可以通过改变数据中心及其局域网负荷大小，或光伏电站、储能站储能大小，维持整个电网的平衡。

具体地，协调控制及管理系统采集数据中心与其所在局域电网源荷储及电网运行建立信息网络，与电网调度系统及数据中心内置的计算调度系统通信，实时采集交直流供电配置结构及功能站数据信息，通过协调控制及管理系统实时反馈，并接受上层调度指令对交直流供电配置结构及功能站进行优化控制。

储能系统4，与第二直流母线连接，储能系统包括一级备用储能单元及二级备用储能单元。当第一交流电源、第二交流电源及直流电源均故障时，电网调度系统发出调度储能站命令，协调控制及能量管理系统根据调度储能站命令，控制一级备用储能单元向数据中心供电，当一级备用储能单元内电能不足以为数据中心供电时，电网调度系统控制二级备用储能单元向数据中心供电；一级备用储能单元的储能小于二级备用储能单元的储能。

此外，本发明实施例在并网供电时，新能源电力优先供给数据中心及其局域网，其次为储能系统进行蓄电充电。

保护系统5，用于当电网调度系统根据协调控制及能量管理系统获取的信息，判定交流供电配置结构或其所连接的功能站出现故障时，切断故障点。一体化换流器及整流器通过保护系统与功能站连接，当功能站故障时，通过断开一体化换流器及整流器等设备输入端及输出端设置的保护开关模块，从而防止电压击穿、过电流等现象。

在一具体实施例中，当电网调度系统，用于根据协调控制及能量管理系统获取的信息，对数据中心及其局域网、交直流供电配置结构、电网、光伏电站、储能站及直流负载的运行状态进行分析的分析结果为功能站，或数据中心及其局域网，或储能系统出现故障时，则协调控制及能量管理系统闭锁故障点所连接的一体化多端口换流器或整流器，即由于柔性变电站中的各个设备或下级功能站会出现故障，因此可以通过协调控制及能量管理系统获取交直流供电配置结构及电网的运行状态信息，光伏电站、储能站及直流负载的电气信息及其控制器的控制信息，以及数据中心内置计算调度系统计算的数据中心及其局域网的负荷，电网调度系统会对柔性变电站的运行状态及其上级与下级所连接功能站或电源进行故障判断，可以通过闭锁一体化多端口换流器或整流器、或控制开关模块的通断状态，从而可以及时切断故障点。

具体地，协调控制及能量管理系统根据电网调度系统调度级控制和装置级控制的功率指令和运行模式指令，控制各接入功能站互相协调，控制一体化多端口换流器、整流器及直流换流器进行定功率控制、最大功率跟踪控制、电压下垂控制或减负荷控制，保证直流配电网的优化运行。

在一具体实施例中，如图2所示，开关模块将一体化换流器的交流输入端口及整流器的交流输入端口连接。当第一外接交流电源故障或第二外接交流电源故障时，电网调度系统发出闭合开关模块命令，协调控制及能量管理系统根据闭合开关模块命令，通过控制开关模块闭合，使得第二外接交流电源为一体化换流器供电，或第一外接交流电流为整流器供电。

在一具体实施例中，保护系统、电网调度系统、协调控制与能量管理系统与一体化多端口换流器、整流器、功能站等之间的数据信息及控制信息经过通讯系统进行传递。

本发明实施例提供的柔性变电站，协调控制与能量管理系统采集交直流供电配置结构运行状态、电网运行状态、数据中心及其局域网负荷、光伏电站及储能站信息，电网调度系统根据协调控制与能量管理系统采集的信息，及时调整交直流供电配置结构、光伏电站及储能站的运行状态，同时可以通过调整数据中心及其局域网负荷大小，以达到电网优化控制；通过判断数据中心及其局域网负荷、光伏电站及储能站是否出现故障，当出现故障时，保护系统及时切断故障点；当外接电源故障时，协调控制及能量管理系统通过控制交直流供电配置结构运行状态或运行模式，从而保证电网可靠运行；当数据中心及其局域网负荷大，且外接电源不足以为其提供供电电压时，协调控制及能量管理系统控制储能系统或光伏电站、储能站为其供电。

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 (11)

1.一种交直流供电配置结构，其特征在于，所述交直流供电配置结构包括：至少一台一体化多端口换流器、至少一个整流器、至少两段直流母线、至少一个开关模块，其中，

所述一体化多端口换流器输入端与第一外接交流电源及外接直流电源连接，用于将第一外接交流电源转换成多种具有不同电压幅值的直流电源，将外接直流电源转换成多种具有不同电压幅值的直流电源；

所述整流器输入端与第二外接交流电源连接，用于将第二外接交流电源转换成多种具有不同电压幅值的直流电源；

所述直流母线用于将直流电源分别与对应的功能站连接，所述直流电源的电压与其对应的功能站的供电电压相匹配；

所述一体化多端口换流器的输入端与整流器的输入端通过所述开关模块连接，用于控制第一外接交流电源和/或第二外接交流电源作为电能接入一体化多端口换流器和/或整流器。

2.根据权利要求1所述的交直流供电配置结构，其特征在于，所述一体化多端口换流器包括：至少一个输出级双向功率模块、至少一个输出级单向功率模块、至少一个变压器及至少一个输入级双向功率模块，其中，

