CN113595087A - 一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置，包括一套或多套主机和从机，其中主机输入侧与配电网变压器输出侧连接，输出侧与从机输入侧连接，从机有直流输出端口和交流输出端口，光伏可通过MPPT直接接入直流端口，也可通过光伏逆变器接入交流端口。主机与从机的数量可根据用户容量需求选择。充分利用现有配电线路，无需重新铺设线缆，将交流配电变换为直流配电，显著降低交流配电线路长度，减少线路压降，利用电力电子变换器输出电压可控控制末端电压稳定在一定值上，实现一套装置同时解决末端低电压和光伏并网导致的节点电压升高问题；装置可扩容，便于适应季节性或阶段性的容量变化。

Description

一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置
技术领域
本发明涉及配电网电压治理技术领域，尤其涉及一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置。
背景技术
随着国家经济的迅速发展，高原地区的经济建设得到了迅猛发展，但高原地区农牧区用户分布分散，导致建设时部分台区存在输电线路过长，线路压降过大，末端低电压问题日渐突出，对于普通居民而言，低电压导致无法正常使用大功率电器，用电效率降低，甚至存在一些电机类设备由于低电压而导致堵转损坏的风险。对于电网而言，当传输功率一定时，低电压会导致线路传输的电流增大，变压器损耗和线路损耗增加，输电效率降低，严重时可能会造成线路跳闸。同时由于高原地区得天独厚的优势，光伏发电得到大力发展，在光照充足的时段，日光辐射较强，温度较高，光伏系统电站输出的并网功率增加，输出的并网电压大幅增高，导致弃光率大幅增加，不利于光伏的就地消纳。
目前尚无能同时解决长距离配电导致的末端低电压及光伏并网节点电压升高的解决方案，因此发明一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置尤为重要。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置，基于现有配电网，通过电力电子技术，将传统的交流配电变换为直流配电，利用直流配电损耗低、电力电子变换器输出电压可控、可实现能量双向流动的特点，在无需线路改造的情况下，同时解决长距离配电导致的末端低电压及光伏并网节点电压升高问题。同时还可利用电力电子变换器可双向流动的特点，将光伏发电多余电量回馈电网提升能量利用率。
为实现上述目的，本发明提出了一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置，包括一套或多套主机和从机组成。
主机，安装在10kV/380V变压器500米范围内，根据治理装置状态，用户容量需求，自动在直流配电模式、旁路模式和能量反向馈网模式之间切换，用于将三相交流电升压整流成为直流电，进行长距离配电，或将直流电变换为三相交流电馈网。
从机，安装在用户附近，根据治理装置状态，用户容量需求，自动在直流配电模式、旁路模式和能量反向馈网模式之间切换，用于将直流电逆变成为单相交流电，供用户使用，或将光伏剩余电量变换为直流电，进行长距离配电；
主机的输入侧与配电网变压器输出侧三相交流电连接，输出侧接长距离线缆后与从机的输入侧连接；从机输出侧与用户连接，主机与从机通过载波通信和无线通信方式交互指令与状态信息，两种通信方式相互冗余备份。
进一步地，所述主机包括三相断路器、输入载波模块、ACDC变流模块、直流继电器、旁路继电器、输出载波模块、无线通讯模块以及主控模块，其中：
ACDC变流模块为三相双向变换器，支持能量双向流动。
进一步地，所述从机包括输入断路器、输入载波模块、直流继电器、DCDC变流模块，DCAC变流模块、交流继电器、输出载波模块、输出断路器、无线通讯模块、主控模块、直流输出端口、交流输出端口以及旁路继电器，其中：
直流输出端口，供光伏经MPPT直接接入；
交流输出端口，供用户使用或光伏经光伏逆变器直接接入；
DCDC变流模块，为带高频隔离变压器的双向变换器，支持能量双向流动，变流模块输出可供光伏接入；
DCAC变流模块，为三相双向变换器，支持能量双向流动，采用拓扑可与主机ACDC变流模块拓扑结构一致。
进一步地，所述能量反向馈网模式应用场景为光伏发电量高于用户用电量，多余电量反向馈网，此时能量流动方向为流向电网。
