CN113078635B - 一种多端口背靠背式无缝合环转电装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多端口背靠背式无缝合环转电装置及方法,属于低压配电网合环转电领域,装置具体为串联电压补偿器与并联变换器通过直流耦合电容连接;串联电压补偿器的补偿侧两端分别连接合环开关与一多端口断路器;合环开关的另一侧与另一多端口断路器连接;多端口断路器的端口数目与电源的数目相等;并联电压变换器用于维持共用直流母线电压恒定,对负荷电流进行谐波补偿;其交流侧通过取电断路器并入负荷处取电;串联电压补偿器用于提供补偿电压,调节合环开关输出端电压的幅值和相位;多端口断路器为每一电源所供区域提供多条转供电线路。本发明大大降低了成本,简化了合环转电装置,并能够消除合环冲击电流,提高供电可靠性。

Description

一种多端口背靠背式无缝合环转电装置及方法
技术领域
本发明属于低压配电网合环转电领域,更具体地,涉及一种多端口背靠背式无缝合环转电装置及方法。
背景技术
随着近些年来社会的不断发展和人民生活水平的提高,用户对于电能质量的要求越来越严格。一直以来,供电可靠性都是电能质量的重要指标,为了确保优质的电力资源,各供电单位需严格控制停电次数和停电时间。然而,电网日常检修以及配网扩容施工会造成供电间歇性,配电网合环转电作为一种最常用及有效的手段,发挥着提高供电可靠性的重要作用。
低压配电网一般为多分支、多电源网络结构,转供电操作较为复杂,为保证转供电可靠性,每一电源所供区域均配有连接不同电源所供区域的多条转供电线路,而现有的合环转电装置仅能够为所连接的两个电源所供区域之间的线路实现合环转电操作,因此需要配备大量合环转电装置,导致成本较高、控制步骤繁琐且接线复杂。如果合环前两端母线电压幅值差与相位差较大,合环瞬间将产生较大冲击电流,可能导致保护装置误动,损害电力设备,影响电能质量。并且目前的配电网合环操作通常依靠调度员的经验或是大致估算冲击电流的大小,可能出现合环不成功的情况,这更是降低了供电的可靠性。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种多端口背靠背式无缝合环转电装置及方法,旨在解决现有的合环转电装置仅能够为所连接的两个电源所供区域之间的线路实现合环转电操作,因此需要配备大量合环转电装置,导致成本较高、控制步骤繁琐且接线复杂的问题。
为实现上述目的,一方面,本发明提供了一种多端口背靠背式无缝合环转电装置;包括:两组多端口断路器、旁路断路器、储能模块、合环开关、串联电压补偿器、并联电压变换器和直流耦合电容;
串联电压补偿器的直流侧与并联电压变换器的直流侧通过直流耦合电容相连接;储能模块与并联电压变换器相连;串联电压补偿器的交流侧通过串联耦合变压器串入合环线路中合环开关一侧;串联电压补偿器串入补偿侧两端分别连接合环开关与一多端口断路器;合环开关两端分别连接串联电压补偿器串入补偿侧与另一多端口断路器;两组多端口断路器的数目与电源的数目相等,且多端口断路器靠近电源一侧连接连接负荷接口;两组多端口断路器之间连接旁路断路器;
并联电压变换器用于维持共用直流母线电压恒定,对负荷电流进行谐波补偿;其交流侧通过取电断路器并入负荷处进行取电;串联电压补偿器用于提供补偿电压,改变其输出端电压的幅值和相位,从而实现无缝合环转电;多端口断路器为每一电源所供区域提供多条转供电线路;旁路断路器用于串联电压补偿器的退出操作。
优选地,储能模块为通过取电开关并入的配电网负荷,或直接连接至并联电压变换器的独立储能设备。
优选地,串联电压补偿器包括串联电压变换器和串联耦合变压器;串联耦合变压器的一端串入合环线路中合环开关BK3一侧,另一端连接串联电压变换器;串联电压变换器的直流侧与并联电压变换器的直流侧通过直流耦合电容相连接。
优选地,并联电压变换器和串联电压变换器支持两电平、三电平和五电平结构。
优选地,并联电压变换器和串联电压变换器均采用二极管钳位型三电平变流器。
