CN114846713B - 电力配电网中mv馈线之间的功率传递 - Google Patents

电力配电网中mv馈线之间的功率传递 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于在电力配电网中的中压MV馈线之间传递功率的方法。所述电力配电网包括至少两个MV馈线(Fl，F2，F3，F4)和布置在所述至少两个MV馈线之间的至少两个MV直流(MVDC)链路(MVDC1，MVDC2，MVDC3)。所述方法在控制器(1)中执行并且包括检测到(S100)所述至少两个MV馈线之一中的过载；检查(S110)与所述检测到过载的MV馈线相邻的MV馈线中或连接到所述检测到过载的MV馈线的MVDC链路中的功率余量；在此之后，检查(S120)所连接的MVDC链路中或相邻MV馈线中的功率余量，改变(S130)所连接的MVDC链路的功率设定点以减少检测到的过载；以及在仍然存在部分过载时(S140)检查(S150)与所述检测到过载的MV馈线下一个相邻的MV馈线中或连接到所述检测到过载的MV馈线的下一个MVDC链路中的功率余量，并改变所述下一个连接的MVDC链路的功率设定点以进一步减少剩余过载。还呈现了一种实施所述方法的控制器。

Description

电力配电网中MV馈线之间的功率传递
技术领域
本公开涉及一种用于经由电力配电网中的至少两个MVDC链路在MV馈线之间进行功率传递的方法并且涉及一种用执行所述方法的控制器。
背景技术
在电力配电网中，与常开(NO)开关并联的中压(MV)直流(DC)链路的使用可以用于提高功率容量，通过灵活的电网操作和电压支持减少系统损耗。MVDC链路的主要优点是能够在不闭合NO开关的情况下实现MV馈线之间的功率交换。以这种方式，MVDC链路维持了配电馈线的径向结构。通过MVDC链路进行的可控功率交换提供了用于提高MV馈线系统中的功率容量的方式。
通常经由一个(或多个)变压器向MV配电网馈送来自高压(HV)网络的功率。(多个)变压器通常经由断路器连接到MV母线。进一步地，MV馈线通常也经由断路器连接到MV母线。将功率从HV变换为MV的变电站被称为初级变电站。初级变电站之下的MV馈线段通常由次级变电站之间的电缆段构成。在电缆段的每一侧，开关可用于使电缆段与次级变电站断开连接。这些开关可以是断路器、负载开关或者甚至是简单的隔离开关。进一步地，在次级变电站中，负载要么直接连接在MV级，要么连接在变压器的低压(LV)侧。初级变电站中的断路器以及馈线中的开关是常闭的。MV馈线之间还存在断开的开关。以这种方式，MV配电网可以作为径向网络工作，尽管其是网状的。NO开关通常在故障(例如，电缆段故障)情况下使用。一旦故障的电缆段断开连接，就可以通过闭合NO开关来为故障的电缆段之下的负载提供服务。以这种方式，在正常工作时和在故障情况下均可以维持径向馈线结构。
与NO开关并联的背靠背式MVDC链路的优点是在维持径向馈线结构的同时可以在馈线之间传递可控量的有功功率。在MV馈线正常工作中过载时或在恢复过程期间过载时，在闭合常开开关之后，这可能会有所帮助。
然而，一个问题是如何控制具有多个MV馈线以及这些MV馈线之间的多于一个的MVDC链路的电力配电网的MVDC链路。
发明内容
本发明的一个目的在于，通过改变具有多个MV馈线的电力配电网中的MVDC的功率设定点来控制功率传递。
根据本发明一个方面，呈现了一种用于在电力配电网中的中压(MV)馈线之间传递功率的方法。所述电力配电网包括至少两个MV馈线和布置在所述至少两个MV馈线之间的至少两个MV直流(MVDC)链路。所述方法在控制器中执行并且包括检测到所述至少两个MV馈线之一中的过载；检查与所述检测到过载的MV馈线相邻的MV馈线中或连接到所述检测到过载的MV馈线的MVDC链路中的功率余量；在此之后，检查所连接的MVDC链路中或相邻MV馈线中的功率余量，改变所连接的MVDC链路的功率设定点以减少检测到的过载；以及在仍然存在部分过载时检查与所述检测到过载的MV馈线下一个相邻的MV馈线中或连接到所述检测到过载的MV馈线的下一个MVDC链路中的功率余量，并改变所述下一个连接的MVDC链路的功率设定点以进一步减少剩余过载。
所述过载可以由变电站控制器检测。
可以通过将当前功率与MVDC链路的额定功率进行比较来检查所连接的MVDC链路中的功率余量。
可以通过在所述配电网的初级变电站处进行测量来检查相邻MV馈线中的功率余量。
可以根据所连接的MVDC链路的功率余量来改变已改变的功率设定点，所连接的MVDC链路的功率余量受所述相邻MV馈线的功率余量的限制。
