CN114204545A - 一种低压四端口柔直系统结构及控制方法 - Google Patents

一种低压四端口柔直系统结构及控制方法 Download PDF

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崇志强
黄旭
吴彬
尚学军
李振斌
马世乾
于光耀
郑骁麟
徐智
魏然
范须露
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Abstract

本发明涉及一种低压四端口柔直系统结构及控制方法，包括一对环网架，均采用花瓣式接线方式；一对环网架之间通过四端口柔直系统连接，该四端口柔直系统的交流侧1、2、3、4端分别连接甲配电站I段母线、乙配电站I段母线、乙配电站II段母线、甲配电站II段母线，四端口直流侧背靠背互连，用于实现甲、乙变电站的花瓣式接线瓣间合环运行方式。本发明在发生故障时，通过切换运行方式即可实现负荷的快速转供，提高供电可靠性。

Description

一种低压四端口柔直系统结构及控制方法
技术领域
本发明属于混合交直流配电网技术领域，尤其是一种低压四端口柔直系统结构及控制方法。
背景技术
配电网上联电网主网架、下联千家万户，不仅是连接主网、各类用户和分布式能源的关键技术，也是建设坚强智能电网的重要组成部分。10kV配电网的运行控制较为简单，尽管10kV配电网采用环网连接方式，但多为单辐射开环运行。随着经济社会的发展和智能电网的逐渐推进，开环运行的弊端正在逐步凸显。开环运行不但影响了供电可靠性的进一步提高，而且无法满足大规模分布式能源的友好接入。
经济发达国家(地区)采用基于配电自动化终端的环网合环网架系统，实现了配电网的合环运行，但是发生故障时，虽可通过联络线实施转供，但仍有秒级的掉电情况发生，不能满足精密加工、半导体制造企业等高敏感性负荷的需求。并且随着分布式能源的发展，此系统无法满足大规模分布式能源的友好接入。
经检索，未发现与本发明相同或相近似的现有技术的文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种低压四端口柔直系统结构及控制方法，在发生故障时，通过切换运行方式即可实现负荷的快速转供，提高供电可靠性。
本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
一种低压四端口柔直系统结构，包括一对环网架，均采用花瓣式接线方式；
其中，甲环网架包括：甲变电站母线、甲配电站内I段母线和乙配电站内I段母线形成环形，所述甲变电站母线、甲配电站内I段母线和乙配电站内 I段母线上分别设有若干开关；
乙环网架包括：乙变电站母线、甲配电站内II段母线和乙配电站内II段母线形成环形，所述乙变电站母线、甲配电站内II段母线和乙配电站内II段母线上分别设有若干开关；
一对环网架之间通过四端口柔直系统连接，该四端口柔直系统的交流侧 1、2、3、4端分别连接甲配电站I段母线、乙配电站I段母线、乙配电站II 段母线、甲配电站II段母线，四端口直流侧背靠背互连，用于实现甲、乙变电站的花瓣式接线瓣间合环运行方式。
而且，所述四端口柔直系统采用基于全控型电力电子器件构成的MMC 电压源换流器，并基于MMC电压源换流器，变换到同一电压等级的直流电压，通过改变MMC电压源换流器输出电压的相角和幅值，从而实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制。
一种低压四端口柔直系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、四端口柔直系统启动馈线均衡控制策略，进行联网控制；
步骤2、在发生故障时，低压四端口柔直系统由联网模式转换为孤岛模式，进行孤岛联网转换控制。
而且，所述步骤1的具体方法为：
四条馈线功率分别为Psj(j＝1,2,3,4)，馈线功率方向以交流系统流入柔直系统为正方向，实时计算四条馈线平均功率
Figure BDA0003360925310000031
四端口柔直系统功率指令分别为Pj＝Pav-Psj(j＝1,2,3,4)，柔直系统功率方向以交流系统流入柔直系统为正方向。四端口柔直系统接收功率指令，改变电压源换流器输出电压的相角和幅值，实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制，使得四端口的功率分别达到指令值Pj(j＝1,2,3,4)，馈线均衡度
Figure BDA0003360925310000032
理论接近100％。
而且，所述步骤2的具体方法为：
四端口柔直系统换流器监测到故障，电源开关跳开，柔直换流器控制保护系统检测到开关分位和失去电源的电流电压频率特征量，快速切换控制方式，由PQ控制方式改变为VF控制方式，独立支撑负载，此过程负荷不失电。
本发明的优点和有益效果：
1、本发明提供一种低压四端口柔直系统结构及控制方法，在不同电源构成的环网中间，采用四端口柔直系统相连，构成一种花瓣式接线瓣间合环网架系统。合环后系统潮流灵活控制，基于馈线均衡控制，协调负载，消除重载风险，提升系统抗干扰能力。同时具备孤岛联网转换功能，线路故障时，柔直端口及相邻负荷失去电源供电，柔直端口由联网模式转换为孤岛模式，相邻负荷由柔直端口支撑，线路故障恢复后，柔直端口及相邻负荷电源恢复供电，柔直端口由孤岛模式转换为联网模式。
2、本发明提供一种低压四端口柔直系统结构及控制方法，可以灵活、快速的调节有功和无功功率，应用于配电系统中有其独特优势，可以方便实现多回交流线路的闭环运行和灵活功率控制。发生故障时，通过切换运行方式即可实现负荷的快速转供，提高供电可靠性。并且具备直流接口，可以满足大规模分布式能源的接入。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的馈线均衡控制方法示意图；
图3是本发明的孤岛联网转换控制方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