进一步地，所述主机与从机的额定功率可不同，可根据用电拓扑、用户容量需求选择主机与从机的数量，多套主机采用并联方式连接在一起，从机输入端并联，输出端不并联，不工作的主机、从机则处于待机模式。
进一步地，所述直流配电模式，是主机通过电力电子变流技术将交流电升压整流为直流电，并传输至从机，从机通过电子电力逆变技术将直流电逆变成交流电。
进一步地，所述旁路模式，是通过主机与从机的旁路继电器，直接将主机的输入侧与从机的输出侧连接，将主机与从机旁路，用户直接使用三相交流电。
进一步地，所述待机模式，是主机与从机正常连接，但各变流模块不工作或工作于自然整流状态。
本发明的有益技术效果：通过具备潮流控制能力的末端电压治理装置，充分利用现有配电线路，无需重新铺设线缆，将交流配电变换为直流配电，显著降低交流配电线路长度，减少线路压降，提升末端电压质量；利用电力电子变换器输出电压可控控制末端电压稳定在一定值上，实现一套装置同时解决末端低电压和光伏并网导致的节点电压升高问题；装置可扩容，便于适应季节性或阶段性的容量变化。
附图说明
图1是本发明应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置的整体连接示意图。
图2是本发明应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置的工作模式判断图。
图3是本发明应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置的主机内部结构示意图。
图4是本发明应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置的从机内部结构示意图。
图5(a)是本发明应用于高原地区的具备潮流控制能力的末端电压治理置从机DCDC 模块移相双有源全桥变换器拓扑图。
图5(b)是本发明应用于高原地区的具备潮流控制能力的末端电压治理置从机DCDC 模块谐振型全桥变换器拓扑图。
图6是本发明应用于高原地区的具备潮流控制能力的末端电压治理置的正常启动流程图。
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用以解释本发明，并不限定本发明。
一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置，如图1所示，包括主机和从机两部分，主机安装在变压器侧附近，从机安装在用户侧附近，光伏可经MPPT后直接接入从机直流输出端口也可经光伏逆变器接入光伏交流端口。当工作于直流配电模式时，主机将变压器输出的三相交流电升压整流成为直流电，通过既有配电线路，传送至从机，从机将直流电逆变成为单相交流电，通过既有配电线路，传送至用户。当工作于能量反向馈网模式，光伏经从机变换为直流电经长距离运输后给主机，主机将直流电变换为交流电馈网。根据用户用量及用电拓扑，选择一主三从拓扑结构，光伏经从机1交流输出端口接入光伏，从机2、3不接光伏，各主、从机工作模式如图2所示。
主机内部结构与内部连接方式如图3所示，包括三相断路器、输入载波模块、ACDC变流模块、直流继电器、旁路继电器、输出载波模块、无线通讯模块以及主控模块。
ACDC变流模块承担交流-直流电能变换功能，采用三相全桥两电平拓扑，支持能量双向流动。
从机内部结构及连接方式如图4所示，包括输入断路器、输入载波模块、直流继电器、DCDC变流模块，DCAC变流模块、交流继电器、输出载波模块、输出断路器、无线通讯模块、主控模块以及旁路继电器。
DCDC变流模块承担直流-直流电能变换功能，将DCDC变流模块的输入直流电变换成DCAC变流模块需要的输入直流电，拓扑可采用图5(a)或图5(b)两种拓扑，本实施例采用图5(a)所示拓扑。
DCAC变流模块承担直流-交流电能变换功能，将输入直流电逆变成用户需要的单相交流电，采用单相全桥拓扑结构。
末端电压治理装置的正常启动流程如图6所示：
当闭合从机的输入断路器和输出断路器以及主机的三相断路器后，主机上电自检，判断ACDC变流模块状态正常以及所有继电器均处于断开状态后，闭合旁路继电器。
从机上电自检，并与主机交互状态。
主机确认可以切换至直流供电模式后，断开旁路继电器，从机断电，然后主机闭合直流继电器，并控制ACDC变流模块输出直流电。
从机重新上电自检，并与主机交互状态，确认进入直流配电模式后，闭合直流继电器。
从机控制DCDC变流模块输出直流电，待输出电压稳定后，控制DCAC变流模块输出单相交流电，待启动完成且稳定输出后，闭合交流继电器，系统进入直流配电模式。