对所连接的MVDC链路中的功率余量的检查可以首先检查状态信号，所述状态信号指示所述MVDC链路是否被用于除减少过载之外的其他目的。
根据本发明的另一方面，呈现了一种用于在电力配电网中的MV馈线之间进行功率传递的控制器。所述控制器被配置为执行所述方法的步骤。
所述控制器可以是被配置为控制所述至少两个MVDC链路之一的MVDC控制器。
所述控制器可以是被配置为控制所述电力配电网中的变电站的变电站控制器。
在配电网中检测到过载时，逐一检查相邻馈线中和所连接的MVDC链路中的功率余量。
可用余量直接用于改变MVDC功率设定点以减少过载。
通常，除非在本文中另外明确定义，否则权利要求中所使用的所有术语都将根据其在技术领域中的普通含义进行解释。除非另外明确声明，否则对“一个/一种/所述元件、设备、部件、装置、步骤等”的所有提及都将被开放地解释为指所述元件、设备、部件、步骤等的至少一个实例。除非明确声明，否则本文所公开的任何方法的步骤都不必完全按照所公开的顺序执行。
附图说明
现在通过举例、参考附图来描述各方面和实施例，在附图中：
图1和图2是示意性地图示了具有四个MV馈线以及布置在这些馈线之间的MVDC的电力配电网的图；
图3至图5是示意性地图示了用于在电力配电网中传递功率的方法的实施例的流程图；
图6和图7是示意性地图示了电力配电网的馈线之间的MVDC构型的实施例的图；
图8是示意性地图示了所呈现的发明的概念的图；
图9和图10是示意性地图示了控制逻辑的示例的图；以及
图11是示意性地图示了根据本文所呈现的实施例的控制器的一些部件的图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图对本公开的各方面进行更全面的描述，在附图中，示出了本发明的某些实施例。
然而，这些方面可以以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限制性的；相反，以举例的方式提供这些实施例从而使得本公开将是详尽且完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的所有方面的范围。在整个说明书中，相似的附图标记指代相似的要素。
可以根据MC馈线的负载来改变流经电力配电网中的中压(MV)直流(DC)链路的功率以避免这些MV馈线之一中的过载。结合图1和图2分别图示了两个示例。
图1图示了经由一个(或多个)变压器被馈送以来自高压(HV)网络的功率的MV配电网。(多个)变压器经由断路器(用“x”表示)连接到MV母线。进一步地，MV馈线F1-F4也经由断路器(用“x”表示)连接到MV母线。将功率从HV变换为MV的变电站被称为初级变电站。初级变电站之下的MV馈线段包括次级变电站之间的电缆段。在电缆段的每一侧，布置了开关(用实心正方形表示)从而能够使该电缆段与次级变电站断开连接。这些开关可以是断路器、负载开关或者甚至是简单的隔离开关。进一步地，在次级变电站中，负载要么直接连接在MV级，要么连接在变压器的低压(LV)侧。初级变电站中的断路器x以及馈线中的开关是常闭的。MV馈线之间还存在断开的开关(用空心正方形表示)，即常开(NO)开关。以这种方式，MV配电网可以作为径向网络工作，尽管其是网状的。NO开关在故障(例如，电缆段故障)情况下使用。一旦故障的电缆段断开连接，就可以通过闭合NO开关来为故障的电缆段之下的负载提供服务。以这种方式，在正常工作时和在故障情况下均可以维持径向馈线结构。NO开关是不同馈线之间的MCDC链路的部分，在此，MVDC1布置在馈线F1与F2之间、MVDC2布置在馈线F2与F3之间、MVDC3布置在馈线F3与F4之间。
为了减少图1所示的MV配电网中在馈线F2中检测到的过载，改变MVDC1的功率设定点以将功率从相邻馈线F1传递到馈线F2并改变MVDC2的功率设定点以将功率从相邻馈线F3传递到馈线F2。
为了隔离如图2所示的初级变电站与下一个次级变电站之间馈线F2的上部电缆区段中的故障，通过断开距该次级变电站最近的开关来隔离馈线F2，该开关现在用空心正方形表示。进一步地，闭合MVDC2的NO开关(以实心正方形表示)以实现馈线F3与所隔离馈线F2之间的同步连接。然而，将功率从馈线F3传递到馈线F2导致现在于馈线F3中检测到过载。为了减少馈线F3中检测到的过载，改变MVDC3的功率设定点以将功率从相邻馈线F4传递到馈线F3。
