CN113890120A - 一种基于柔性互联装置的交直流配电系统及能量流动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及本发明提出了一种基于柔性互联装置的交直流配电系统及能量流动方法，包括第一中压交流母线、第二中压交流母线、第一变压器、第二变压器、第一低压交流母线、第二低压交流母线、直流互联线路、第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器、第五断路器、第六断路器、第一柔性互联装置、第二柔性互联装置、第三柔性互联装置、交流负载和直流负载，通过本发明柔性互联装置可根据实际情况改变端口的工作模式实现对故障馈线的闭锁，保证其不受故障区域影响，最大限度维护了配电系统的稳定运行。

Description

一种基于柔性互联装置的交直流配电系统及能量流动方法

技术领域

本发明属于配电系统规划运行的技术领域，尤其是一种基于柔性互联装置的交直流配电系统及能量流动方法。

背景技术

近年来，随着化石能源的不断减少、环境污染日益严重以及社会经济高速发展等多方面的原因，配电系统正面临着许多新问题，因而，科学合理地对配电系统进行建设改造成为当前技术人员所关注的焦点。

现有的配电系统的分析主要分为两类,一类是分析交直流混合配电系统供电能力的主要影响因素，结合当前配电系统结构和设备容量，归纳出合理的交直流混合配电系统建设方案，另一类是基于柔性软开关对配电系统的协调能力，验证柔性软开关接入后对配电系统运行优化的效果，结合建设运行成本，在配电系统最优运行前提下，计算得到柔性软开关在配电系统中的最优接入位置和容量。

综上所述，如何基于柔性互联装置的交直流柔性配电系统，科学合理地结合交直流配电系统和柔性互联装置的优势，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于柔性互联装置的交直流配电系统及能量流动方法，通过柔性互联装置接入配电系统，实现各区域间的柔性互联，构成交直流柔性配电系统。交直流柔性配电系统将更加便于新型直流负荷的接入，实现区域间的能量互济，对负荷提供无功支撑，降低配电系统的电压波动，在配电系统发生区域故障时能够快速实现负荷转供，确保重要负荷的不间断供电，提升配电系统的稳定性与可靠性。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一方面，本发明提出了一种基于柔性互联装置的交直流柔性配电系统，包括第一中压交流母线、第二中压交流母线、第一变压器、第二变压器、第一低压交流母线、第二低压交流母线、直流互联线路、第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器、第五断路器、第六断路器、第一柔性互联装置、第二柔性互联装置、第三柔性互联装置、交流负载和直流负载，

所述交流负载包括第一交流负荷、第二交流负荷、第一重要交流或负荷、第二重要交流或负荷、第三重要交流或负荷的一种或多种，

所述直流负载包括直流负荷、储能系统和分布式电源的一种或多种，

所述第一中压交流母线与所述第一变压器的一次侧连接，所述第一变压器的二次侧与所述第一低压交流母线连接，所述第二中压交流母线与所述第二变压器的一次侧连接，所述第二变压器的二次侧与所述第二低压交流母线连接，

所述第一断路器、第二断路器和第三断路器的一端分别与所述第一低压交流母线连接，所述第一断路器的另一端与第一交流负荷连接，所述第二断路器的另一端与所述第一柔性互联装置的交流端口连接，所述第三断路器的另一端与所述第二柔性互联装置的交流端口连接，

所述第四断路器、第五断路器和第六断路器的一端分别与所述第二低压交流母线连接，所述第四断路器的另一端分别与所述第三柔性互联装置的交流端口和第二交流负荷连接，所述第五断路器和第六断路器的另一端分别连接交流负载，

所述直流互联线路的一端与所述第二柔性互联装置的直流接口连接，另一端与所述第三柔性互联装置的直流接口连接，

所述第一柔性互联装置的交流接口与所述第一重要交流或负荷连接，所述第二柔性互联装置的交流接口与所述第二重要交流或负荷连接，所述第三柔性互联装置的交流接口与所述第三重要交流或负荷连接，

所述直流负荷、储能系统和分布式电源的一种或多种与所述直流互联线路连接；

优选地，所述柔性互联装置两端口柔性软开关；

优选地，所述第一中压交流母线用于提供中压交流电源，所述第一低压交流母线用于提供低压交流电源；

优选地，所述第二中压交流母线用于提供中压交流电源，所述第二低压交流母线用于提供低压交流电源；

优选地，所述第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器、第五断路器和第六断路器用于进行交流保护；