另一方面,基于上述低压配电网多端口背靠背式无缝合环转电装置,本发明提供了相应的合环方法,包括以下步骤:
将一组多端口断路器连接至转供电线路;且另一组多端口断路器连接至检修线路;
断开旁路断路器后,根据配电网实时测量信号不断调节耦合电压大小,直至合环开关侧输出电压与检修线路负荷侧电压的幅值与相位一致后,关闭合环开关,完成合环过程。
另一方面,基于上述低压配电网多端口背靠背式无缝合环转电装置,本发明提供了相应的转电方法,包括以下步骤:
待合环完成且闭合合环开关后,调节耦合电压使合环电流与被检修侧负荷电流大小相等,且被检修线路电流变为0时,退出被检修线路端电源,完成转电过程。
优选地,转电后背靠背式无缝合环转电装置退出配电网的方法为:持续调节耦合电压
Figure BDA0003009687810000031
直至为零后,闭合旁路断路器,断开取电断路器,无缝合环转电装置退出运行,无缝合环转电过程结束。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:
本发明提供的低压配电网多端口背靠背无缝合环转电装置,采用并联电压变换器与串联电压补偿器配合两组多端口断路器的设计,可用于多电源系统配电网的无缝合环转电操作,相比于现有的合环转电装置仅能够为所连接的两个电源所供区域之间的线路实现合环转电操作,需要配备大量合环转电装置,本发明大大降低了成本,简化了合环转电装置。
本发明提供的合环方法根据配电网实时测量信号不断调节耦合电压大小,直至合环开关侧输出电压与检修线路负荷侧电压的幅值与相位一致后,关闭合环开关,能够消除合环冲击电流,避免因合环冲击电流过大而导致的保护误动、线路或设备过载等风险,摆脱对合环网络等值模型与合环潮流计算准确性的依赖,增加合环转电成功率,提高供电可靠性。
本发明提供的转电方法通过调节耦合电压使合环电流与被检修侧负荷电流大小相等,且此过程中被检修线路电流变为0时,可以实现不停电状态下的转电过程,提高了供电的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的并联电压变换器与串联电压变换器的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的多电源系统配电网与多端口背靠背式无缝合环转电装置的相对位置示意图;
图3是本发明实施例提供的基于多端口背靠背式无缝合环转电装置的合环转电方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提供了一种低压配电网多端口背靠背式无缝合环转电装置,用于多电源系统配电网的无缝合环转电操作,实现转供电操作不停电,消除合环转电过程中的冲击电流。
低压配电网多端口背靠背式无缝合环转电装置包括:两组多端口断路器、旁路断路器、取电开关、合环开关、串联电压补偿器、并联电压变换器和直流耦合电容;
串联电压补偿器的直流侧与并联电压变换器的直流侧通过直流耦合电容相连接;并联电压变换器用于维持共用直流母线电压恒定,对负荷电流进行谐波补偿;其交流侧通过取电断路器并入负荷处进行取电;串联电压补偿器用于提供补偿电压,改变合环开关侧输出端电压的电压的幅值和相位,从而实现无缝合环转电;
串联电压补偿器包括串联电压变换器和串联耦合变压器;串联电压补偿器的交流侧通过串联耦合变压器串入合环线路中合环开关BK3一侧;串联电压补偿器串入补偿侧两端分别连接合环开关BK3与一多端口断路器;合环开关BK3两端分别连接串联电压补偿器串入补偿侧与另一多端口断路器,以实现多电源系统配电网的无缝合环转电操作。
上述低压配电网多端口背靠背式无缝合环转电装置,通过串联接入合环线路实现电压补偿;采用并联电压变换器与串联电压补偿器配合两组多端口断路器的设计,可实现多电源系统配电网的无缝合环转电操作,降低了成本,简化了装备,并消除合环冲击电流,避免因合环冲击电流过大而导致的多种风险,增加了合环转电的成功率,提高了供电可靠性。
