CN114123181A - 一种配电网柔性合环装置的模式切换控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种配电网柔性合环装置的模式切换控制方法及装置，该方法包括步骤：判断当前工况；若为正常工况，则采用第一切换策略实现不同控制模式的相互切换，所述控制模式包括子模块电容电压控制模式、有功功率控制模式、频率控制模式、无功功率控制模式、以及交流电压控制模式；若为非正常工况，则执行下一步骤；若当前非正常工况为并网交流线路待检修或者并网交流线路检修后待并网，则采用第二切换策略进行模式切换；若当前非正常工况为发生交流故障，则采用第三切换策略进行模式切换。本方面的技术方案，针对不同工况下的配电网实时情况，采用不同的切换策略进行切换，具有较高的可靠性和适应性。

Description

一种配电网柔性合环装置的模式切换控制方法及装置
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及一种配电网柔性合环装置的模式切换控制方法及装置。
背景技术
柔性合环装置安装于传统联络开关处的电力电子装置，取代传统联络开关成为配电网新一代的电力电子设备，该电力电子设备灵活柔性潮流调控技术，实现配电网联络馈线间潮流优化和负载均衡；柔性合环装置可实现负荷快速转供，同时不依赖于倒闸重构操作，避免了倒闸操作造成的供电安全隐患。当变电站一个电源发生故障时，通过故障穿越策略对负荷进行不间断连续供电。随着电力电子器件成本的降低及以柔性合环装置为代表的电力电子装置技术的成熟，其应用已在电网中日益普遍。柔性合环装置一端交流电网发生故障，导致控制目标需求变化时，柔性合环装置及时作出调整，快速改变控制方式。而现有技术中缺乏柔性合环装置进行模式切换的有效控制方法。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种配电网柔性合环装置的模式切换控制方法及装置，针对不同工况下的配电网实时情况，采用不同的切换策略进行切换，具有较高的可靠性和适应性。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种配电网柔性合环装置的模式切换控制方法，包括步骤：
判断当前工况；若为正常工况，则采用第一切换策略实现不同控制模式的相互切换，所述控制模式包括子模块电容电压控制模式、有功功率控制模式、频率控制模式、无功功率控制模式、以及交流电压控制模式；若为非正常工况，则执行下一步骤；
若当前非正常工况为并网交流线路待检修或者并网交流线路检修后待并网，则采用第二切换策略进行模式切换；
若当前非正常工况为发生交流故障，则采用第三切换策略进行模式切换。
进一步的，所述第一切换策略包括外环控制方式平滑切换策略；
所述外环控制方式平滑切换策略用于将模式切换前的电流内环指令值传递至模式切换后的外环控制器输出。
进一步的，所述外环控制方式平滑切换策略包括：
接收控制模式指令输入；
判断当前工作模式和所接收的控制模式指令中的工作模式是否一致，若一致，则保持当前工作模式不变；若不一致，则将当前工作模式切换为所接收的控制模式指令中的工作模式；
对所切换的工作模式对应的PI控制器，将积分初始值和PI控制器的输出值进行初始化赋值，所述赋值为上一个控制周期的内环电流参考值；
将所切换的工作模式对应的PI控制器输出作为内环电流控制器的参考值，以完成所述切换。
进一步的，所述第二切换策略包括计划性联网与孤岛切换策略；
所述计划性联网与孤岛切换策略用于实现联网运行模式与孤岛运行模式之间的切换策略。
进一步的，所述计划性联网与孤岛切换策略中，联网运行模式切换为孤岛运行模式包括：
比较所述柔性合环装置传输功率PSNOP与负荷吸收功率PLoad的大小；
若PLoad＝PSNOP，则断开交流断路器，从联网运行模式切换为孤岛运行模式；若PLoad>PSNOP，则将多余的负荷切除后，返回上一步骤重新比较功率大小。