一种低压四端口柔直系统结构，如图1至图3所示，包括一对环网架，均采用花瓣式接线方式；
其中，甲环网架包括：甲变电站母线、甲配电站内I段母线和乙配电站内I段母线形成环形，所述甲变电站母线、甲配电站内I段母线和乙配电站内 I段母线上分别设有若干开关；
乙环网架包括：乙变电站母线、甲配电站内II段母线和乙配电站内II段母线形成环形，所述乙变电站母线、甲配电站内II段母线和乙配电站内II段母线上分别设有若干开关；
一对环网架之间(瓣间)通过四端口柔直系统连接，该四端口柔直系统的交流侧1、2、3、4端分别连接甲配电站I段母线、乙配电站I段母线、乙配电站II段母线、甲配电站II段母线，四端口直流侧背靠背互连，最终实现甲、乙变电站的花瓣式接线瓣间合环运行方式。
在本实施例中，所述四端口柔直系统采用基于全控型电力电子器件构成的MMC电压源换流器，并基于MMC电压源换流器，变换到同一电压等级的直流电压，通过改变MMC电压源换流器输出电压的相角和幅值，从而实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制。
在本实施例中，所述四端口柔直系统具备馈线均衡控制，实现负载协调控制，馈线功率不均衡时，启动馈线均衡控制，四端口柔直系统潮流重新分配，解决系统馈线功率不均衡问题，提升系统抗干扰能力和设备绝缘特性。
所述四端口柔直系统具备孤岛联网转换特性，当检测到线路故障时，四端口控制方式由PQ模式转变为VF模式，解决交流进线故障，供电快速恢复问题，提高供电可靠性，线路故障恢复后，柔直端口及相邻负荷电源恢复供电，柔直端口由孤岛模式转换为联网模式。
四端口柔直系统接入合环网架系统可以灵活、快速的调节有功和无功功率，应用于配电系统中有其独特优势，可以方便实现多回交流线路的闭环运行和灵活功率控制。发生故障时，通过切换运行方式即可实现负荷的快速转供，提高供电可靠性。并且具备直流接口，可以满足大规模分布式能源的接入。
一种低压四端口柔直系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、四端口柔直系统启动馈线均衡控制策略，进行联网控制。
所述步骤1的具体方法为：
四条馈线功率分别为Psj(j＝1,2,3,4)，馈线功率方向以交流系统流入柔直系统为正方向，实时计算四条馈线平均功率
Figure BDA0003360925310000051
四端口柔直系统功率指令分别为Pj＝Pav-Psj(j＝1,2,3,4)，柔直系统功率方向以交流系统流入柔直系统为正方向。四端口柔直系统接收功率指令，改变电压源换流器输出电压的相角和幅值，实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制，使得四端口的功率分别达到指令值Pj(j＝1,2,3,4)，馈线均衡度
Figure BDA0003360925310000061
理论接近100％。
步骤2、在发生故障时，低压四端口柔直系统由联网模式转换为孤岛模式，进行孤岛联网转换控制。
所述步骤2的具体方法为：
四端口柔直系统换流器监测到故障，电源开关跳开，柔直换流器控制保护系统检测到开关分位和失去电源的电流电压频率特征量，快速切换控制方式，由PQ控制方式改变为VF控制方式，独立支撑负载，此过程负荷不失电。
故障消失时，开关合上，柔直换流器控制保护系统检测到开关合位和电源恢复的电流电压频率特征量，快速切换控制方式，由VF控制方式改变为 PQ控制方式。由于低压交流系统开关未配置同期装置，柔直端口VF控制时，需通过站间通讯采用其它端口(同一交流母线)的交流电压锁相，解决孤岛转联网过程中因无同期装置的过流问题。
在本实施例中，下面对本发明的一种低压四端口柔直系统的控制方法的处理过程作进一步说明：
A.馈线均衡控制方法
如图2所示，甲配电站I段母线重载，四端口柔直系统启动可启动馈线均衡控制策略，实现系统潮流灵活控制，协调负载。
上述启动馈线均衡控制策略具体是：
馈线均衡控制策略投入之前，四条馈线的进线功率分别为Psj(j＝1,2,3,4)，四端口柔直系统功率分别为Pj(j＝1,2,3,4)，功率方向为交流系统流入柔直系统为正方向。甲配电站I段母线重载，四端口柔直系统启动馈线均衡控制策略，计算四条馈线平均功率
Figure BDA0003360925310000071
四端口柔直系统功率指令分别为Pj＝Pav-Psj(j＝1,2,3,4)。四端口柔直系统接收功率指令，改变电压源换流器输出电压的相角和幅值，实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制，使得四端口的功率分别达到指令值Pj(j＝1,2,3,4)，馈线均衡度
Figure BDA0003360925310000072
理论接近100％。。
B.孤岛联网转换控制方法
如图3所示，当乙变电站母线至甲配电站II段母线处发生故障F，传统合环运行配电网，采用合甲、乙配电站II段母线母联开关，由乙配电站支撑甲配电站II段母线负载，但还是存在负荷短时失去的风险。基于四端口柔直的花瓣式接线瓣间合环网架系统，四端口柔直系统换流器4监测到故障F，CB41 和CB42开关跳开，柔直换流器4控制保护系统检测到CB41、CB42开关分位和失去电源的电流电压频率特征量，快速切换控制方式，由PQ控制方式改变为VF控制方式，独立支撑甲配电站II段母线负载，此过程负荷不失电。故障 F消失时，CB41和CB42开关合上，柔直换流器4控制保护系统检测到CB41、 CB42开关合位和电源恢复的电流电压频率特征量，快速切换控制方式，由VF 控制方式改变为PQ控制方式。由于低压交流系统CB41、CB42未配置同期装置，端口4VF控制时，需通过站间通讯采用端口3(同一交流母线)的交流电压锁相，解决孤岛转联网过程中因无同期装置的过流问题。
需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，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 (5)