为使本发明的上述特征、优点及具体实施方法能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
一种低压配电网多端口背靠背式无缝合环转电装置,包括以下实施例的部分结构或全部结构;即,低压配电网多端口背靠背式无缝合环转电装置包括以下的部分技术特征或全部技术特征。
在实施例中,并联电压变换器与串联电压变换器能够根据需求进行有功功率的交换,但不能进行无功功率的交换,无功功率由并联电压变换器与串联电压变换器分别独立控制,即有功功率可以从并联电压变换器流向串联电压变换器,反之也可以传递,而无功功率的交换则由两个变换器独自与系统进行交换。
图1是并联电压变换器与串联电压变换器采用二极管钳位型三电平变流器拓扑的一个实施例;以串联电压变流器为例,采用了12个可关断功率器件和6个钳位二极管;直流侧接有2个等电容量的电容,用Cdc1、Cdc2表示,每个电容分担相等的电压,钳位二极管的钳位作用使得每个开关器件上承受的电压被限制在一个电容电压上,从而大大减小了开关器件的电压应力。以A相为例,D7和D8是钳位二极管;V13~V16是带有并联二极管的IGBT器件。其中,开关器件V13和V15、V14和V16互补导通。三电平结构能够降低输出电压谐波,提升系统的耐压等级与容量,且降低系统的损耗。本发明中的并联电压变换器和串联电压变换器包括但不限于两电平以及三电平、五电平等多电平结构。
在实施例中,配电网为如图2所示的多电源系统配电网低压配电网。为保证取电可靠性,并联变换器通过多个断路器并入不同负荷处进行取电,以防止某一负荷端无法取电的情况;本发明也支持采用储能装置,并联电压变换器的交流侧从储能装置处取电。考虑到多电源系统的情况,采用两组多端口断路器(用BK5和BK6表示),通过改变断路器的闭合位置实现不同电源系统的合环转电,使得一组无缝合环转电装置可用于整个多电源系统配电网合环转电操作。每组多端口断路器的每一端口均连接至不同的电源馈线,每组多端口断路器的端口数与电源数相等,进行合环转电时,只需将一组多端口断路器闭合至故障或检修电源的馈线,另一组多端口断路器闭合至转供电电源的馈线,即可进行后续操作。两组多端口断路器的设计,使得每一电源所供区域均能配有通过多端口断路器连接的多条转供电线路,从而用一套装置能够实现整个多电源系统配电网的无缝合环转电操作。在本实施例中,两组多端口断路器之间用一旁路断路器连接,旁路断路器用于合环装置退出运行操作,用BK4表示。
如图3所示,当电源S1需要退出运行时,本发明的断路器BK22合上,并联电压变换器并入负荷2处取电,本发明的断路器BK5闭合至端口15,且断路器BK6闭合至端口26,串联电压补偿器向系统注入耦合电压
Figure BDA0003009687810000061
串联电压变换器根据系统实时测量信号,调整串联电压补偿器向电网中注入的补偿电压
Figure BDA0003009687810000062
在控制的调控下,串联电压补偿器在合环开关BK3侧输出电压
Figure BDA0003009687810000063
检测到
Figure BDA0003009687810000064
与负荷1电压
Figure BDA0003009687810000065
的幅值与相位一致后,合上开关BK3,完成合环过程,合环过程无冲击电流。
如图3所示,合环结束后进行转电操作,调节串联电压补偿器向系统注入耦合电压
Figure BDA0003009687810000066
使得
Figure BDA0003009687810000067
与负荷2电压
Figure BDA0003009687810000068
的幅值与相位一致,由此便在合环开关BK3两侧产生电压差,从而产生合环电流
Figure BDA0003009687810000069
通过操作将负荷转至合环线路,根据
Figure BDA00030096878100000610
(其中,Xc为线路等效阻抗)逐渐调节串联电压补偿器向系统注入的耦合电压