进一步的，若PLoad＝PSNOP，还包括：
若所述柔性合环装置不为定功率控制，则将其切换为定功率控制后执行切换操作。
进一步的，所述计划性联网与孤岛切换策略中，孤岛运行模式切换为联网运行模式包括：
对配电网交流电压幅值和交流相位/频率进行同步；
判断是否满足以下合闸条件：
Figure BDA0003372207600000031
其中，Δu为孤岛交流电压与配电网交流电压幅值的差值，Δf为孤岛交流电压与配电网交流电压频率的差值，Δθ为孤岛交流电压与配电网交流电压相位的差值；Ug为配电网交流电压幅值的最大值，fg为配电网交流电压频率的最大值，θ为配电网交流电压相位的最大值；
若满足，则合闸交流断路器，从孤岛运行模式切换为联网运行模式；若不满足，则返回该步骤重新判断。
进一步的，所述第三切换策略包括非计划性联网与孤岛切换策略；
所述非计划性联网与孤岛切换策略用于配电网被动由联网运行模式切换为孤岛运行模式。
进一步的，所述非计划性联网与孤岛切换策略包括：
当检测到孤岛状态时，启动联网运行模式向孤岛运行模式切换；
对配电网交流相位和频率进行接管控制；
将联网运行模式切换为孤岛运行模式。
根据本发明的另一个方面，提供了一种配电网柔性合环装置的模式切换控制装置，包括第一切换策略判断模块、第二切换策略判断模块和第三切换策略判断模块；
所述第一切换策略判断模块，用于当前工况为正常工况时，采用第一切换策略实现不同控制模式的相互切换，所述控制模式包括子模块电容电压控制模式、有功功率控制模式、频率控制模式、无功功率控制模式、以及交流电压控制模式；
所述第二切换策略判断模块，用于当前工况为非正常工况且为并网交流线路待检修或者并网交流线路检修后待并网，采用第二切换策略进行模式切换；
所述第三切换策略判断模块，用于当前工况为非正常工况且为发生交流故障时，采用第三切换策略进行模式切换。
综上所述，本发明提供了一种配电网柔性合环装置的模式切换控制方法及装置，该方法包括步骤：判断当前工况；若为正常工况，则采用第一切换策略实现不同控制模式的相互切换，所述控制模式包括子模块电容电压控制模式、有功功率控制模式、频率控制模式、无功功率控制模式、以及交流电压控制模式；若为非正常工况，则执行下一步骤；若当前非正常工况为并网交流线路待检修或者并网交流线路检修后待并网，则采用第二切换策略进行模式切换；若当前非正常工况为发生交流故障，则采用第三切换策略进行模式切换。本方面的技术方案，针对不同工况下的配电网实时情况，采用不同的切换策略进行切换，具有较高的可靠性和适应性。
附图说明
图1是本发明实施例配电网柔性合环装置的模式切换控制方法的流程图；
图2是外环控制方式平滑切换策略中有功功率类控制模块切换的流程图；
图3是外环控制方式平滑切换策略中无功功率类控制模块切换的流程图；
图4是计划性联网与孤岛切换策略中，联网运行模式切换为孤岛运行模式的流程图；
图5是计划性联网与孤岛切换策略中，孤岛运行模式切换为联网运行模式的流程图；
图6是非计划性联网与孤岛切换策略的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
柔性合环装置安装于传统联络开关处的电力电子装置，取代传统联络开关成为配电网新一代的电力电子设备。柔性合环装置通常具备如下功能：
有功调度功能：当设备两侧均为有源系统时，设备应能够完成有功功率的双向控制，实现有功功率调度；
无功支撑功能：设备两侧电网有无功需求或者负荷突增或突减而导致电压出现波动时，应能够提供一定的无功功率，对交流电压进行支撑；
孤岛供电功能：设备一侧为有源系统、另一侧为无源系统时，能够在无源侧建立稳定的交流电压；
故障转供功能：单侧电网故障后，柔性合环装置应能够实现故障检测，切换运行模式持续为线路进行供电。
柔性合环装置作为连接两个交流电网或者一个交流电网两个末端的纽带，具备功率调度功能实现功率潮流的调节；