优选地，所述直流互联线路用于直流设备的接入，所述分布式电源用于在进行直流负荷的电能供应，所述储能系统用于在系统正常运行时的能量调配；

另一方面，一种基于柔性互联装置的交直流柔性配电系统的能量流动方法，当电网正常运行时，所述第一中压交流母线、所述第一变压器、所述第一低压交流母线和所述第一断路器对所述第一交流负荷进行供电，

所述第一中压交流母线、所述第一变压器、所述第一低压交流母线、所述第二断路器和所述第一柔性互联装置对所述第一交流或负荷和所述直流负载进行供电，

所述第一中压交流母线、所述第一变压器、所述第一低压交流母线、所述第三断路器和所述第二柔性互联装置对所述第二重要交流或负荷和所述直流互联电路进行供电，

所述第二中压交流母线、所述第二变压器、所述第二低压交流母线和所述第四断路器对所述第三柔性互联装置和所述第二交流负荷进行供电，所述第三柔性互联装置对所述第三重要交流或负荷进行供电，

所述第二中压交流母线、所述第二变压器、所述第二低压交流母线通过所述第五断路器和第六断路器对所述交流负荷进行供电，

所述直流互联电路对所述直流负荷、储能系统和分布式电源的一种或多种进行供电；

优选地，当电网出线故障时，所述第二中压交流母线与所述第二低压交流母线断开，所述分布式电源和所述储能系统通过所述第三柔性互联装置向所述第三重要交流电源或负荷进行供电，待所述第三重要交流电源或负荷恢复供电后，所述第三柔性互联装置依次向所述第二交流负荷和交流负荷进行供电，

当所述分布式电源和所述储能系统不足以向失电区域提供电能时，同时可通过所述第一中压交流母线、第一变压器、第三断路器、第二柔性互联装置和直流互联电路向所述第三柔性互联装置进行供电，所述第三柔性互联装置向所述第三重要交流电源或负荷进行供电，待所述第三重要交流电源或负荷恢复供电后，所述第三柔性互联装置依次向所述第二交流负荷和交流负荷进行供电；

优选地，当电网出线故障时，所述第一中压交流母线与所述第一低压交流母线断开，所述分布式电源和所述储能系统通过所述第二柔性互联装置向失电区域进行供电，所述第二柔性互联装置向所述第二重要交流电源或负荷进行供电，待所述第二重要交流电源或负荷恢复供电后，所述第二柔性互联装置依次向所述第一柔性互联装置和所述第一交流负荷进行供电，所述第一柔性互联装置向所述第一重要交流电源或负荷和直流负荷进行供电，

当所述分布式电源和所述储能系统不足以向失电区域提供电能时，同时可通过所述第二中压交流母线、第二变压器、第四断路器、第三柔性互联装置和直流互联电路向所述第二柔性互联装置进行供电，待所述第二重要交流电源或负荷恢复供电后，所述第二柔性互联装置依次向所述第一柔性互联装置和第一交流负荷进行供电。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明提出的一种基于柔性互联装置的交直流配电系统及能量流动方法，相对于现有技术，通过将柔性互联装置接入配电系统，以使多条馈线间潮流控制，能量多向流动，通过在线路上配置断路器，实现对线路的过流保护，柔性互联装置通过准确控制各端口所连馈线的有功功率交换，并根据需要向各馈线分别提供无功补偿来优化全系统潮流分布，提供了实时精细潮流调节优化能力，能够快速跟踪分布式能源和负荷的动态变化，确保配电系统实时处在优化的运行状态。

2、本发明提出的一种基于柔性互联装置的交直流配电系统及能量流动方法，相对于现有技术，通过柔性互联装置构建直流互联线路，实现直流电源和直流负荷等直流设备的高效接入，当所连其中一条或多条出现故障时，其余馈线所连柔性互联装置的端口可根据实际情况改变端口的工作模式实现对故障馈线的闭锁，保证其不受故障区域影响，最大限度维护了配电系统的稳定运行，实现了交直流混合配电系统的故障隔离。

3、本发明提出的一种基于柔性互联装置的交直流配电系统及能量流动方法，相对于现有技术，可通过柔性互联装置的无功补偿作用降低所连馈线的电压波动，最大程度地保证了负荷的平稳供电，降低了交直流混合配电系统的电压波动，且能够快速实现对故障区域闭锁，通过负荷转供快速将其它馈线电能进行传输，实现故障区负荷的不间断供电。