Figure BDA0003009687810000071
使得
Figure BDA0003009687810000072
(
Figure BDA0003009687810000073
为负荷1上的电流),此过程中
Figure BDA0003009687810000074
将逐渐减至为0,此时实现了转电过程,将电源S1上的负荷转至电源S2
断开开关BK11,电源S1退出运行。逐渐调节串联电压补偿器向系统注入的耦合电压
Figure BDA0003009687810000075
为零后,闭合旁路断路器BK4,断开取电断路器BK22,无缝合环转电装置退出运行,无缝合环转电过程结束。当需要恢复运行时,操作方法类似。
上述低压配电网多端口背靠背无缝合环转电装置,采用并联电压变换器与串联电压补偿器配合两组多端口断路器的设计,可用于多电源系统配电网的无缝合环转电操作,降低了成本,简化了装置,并能够消除合环冲击电流,避免因合环冲击电流过大而导致的保护误动、线路或设备过载等风险,摆脱对合环网络等值模型与合环潮流计算准确性的依赖,增加合环转电成功率,提高供电可靠性。
本领域的技术人员容易理解,以所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多端口背靠背式无缝合环转电装置,其特征在于,包括:两组多端口断路器、旁路断路器、储能模块、合环开关、串联电压补偿器、并联电压变换器和直流耦合电容;
所述串联电压补偿器的直流侧与所述并联变换器的直流侧通过直流耦合电容连接;所述串联电压补偿器的补偿侧两端分别连接合环开关与一多端口断路器;所述合环开关的另一侧与另一多端口断路器连接;所述多端口断路器的端口数目与电源的数目相等,且多端口断路器靠近配电网电源的一侧连接负荷接口;所述旁路断路器连接在所述两组多端口断路器之间;
所述并联电压变换器用于维持共用直流母线电压恒定,对负荷电流进行谐波补偿;其交流侧通过取电断路器并入负荷处取电;所述串联电压补偿器用于提供补偿电压,调节合环开关输出端电压的幅值和相位,消除合环冲击电流;多端口断路器为每一电源所供区域提供多条转供电线路;所述旁路断路器用于串联电压补偿器的退出操作。
2.根据权利要求1所述的多端口背靠背式无缝合环转电装置,其特征在于,所述储能模块为通过取电开关并入的配电网负荷,或直接连接至并联电压变换器的独立储能设备。
3.根据权利要求1或2所述的多端口背靠背式无缝合环转电装置,其特征在于,所述串联电压补偿器包括串联电压变换器和串联耦合变压器;所述串联耦合变压器串入补偿侧的两端分别连接合环开关一侧和串联电压变换器;所述串联电压变换器的直流侧与并联电压变换器的直流侧通过直流耦合电容相连接。
4.根据权利要求3所述的多端口背靠背式无缝合环转电装置,其特征在于,所述并联电压变换器和所述串联电压变换器支持两电平、三电平和五电平结构。
5.根据权利要求4所述的多端口背靠背式无缝合环转电装置,其特征在于,所述并联电压变换器和所述串联电压变换器均采用二极管钳位型三电平变流器。
6.基于权利要求1所述的多端口背靠背式无缝合环转电装置的合环方法,其特征在于,包括以下步骤:
将一组多端口断路器连接至转供电线路;且另一组多端口断路器连接至检修线路;
断开旁路断路器后,根据配电网实时测量信号不断调节耦合电压大小,直至合环开关侧输出电压与检修线路负荷侧电压的幅值与相位一致后,关闭合环开关,完成合环过程。
7.基于权利要求1所述的多端口背靠背式无缝合环转电装置的转电方法,其特征在于,包括以下步骤:
待合环完成且闭合合环开关后,调节耦合电压使合环电流与被检修侧负荷电流大小相等,且被检修线路电流变为0时,退出被检修线路端电源,完成转电过程。
8.根据权利要求7所述的转电方法,其特征在于,转电完成后背靠背式无缝合环转电装置退出配电网的方法为:持续调节耦合电压直至为零,闭合旁路断路器,断开取电断路器,无缝合环转电装置退出运行。
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