柔性合环装置对电网提供无功功率的支持，具备对所连接的交流电网提供无功功率控制的功能，同时柔性合环装置具有有功和无功解耦控制的特性；
柔性合环装置一端交流配电网发生故障而退出时，柔性合环装置实现交流电压接管，并通过另一端为该电网提供功率，具备交流电压控制能力；
柔性合环装置一端交流电网发生故障，导致控制目标需求变化时，柔性合环装置及时作出调整，快速改变控制方式。
下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种配电网柔性合环装置的模式切换控制方法，图1中示出了该方法的流程图，包括如下步骤：
判断当前工况；若为正常工况，则采用第一切换策略实现不同控制模式的相互切换，所述控制模式包括子模块电容电压控制模式、有功功率控制模式、频率控制模式、无功功率控制模式、以及交流电压控制模式；若为非正常工况，则执行下一步骤；
若当前非正常工况为并网交流线路待检修或者并网交流线路检修后待并网，则采用第二切换策略进行模式切换；
若当前非正常工况为发生交流故障，则采用第三切换策略进行模式切换。
其中，第一切换策略包括外环控制方式平滑切换策略、第二切换策略包括计划性联网与孤岛切换策略、第三切换策略包括非计划性联网与孤岛切换策略。以下对上述切换策略分别进行说明。
外环控制方式平滑切换策略用于将模式切换前的电流内环指令值传递至模式切换后的外环控制器输出。外环控制方式平滑切换策略包括如下步骤：
接收控制模式指令输入。控制系统在每个控制周期均读取系统级控制下发给站级控制的控制模式指令，根据模式指令决定是否改变控制模式。
判断当前工作模式和所接收的控制模式指令中的工作模式是否一致，若一致，则保持当前工作模式不变；若不一致，则将当前工作模式切换为所接收的控制模式指令中的工作模式；
对所切换的工作模式对应的PI控制器，将积分初始值和PI控制器的输出值进行初始化赋值，所述赋值为上一个控制周期的内环电流参考值，即之前的控制模式下的内环电流参考值；
将所切换的工作模式对应的PI控制器输出作为内环电流控制器的参考值以完成所述切换。
图2和图3中分别示出了外环控制方式平滑切换策略中有功功率类控制模块切换和无功功率类控制模块切换的流程图。
计划性联网与孤岛切换策略用于实现联网运行模式与孤岛运行模式之间的切换策略。柔性合环装置系统由联网运行模式转为孤岛运行模式，是指柔性合环装置一侧所连接交流电网需要检修退出，此时需要将柔性合环装置系统由联网运行模式转为孤岛运行模式，此时需要首先满足两大控制目标：①电网传输功率降低至零；②柔性合环装置传输功率与负荷吸收功率一致。
在计划性联网与孤岛切换策略中，联网运行模式切换为孤岛运行模式的流程图如图4所示，包括如下步骤：
比较所述柔性合环装置传输功率PSNOP与负荷吸收功率PLoad的大小；
若PLoad＝PSNOP，电网传输功率即基本降低至零，此时即可进行电网分离，控制柔性合环装置传输功率与负荷吸收功率保持一致，可将负荷吸收的功率作为柔性合环装置传输功率的指令值。此时断开交流断路器，从联网运行模式切换为孤岛运行模式。当上述条件满足、交流电网断路器分闸指令发出后，即可启动控制策略的切换，即从并网控制模式平滑切换到孤岛控制模式，切换策略与外环控制方式的平滑切换策略一致。
若PLoad>PSNOP，也就是说，负荷吸收的功率大于柔性合环装置能够传输的功率，则需要将多余的负荷切除，以避免过负荷导致的系统失稳，此时将多余的负荷切除后，返回上一步骤重新比较功率大小。
其中，若PLoad＝PSNOP，还包括步骤：
若所述柔性合环装置不为定功率控制，则将其切换为定功率控制后执行切换操作。
孤岛转联网模式切换为联网控制模式一般都是计划性模式切换，柔性合环装置由孤岛控制模式切换为并网控制模式时，满足柔性合环装置孤岛控制侧交流电压与电网交流电压的幅值、频率和相位一致性条件，才能消除并网暂态冲击，实现平滑切换。在计划性联网与孤岛切换策略中，孤岛运行模式切换为联网运行模式的流程图如图5所示，包括如下步骤：