4、本发明提出的一种基于柔性互联装置的交直流配电系统及能量流动方法，相对于现有技术，直流互联线路为多类型直流负荷提供了即插即用的线路。

附图说明

图1是本发明一种基于柔性互联装置的交直流配电系统的结构图；

图2是本发明一种基于柔性互联装置的交直流配电系统电网异常的结构图；

图3是本发明柔性互联装置的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例一：

本发明提出了一种基于柔性互联装置的交直流柔性配电系统，如图1所示，包括第一中压交流母线、第二中压交流母线、第一变压器、第二变压器、第一低压交流母线、第二低压交流母线、直流互联线路、第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器、第五断路器、第六断路器、第一柔性互联装置、第二柔性互联装置、第三柔性互联装置、交流负载和直流负载，

所述交流负载包括第一交流负荷、第二交流负荷、第一重要交流或负荷、第二重要交流或负荷、第三重要交流或负荷的一种或多种，

所述直流负载包括直流负荷、储能系统和分布式电源的一种或多种，

所述第一中压交流母线与所述第一变压器的一次侧连接，所述第一变压器的二次侧与所述第一低压交流母线连接，所述第二中压交流母线与所述第二变压器的一次侧连接，所述第二变压器的二次侧与所述第二低压交流母线连接，

所述第一断路器、第二断路器和第三断路器的一端分别与所述第一低压交流母线连接，所述第一断路器的另一端与第一交流负荷连接，所述第二断路器的另一端与所述第一柔性互联装置的交流端口连接，所述第三断路器的另一端与所述第二柔性互联装置的交流端口连接，

所述第四断路器、第五断路器和第六断路器的一端分别与所述第二低压交流母线连接，所述第四断路器的另一端分别与所述第三柔性互联装置的交流端口和第二交流负荷连接，所述第五断路器和第六断路器的另一端分别连接交流负载，

所述直流互联线路的一端与所述第二柔性互联装置的直流接口连接，另一端与所述第三柔性互联装置的直流接口连接，

所述第一柔性互联装置的交流接口与所述第一重要交流或负荷连接，所述第二柔性互联装置的交流接口与所述第二重要交流或负荷连接，所述第三柔性互联装置的交流接口与所述第三重要交流或负荷连接，

所述直流负荷、储能系统和分布式电源的一种或多种与所述直流互联线路连接。

在本实施例中，所述柔性互联装置为基于背靠背电压源型换流器的两端口柔性软开关，所述两端口柔性软开关由两组AC-DC双向换流器构成，其中交流馈线与所述双向换流器AC端口连接，直流馈线与所述双向换流器DC端口连接，从而实现各馈线间的互联。

在本实施例中，所述第一中压交流母线用于提供中压交流电源，所述第一低压交流母线用于提供低压交流电源。

在本实施例中，所述第二中压交流母线用于提供中压交流电源，所述第二低压交流母线用于提供低压交流电源。

在本实施例中，所述第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器、第五断路器和第六断路器用于进行交流保护。

在本实施例中，所述直流互联线路用于直流电源和直流负荷等直流设备的高效接入，所述分布式电源用于在系统正常运行时进行直流负荷的电能供应，以就地消纳为目标，减少直流负荷对上级电网电能供应的需求，在分布式电源发电功率较大，满足直流负荷用电需求后仍有电能剩余，则通过储能设备进行电能储存。在系统发生故障时，分布式电源则有限先故障区域进行电能供应，以实现最大的故障负荷供电恢复，所述储能系统用于在系统正常运行时的能量调配，避免电能浪费，同时，在负荷需要时进行电能供应，以达到削峰填谷的作用。在系统故障时，储能系统将优先以故障区域供电恢复为目标，以实现最大的故障负荷供电恢复。

实施例二：

在本实施例中，在交直流混合配电系统正常运行时，上级电网和配网均正常运行，系统中所述三台柔性互联装置将以系统网络损耗最小为优化目标进行系统的潮流调节。

所述第一柔性互联装置的直流端口连接5G基站，所述直流互联线路连接有智慧路灯和直流充电桩，所述第五断路器连接居民照明，所述第六断路器连接区域商业。

下面分两种工况对本发明不同场景下的功率流动方向进行说明，

当电网正常运行时，上级电网输出功率通过所述第一中压交流母线、所述第一变压器、所述第一低压交流母线和所述第一断路器对所述第一交流负荷进行供电；

上级电网输出功率通过所述第一中压交流母线、所述第一变压器、所述第一低压交流母线、所述第二断路器和所述第一柔性互联装置对所述第一交流或负荷和所述5G基站进行供电；所述第一柔性互联装置用于所述第一重要交流或负荷和所述5G基站的潮流调节。