一个输入级双向功率模块的输入端与第一外接交流电源对应相连接，其输出端与一个所述变压器原边绕组对应相连接；或，

多个输入级双向功率模块通过串联连接后，输出端与一个所述变压器原边绕组对应相连接，输入端与第一外接交流电源对应相连接；

每个所述变压器副边绕组与一个所述输出级双向功率模块及一个输出级单向功率模块并联连接；或，

每个所述变压器副边绕组与一个所述输出级双向功率模块并联连接，同时变压器副边绕组的一端及其引出的抽头均与一个所述输出级单向功率模块并联连接；

所述输入级双向功率模块用于将所述第一外接交流电源对应相的交流电压转换成具有预设频率的交流电压；

所述变压器用于将所述输入级双向功率模块与所述输出级双向功率模块及所述输出级单向功率模块进行隔离；

所述输出级双向功率模块用于将其输入端电压转换为对应的直流电源，所述输出级单向功率模块用于将其输入端电压转换为对应的直流电源。

3.根据权利要求2所述的交直流供电配置结构，其特征在于，所述一体化多端口换流器还包括：

直流换流器，其输入端与所述外接直流电源连接，用于将所述外接直流电源转换成多种具有不同电压幅值的直流电源。

4.根据权利要求3所述的交直流供电配置结构，其特征在于，所述一体化多端口换流器还包括：

至少一个交流输入端口，用于将第一外接交流电源与输入级双向功率模块连接；

至少一个直流输入端口，用于将外接直流电源与直流换流器连接；

至少一个直流输出端口，用于将直流电源与直流母线连接。

5.根据权利要求3所述的交直流供电配置结构，其特征在于，所述功能站包括：光伏电站、储能站、直流负载、数据中心及其局域网，其中，

当输出级双向功率模块将其输入端电压转换为双向流动高压直流电源，所述输出级单向功率模块将其输入端电压转换为单向流动低压直流电源，所述直流换流器将所述外接直流电源转换成单向流动低压直流电源，所述整流器将第二外接交流电源转换成单向流动低压直流电源时，所述直流母线包括第一直流母线及第二直流母线；

所述光伏电站、储能站及直流负载通过第一直流母线与所述双向流动高压直流电源；

所述数据中心及其局域网通过第二直流母线与所述单向流动低压直流电源连接；

所述单向流动低压直流电源与所述数据中心的供电电压相同。

6.根据权利要求5所述的交直流供电配置结构，其特征在于，

所述一体化多端口换流器与光伏电站、储能站之间的功率通过第一直流母线双向流动；

所述一体化多端口换流器与数据中心及其局域网之间的功率，以及整流器与数据中心及其局域网之间的功率，均通过第二直流母线单向流动。

7.一种柔性变电站，其特征在于，所述柔性变电站包括至少一个权利要求1-6任一项所述的交直流供电配置结构，所述交流供电配置结构通过第一直流母线与数据中心及其局域网连接，通过第二直流母线与光伏电站、储能站及直流负载连接，所述柔性变电站还包括：协调控制及能量管理系统及电网调度系统，其中，

协调控制及能量管理系统，用于根据所述电网调度系统发出的调度命令，获取数据中心内置计算调度系统计算的数据中心及其局域网的负荷，获取光伏电站、储能站及直流负载的电气信息及其控制器的控制信息，并获取交直流供电配置结构及电网的运行状态信息；

电网调度系统，用于根据协调控制及能量管理系统获取的信息，并结合其所包含的电力系统的运行状态，发出相应的控制指令；

所述协调控制及能量管理系统根据控制命令，通过控制所述交直流供电配置结构运行状态，控制交直流供电配置结构各支路功率，所述运行状态包括：运行模式、运行功率；控制数据中心及其局域网的负荷大小；控制光伏电站、储能站释放储能。

8.根据权利要求7所述的柔性变电站，其特征在于，还包括：

储能系统，与第二直流母线连接，所述储能系统包括一级备用储能单元及二级备用储能单元；

保护系统，用于当电网调度系统根据协调控制及能量管理系统获取的信息，判定所述交流供电配置结构或其所连接的功能站出现故障时，切断故障点。

9.根据权利要求8所述的柔性变电站，其特征在于，

当第一交流电源、第二交流电源及直流电源均故障时，所述电网调度系统发出调度储能站命令，所述协调控制及能量管理系统根据调度储能站命令，控制一级备用储能单元向所述数据中心供电，当所述一级备用储能单元内电能不足以为所述数据中心供电时，所述电网调度系统控制所述二级备用储能单元向所述数据中心供电；所述一级备用储能单元的储能小于二级备用储能单元的储能。

10.根据权利要求7所述的柔性变电站，其特征在于，

当所述第一外接交流电源故障或第二外接交流电源故障时，电网调度系统发出闭合开关模块命令，协调控制及能量管理系统根据闭合开关模块命令，通过控制所述开关模块闭合，使得第二外接交流电源为所述一体化换流器供电，或第一外接交流电流为整流器供电。

11.根据权利要求7所述的柔性变电站，其特征在于，

当功能站，或数据中心及其局域网，或储能系统出现故障时，协调控制及能量管理系统闭锁故障点所连接的一体化多端口换流器或整流器。

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