对配电网交流电压幅值和交流相位/频率进行同步。其中，交流电压幅值同步：当进行孤岛转联网的模式切换时，首先对交流电压幅值进行同步，即保证柔性合环装置孤岛侧交流电压幅值与交流电网并网点交流电压幅值一致，交流电压幅值的同步方案为将交流电网并网点交流电压幅值作为指令值对孤岛侧交流电压进行控制。交流相位/频率同步控制：孤岛控制模式相位和频率是自生成的固定相位和频率，而并网控制模式中的相位和频率是有交流电网电压锁相得到，对孤岛侧交流相位/频率进行同步控制。
判断是否满足以下合闸条件：
Figure BDA0003372207600000081
其中，Δu为孤岛交流电压与配电网交流电压幅值的差值，Δf为孤岛交流电压与配电网交流电压频率的差值，Δθ为孤岛交流电压与配电网交流电压相位的差值；Ug为配电网交流电压幅值的最大值，fg为配电网交流电压频率的最大值，θ为配电网交流电压相位的最大值；
若满足，则合闸交流断路器，从孤岛运行模式切换为联网运行模式；若不满足，则返回该步骤重新判断。
非计划性联网与孤岛切换策略用于配电网被动由联网运行模式切换为孤岛运行模式。非计划性联网与孤岛切换策略的流程图如图6所示，包括以下步骤：
当检测到孤岛状态时，启动联网运行模式向孤岛运行模式切换。孤岛状态检测可以采用被动相位检测法与被动幅值检测法相结合的孤岛检测方法，通过两种被动检测法相结合，可以在不影响电能质量的前提下实现孤岛状态的快速检测。
对配电网交流相位和频率进行接管控制；将联网运行模式切换为孤岛运行模式。在检测到孤岛状态后，实施联网转孤岛的切换策略。首先需要对交流相位和频率进行接管控制。交流相位和频率受接管控制后，将联网运行模式平滑切换至孤岛运行模式。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种配电网柔性合环装置的模式切换控制装置，包括第一切换策略判断模块、第二切换策略判断模块和第三切换策略判断模块；
所述第一切换策略判断模块，用于当前工况为正常工况时，采用第一切换策略实现不同控制模式的相互切换，所述控制模式包括子模块电容电压控制模式、有功功率控制模式、频率控制模式、无功功率控制模式、以及交流电压控制模式；
所述第二切换策略判断模块，用于当前工况为非正常工况且为并网交流线路待检修或者并网交流线路检修后待并网，采用第二切换策略进行模式切换；
所述第三切换策略判断模块，用于当前工况为非正常工况且为发生交流故障时，采用第三切换策略进行模式切换。
本发明该实施例的装置中各模块实现其功能的具体方案与本发明第一个实施例中所述的方法相同，在此不再赘述。
综上所述，本发明涉及一种配电网柔性合环装置的模式切换控制方法及装置，该方法包括步骤：判断当前工况；若为正常工况，则采用第一切换策略实现不同控制模式的相互切换，所述控制模式包括子模块电容电压控制模式、有功功率控制模式、频率控制模式、无功功率控制模式、以及交流电压控制模式；若为非正常工况，则执行下一步骤；若当前非正常工况为并网交流线路待检修或者并网交流线路检修后待并网，则采用第二切换策略进行模式切换；若当前非正常工况为发生交流故障，则采用第三切换策略进行模式切换。本方面的技术方案，针对不同工况下的配电网实时情况，采用不同的切换策略进行切换，具有较高的可靠性和适应性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种配电网柔性合环装置的模式切换控制方法，其特征在于，包括步骤：
判断当前工况；若为正常工况，则采用第一切换策略实现不同控制模式的相互切换，所述控制模式包括子模块电容电压控制模式、有功功率控制模式、频率控制模式、无功功率控制模式、以及交流电压控制模式；若为非正常工况，则执行下一步骤；
若当前非正常工况为并网交流线路待检修或者并网交流线路检修后待并网，则采用第二切换策略进行模式切换；
若当前非正常工况为发生交流故障，则采用第三切换策略进行模式切换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一切换策略包括外环控制方式平滑切换策略；