1.一种低压四端口柔直系统结构，其特征在于：包括一对环网架，均采用花瓣式接线方式；
其中，甲环网架包括：甲变电站母线、甲配电站内I段母线和乙配电站内I段母线形成环形，所述甲变电站母线、甲配电站内I段母线和乙配电站内I段母线上分别设有若干开关；
乙环网架包括：乙变电站母线、甲配电站内II段母线和乙配电站内II段母线形成环形，所述乙变电站母线、甲配电站内II段母线和乙配电站内II段母线上分别设有若干开关；
一对环网架之间通过四端口柔直系统连接，该四端口柔直系统的交流侧1、2、3、4端分别连接甲配电站I段母线、乙配电站I段母线、乙配电站II段母线、甲配电站II段母线，四端口直流侧背靠背互连，用于实现甲、乙变电站的花瓣式接线瓣间合环运行方式。
2.根据权利要求1所述的一种低压四端口柔直系统结构，其特征在于：所述四端口柔直系统采用基于全控型电力电子器件构成的MMC电压源换流器，并基于MMC电压源换流器，变换到同一电压等级的直流电压，通过改变MMC电压源换流器输出电压的相角和幅值，从而实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制。
3.一种低压四端口柔直系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、四端口柔直系统启动馈线均衡控制策略，进行联网控制；
步骤2、在发生故障时，低压四端口柔直系统由联网模式转换为孤岛模式，进行孤岛联网转换控制。
4.根据权利要求3所述的一种低压四端口柔直系统的控制方法，其特征在于：所述步骤1的具体方法为：
四条馈线功率分别为Psj(j＝1,2,3,4)，馈线功率方向以交流系统流入柔直系统为正方向，实时计算四条馈线平均功率
Figure FDA0003360925300000021
四端口柔直系统功率指令分别为Pj＝Pav-Psj(j＝1,2,3,4)，柔直系统功率方向以交流系统流入柔直系统为正方向；四端口柔直系统接收功率指令，改变电压源换流器输出电压的相角和幅值，实现换流器与系统交换有功及无功的独立控制，使得四端口的功率分别达到指令值Pj(j＝1,2,3,4)，馈线均衡度
Figure FDA0003360925300000022
理论接近100％。
5.根据权利要求3所述的一种低压四端口柔直系统的控制方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：
四端口柔直系统换流器监测到故障，电源开关跳开，柔直换流器控制保护系统检测到开关分位和失去电源的电流电压频率特征量，快速切换控制方式，由PQ控制方式改变为VF控制方式，独立支撑负载，此过程负荷不失电。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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