上级电网输出功率通过所述第一中压交流母线、所述第一变压器、所述第一低压交流母线、所述第三断路器和所述第二柔性互联装置对所述第二重要交流或负荷和所述直流互联电路进行供电，

上级电网输出功率通过所述第二中压交流母线、所述第二变压器、所述第二低压交流母线和所述第四断路器对所述第三柔性互联装置和所述第二交流负荷进行供电，所述第三柔性互联装置对所述第三重要交流或负荷进行供电，

上级电网输出功率通过所述第二中压交流母线、所述第二变压器、所述第二低压交流母线和所述第五断路器对所述军民照明进行供电，

上级电网输出功率通过第二中压交流母线、所述第二变压器、所述第二低压交流母线和所述第六断路器对所述区域商业进行供电，

所述直流互联电路对所述智慧路灯、直流充电桩、直流负荷、分布式电源、储能系统进行供电以及之间的潮流调节，所述第一柔性互联装置、第二柔性互联装置和第三柔性互联装置可通过对各端口所连的馈线传输潮流进行时序控制，以网络损耗为优化目标进行各条线路的潮流控制，以实现系统的最低网损。

当电网异常运行时，如图2所示，当所述第二中压交流母线与所述第二低压交流母线断开，首先经故障定位、隔离后形成失电区域，所述失电区域包含所述第二交流负荷、居民照明、区域商业和第三重要交流电源或负荷，此时，所述分布式电源和所述储能系统通过所述第三柔性互联装置向失电区域进行供电，所述第三柔性互联装置优先向所述第三重要交流电源或负荷进行供电，待所述第三重要交流电源或负荷恢复供电后，所述第三柔性互联装置依次向所述第二交流负荷、居民照明和区域商业进行供电，

当所述分布式电源和所述储能系统不足以向失电区域提供电能时，同时可通过所述第一中压交流母线、第一变压器、第三断路器、第二柔性互联装置和直流互联电路向所述第三柔性互联装置进行供电，通过所述第二柔性互联装置和第三柔性互联装置完成负荷转供，对失电区域实现供电；

当所述第一中压交流母线与所述第一低压交流母线断开，首先经故障定位、隔离后形成失电区域，所述失电区域包含所述第一交流负荷、第一重要交流电源或负荷、5G基站和第二重要交流电源或负荷，此时，所述分布式电源和所述储能系统通过所述第二柔性互联装置向失电区域进行供电，所述第二柔性互联装置优先向所述第二重要交流电源或负荷进行供电，待所述第二重要交流电源或负荷恢复供电后，所述第二柔性互联装置依次通过所述第一柔性互联装置和所述第一交流负荷进行供电，所述第一柔性互联装置分别向所述第一重要交流电源或负荷和5G基站进行供电，

当所述分布式电源和所述储能系统不足以向失电区域提供电能时，同时可通过所述第二中压交流母线、第二变压器、第四断路器、第三柔性互联装置和直流互联电路向所述第二柔性互联装置进行供电，待所述第二重要交流电源或负荷恢复供电后，所述第二柔性互联装置依次向所述第一柔性互联装置和第一交流负荷进行供电，所述第三柔性互联装置和第二柔性互联装置完成负荷转供，对失电区域实现供电。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种基于柔性互联装置的交直流柔性配电系统，其特征在于：包括第一中压交流母线、第二中压交流母线、第一变压器、第二变压器、第一低压交流母线、第二低压交流母线、直流互联线路、第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器、第五断路器、第六断路器、第一柔性互联装置、第二柔性互联装置、第三柔性互联装置、交流负载和直流负载，

所述交流负载包括第一交流负荷、第二交流负荷、第一重要交流或负荷、第二重要交流或负荷、第三重要交流或负荷的一种或多种，

所述直流负载包括直流负荷、储能系统和分布式电源的一种或多种，

所述第一中压交流母线与所述第一变压器的一次侧连接，所述第一变压器的二次侧与所述第一低压交流母线连接，所述第二中压交流母线与所述第二变压器的一次侧连接，所述第二变压器的二次侧与所述第二低压交流母线连接，

所述第一断路器、第二断路器和第三断路器的一端分别与所述第一低压交流母线连接，所述第一断路器的另一端与第一交流负荷连接，所述第二断路器的另一端与所述第一柔性互联装置的交流端口连接，所述第三断路器的另一端与所述第二柔性互联装置的交流端口连接，

所述第四断路器、第五断路器和第六断路器的一端分别与所述第二低压交流母线连接，所述第四断路器的另一端分别与所述第三柔性互联装置的交流端口和第二交流负荷连接，所述第五断路器和第六断路器的另一端分别连接交流负载，