所述外环控制方式平滑切换策略用于将模式切换前的电流内环指令值传递至模式切换后的外环控制器输出。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述外环控制方式平滑切换策略包括：
接收控制模式指令输入；
判断当前工作模式和所接收的控制模式指令中的工作模式是否一致，若一致，则保持当前工作模式不变；若不一致，则将当前工作模式切换为所接收的控制模式指令中的工作模式；
对所切换的工作模式对应的PI控制器，将积分初始值和PI控制器的输出值进行初始化赋值，所述赋值为上一个控制周期的内环电流参考值；
将所切换的工作模式对应的PI控制器输出作为内环电流控制器的参考值，以完成所述切换。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二切换策略包括计划性联网与孤岛切换策略；
所述计划性联网与孤岛切换策略用于实现联网运行模式与孤岛运行模式之间的切换策略。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计划性联网与孤岛切换策略中，联网运行模式切换为孤岛运行模式包括：
比较所述柔性合环装置传输功率PSNOP与负荷吸收功率PLoad的大小；
若PLoad＝PSNOP，则断开交流断路器，从联网运行模式切换为孤岛运行模式；若PLoad＞PSNOP，则将多余的负荷切除后，返回上一步骤重新比较功率大小。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若PLoad＝PSNOP，还包括：
若所述柔性合环装置不为定功率控制，则将其切换为定功率控制后执行切换操作。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计划性联网与孤岛切换策略中，孤岛运行模式切换为联网运行模式包括：
对配电网交流电压幅值和交流相位/频率进行同步；
判断是否满足以下合闸条件：
Figure FDA0003372207590000021
其中，Δu为孤岛交流电压与配电网交流电压幅值的差值，Δf为孤岛交流电压与配电网交流电压频率的差值，Δθ为孤岛交流电压与配电网交流电压相位的差值；Ug为配电网交流电压幅值的最大值，fg为配电网交流电压频率的最大值，θ为配电网交流电压相位的最大值；
若满足，则合闸交流断路器，从孤岛运行模式切换为联网运行模式；若不满足，则返回该步骤重新判断。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三切换策略包括非计划性联网与孤岛切换策略；
所述非计划性联网与孤岛切换策略用于配电网被动由联网运行模式切换为孤岛运行模式。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述非计划性联网与孤岛切换策略包括：
当检测到孤岛状态时，启动联网运行模式向孤岛运行模式切换；
对配电网交流相位和频率进行接管控制；
将联网运行模式切换为孤岛运行模式。
10.一种配电网柔性合环装置的模式切换控制装置，其特征在于，包括第一切换策略判断模块、第二切换策略判断模块和第三切换策略判断模块；
所述第一切换策略判断模块，用于当前工况为正常工况时，采用第一切换策略实现不同控制模式的相互切换，所述控制模式包括子模块电容电压控制模式、有功功率控制模式、频率控制模式、无功功率控制模式、以及交流电压控制模式；
所述第二切换策略判断模块，用于当前工况为非正常工况且为并网交流线路待检修或者并网交流线路检修后待并网，采用第二切换策略进行模式切换；
所述第三切换策略判断模块，用于当前工况为非正常工况且为发生交流故障时，采用第三切换策略进行模式切换。
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