当分布式低压配电网末端低电压治理装置处于直流配电运行模式时，如果主机检测到自身故障，分布式低压配电网末端低电压治理装置可以由直流配电模式进入旁路模式：
主机断开直流继电器，从机断电，然后主机闭合旁路继电器。
从机上电自检，并与主机交互状态。当从机确认进入旁路模式后，闭合旁路继电器，系统完成模式切换，进入旁路模式。
一种应用于高原地区的具备潮流控制能力的末端电压治理置安装前家中使用电饭煲后电压由220V降至198V，继续打开抽水泵后，电压降至185V左右，线路压降明显。
安装装置后用户同时启动电饭煲和水泵后，电压为229V，低电压治理效果显著。
一种应用于高原地区的具备潮流控制能力的末端电压治理置安装前光伏发电量过剩后电压由220V升至260V，节点电压升高明显，安装装置后，电压稳定在220V附近，节点电压升高治理效果明显。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置，其特征在于，包括主机和从机，其中：
主机，安装在10kV/380V变压器500米范围内，根据治理装置状态，用户容量需求，自动在直流配电模式、旁路模式和能量反向馈网模式之间切换，用于将三相交流电升压整流成为直流电，进行长距离配电，或将直流电变换为三相交流电馈网；
从机，安装在用户附近，根据治理装置状态，用户容量需求，自动在直流配电模式、旁路模式和能量反向馈网模式之间切换，用于将直流电逆变成为单相交流电，供用户使用，或将光伏剩余电量变换为直流电，进行长距离配电；
主机的输入侧与配电网变压器输出侧三相交流电连接，输出侧接长距离线缆后与从机的输入侧连接；从机输出侧与用户连接，主机与从机通过载波通信和无线通信方式交互指令与状态信息，两种通信方式相互冗余备份。
2.根据权利要求1所述的一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置，其特征在于，所述主机包括三相断路器、输入载波模块、ACDC变流模块、直流继电器、旁路继电器、输出载波模块、无线通讯模块以及主控模块，其中：
ACDC变流模块为三相双向变换器，支持能量双向流动。
3.根据权利要求1所述的一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置，其特征在于，所述从机包括输入断路器、输入载波模块、直流继电器、DCDC变流模块，DCAC变流模块、交流继电器、输出载波模块、输出断路器、无线通讯模块、主控模块、直流输出端口、交流输出端口以及旁路继电器，其中：
直流输出端口，供光伏经MPPT直接接入；
交流输出端口，供用户使用或光伏经光伏逆变器直接接入；
DCDC变流模块，为带高频隔离变压器的双向变换器，支持能量双向流动，变流模块输出可供光伏接入；
DCAC变流模块，为三相双向变换器，支持能量双向流动，采用拓扑可与主机ACDC变流模块拓扑结构一致。
4.根据权利要求1所述的一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置，其特征在于，所述能量反向馈网模式应用于光伏发电量高于用户用电量的情况，将多余电量反向馈网，此时能量流动方向为流向电网。
5.根据权利要求1所述的一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置，其特征在于，所述主机与从机的额定功率可不同，可根据用户容量需求选择主机与从机的数量，多套主机采用并联方式连接在一起，从机输入端并联，输出端不并联，不工作的主机、从机则处于待机模式。
6.根据权利要求1所述的一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置，其特征在于，所述直流配电模式，是主机通过电力电子变流技术将交流电升压整流为直流电，并传输至从机，从机通过电子电力逆变技术将直流电逆变成交流电。
7.根据权利要求1所述的一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置，其特征在于，所述旁路模式，是通过主机与从机的旁路继电器，直接将主机的输入侧与从机的输出侧连接，将主机与从机旁路，用户直接使用三相交流电。
8.根据权利要求1所述的一种应用于高原地区具有潮流控制的末端电压治理装置，其特征在于，所述待机模式，是主机与从机正常连接，但各变流模块不工作或工作于自然整流状态。
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