所述直流互联线路的一端与所述第二柔性互联装置的直流接口连接，另一端与所述第三柔性互联装置的直流接口连接，

所述第一柔性互联装置的交流接口与所述第一重要交流或负荷连接，所述第二柔性互联装置的交流接口与所述第二重要交流或负荷连接，所述第三柔性互联装置的交流接口与所述第三重要交流或负荷连接，

所述直流负荷、储能系统和分布式电源的一种或多种与所述直流互联线路连接。

2.根据权利要求1所述的基于柔性互联装置的交直流柔性配电系统，其特征在于：所述柔性互联装置两端口柔性软开关。

3.根据权利要求1所述的基于柔性互联装置的交直流柔性配电系统，其特征在于：所述第一中压交流母线用于提供中压交流电源，所述第一低压交流母线用于提供低压交流电源。

4.根据权利要求1所述的基于柔性互联装置的交直流柔性配电系统，其特征在于：所述第二中压交流母线用于提供中压交流电源，所述第二低压交流母线用于提供低压交流电源。

5.根据权利要求1所述的基于柔性互联装置的交直流柔性配电系统，其特征在于：所述第一断路器、第二断路器、第三断路器、第四断路器、第五断路器和第六断路器用于进行交流保护。

6.根据权利要求1所述的基于柔性互联装置的交直流柔性配电系统，其特征在于：所述直流互联线路用于直流设备的接入，所述分布式电源用于在进行直流负荷的电能供应，所述储能系统用于在系统正常运行时的能量调配。

7.一种采用如权利要求1所述的基于柔性互联装置的交直流柔性配电系统的能量流动方法，其特征在于：当电网正常运行时，所述第一中压交流母线、所述第一变压器、所述第一低压交流母线和所述第一断路器对所述第一交流负荷进行供电，

所述第一中压交流母线、所述第一变压器、所述第一低压交流母线、所述第二断路器和所述第一柔性互联装置对所述第一交流或负荷和所述直流负载进行供电，

所述第一中压交流母线、所述第一变压器、所述第一低压交流母线、所述第三断路器和所述第二柔性互联装置对所述第二重要交流或负荷和所述直流互联电路进行供电，

所述第二中压交流母线、所述第二变压器、所述第二低压交流母线和所述第四断路器对所述第三柔性互联装置和所述第二交流负荷进行供电，所述第三柔性互联装置对所述第三重要交流或负荷进行供电，

所述第二中压交流母线、所述第二变压器、所述第二低压交流母线通过所述第五断路器和第六断路器对所述交流负荷进行供电，

所述直流互联电路对所述直流负荷、储能系统和分布式电源的一种或多种进行供电。

8.根据权利要求6所述的基于柔性互联装置的交直流柔性配电系统的能量流动方法，其特征在于：当电网出线故障时，所述第二中压交流母线与所述第二低压交流母线断开，所述分布式电源和所述储能系统通过所述第三柔性互联装置向所述第三重要交流电源或负荷进行供电，待所述第三重要交流电源或负荷恢复供电后，所述第三柔性互联装置依次向所述第二交流负荷和交流负荷进行供电，

当所述分布式电源和所述储能系统不足以向失电区域提供电能时，同时可通过所述第一中压交流母线、第一变压器、第三断路器、第二柔性互联装置和直流互联电路向所述第三柔性互联装置进行供电，所述第三柔性互联装置向所述第三重要交流电源或负荷进行供电，待所述第三重要交流电源或负荷恢复供电后，所述第三柔性互联装置依次向所述第二交流负荷和交流负荷进行供电。

9.根据权利要求6所述的基于柔性互联装置的交直流柔性配电系统的能量流动方法，其特征在于：当电网出线故障时，所述第一中压交流母线与所述第一低压交流母线断开，所述分布式电源和所述储能系统通过所述第二柔性互联装置向失电区域进行供电，所述第二柔性互联装置向所述第二重要交流电源或负荷进行供电，待所述第二重要交流电源或负荷恢复供电后，所述第二柔性互联装置依次向所述第一柔性互联装置和所述第一交流负荷进行供电，所述第一柔性互联装置向所述第一重要交流电源或负荷和直流负荷进行供电，

当所述分布式电源和所述储能系统不足以向失电区域提供电能时，同时可通过所述第二中压交流母线、第二变压器、第四断路器、第三柔性互联装置和直流互联电路向所述第二柔性互联装置进行供电，待所述第二重要交流电源或负荷恢复供电后，所述第二柔性互联装置依次向所述第一柔性互联装置和第一交流负荷进行供电。

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