然而，挑战是如何为MVDC链路定义功率设定点，还有如何选择应当使用哪个链路来减少特定过载。接合特定MVDC链路以减少某一过载不应导致(从其输入功率的)另一电缆或馈线出现过载。
由于电力配电网或电网的测量值通信很少(主要是初级变电站的出线馈线处的功率、电压和电流测量值)，因此与全面中心化控制和优化方法(该方法将需要显著改变现有电网的基础设施、自动化和控制)相比，用于决定MVDC功率设定点以提高功率容量的直接方法是有利的。
由于多个MVDC链路连接在电力配电网中的馈线之间，挑战是确定MVDC链路的功率设定点，尤其是在检测到过载时。
根据一方面，参考图3呈现了一种用于在电力配电网中的MV馈线之间传递功率的方法的实施例。该电力配电网包括至少两个MV馈线(在此有四个馈线F1、F2、F3和F4)和布置在该至少两个MV馈线之间的至少两个MVDC链路(在此有三个MVDC链路MVDC1、MVDC2和MVDC3)。该方法在控制器1中执行。在处理框S100中，检测到该至少两个MV馈线之一中的过载。在处理框S110a，检查与检测到过载的MV馈线相邻的MV馈线中的功率余量。在此之后，在处理框S120a中，检查所连接的MVDC链路中的功率余量。在处理框S130a中，改变所连接的MVDC链路的功率设定点以减少检测到的过载。在处理框S140a中，检查已改变的功率设置是否足以消除该过载或者是否仍然存在部分过载。在仍然存在部分过载时，在处理框S150a中，通过重复步骤S110a到S140a来检查同样与检测到过载的MV馈线相邻的另一MV馈线。在处理框S140a中，当不存在过载时，该过程停止。
根据另一方面，参考图4呈现了一种用于在电力配电网中的MV馈线之间传递功率的方法的实施例。该电力配电网包括至少两个MV馈线(在此有四个馈线F1、F2、F3和F4)和布置在该至少两个MV馈线之间的至少两个MVDC链路(在此有三个MVDC链路MVDC1、MVDC2和MVDC3)。该方法在控制器1中执行。在处理框S100中，检测到该至少两个MV馈线之一中的过载。在处理框S110b中，检查所连接的MVDC链路MV中的功率余量。在此之后，在处理框S120b中，检查相邻馈线中的功率余量。在处理框S130b中，改变所连接的MVDC链路的功率设定点以减少检测到的过载。在处理框S140b中，检查已改变的功率设置是否足以消除该过载或者是否仍然存在部分过载。在仍然存在部分过载时，在处理框S150b中，通过重复步骤S110b到S140b来检查另一个连接的MVDC链路(其同样连接到检测到过载的MV馈线)。在处理框S140b中，当不存在过载时，该过程停止。
可以通过初级变电站的出线馈线处的电流或功率测量值或者通过变电站之间的电缆区段中的测量值来检测过载。然后可以向变电站控制器传送检测到的过载。
MVDC链路连接在相邻MV馈线与其中检测到过载的MV馈线之间。根据检查的所连接MVDC和相邻馈线的功率余量来改变功率设定点。只要MVDC链路的可用功率余量在相邻MV馈线的功率余量内，就可以利用MVDC链路的可用功率余量来改变功率设定点。
在初级变电站下游的上部电缆区段(即布置在初级变电站与第一次级变电站之间的电缆区段)进行MV馈线的余量测量，并且MVDC链路的余量被确定为MVDC链路的功率额定值与其当前功率的差。当在MV馈线的上部电缆区段检测到过载时，检查相邻MV馈线中的可用余量并连接MVDC链路以输入功率。如果相邻馈线中的余量不可用或过载仍存在，则检查下一个馈线的可用余量以用于功率输入。
MVDC的可用余量检查可以进一步用于确保所选MVDC未因为例如维护而发生故障或未被用于解决现有的功率容量问题/过载。
在当前电力配电网中，余量测量值通常可在初级变电站控制器中获得。
逐一MV馈线接合方法确保了使用最少数量的MVDC链路来解决过载情形。以这种方式，其他MVDC链路可以用于其他目的。
参考图5呈现了一种用于在如图2所示的电力配电网中的MV馈线之间传递功率的方法的详细示例。
在过程框50(对应于S100)中，检测到MV馈线F2中的功率过载。在过程框51(对应于S110a)中，检查相邻馈线F1中的可用余量。在相邻馈线F1中的余量可用时，在过程框52(对应于S120a)中，检查所连接的MVDC1中的可用余量。在所连接的MVDC1中的余量可用时，在过程框53(对应于S130a)中，改变MVDC1的功率设定点以从馈线F1向馈线F2输入功率。
当根据过程框51或52不存在可用余量时，在过程框55(对应于S110a)中，检查另一相邻馈线F3中的余量的可用性。在相邻馈线F3中的余量可用时，在过程框56(对应于S120a)中，检查所连接的MVDC2中的可用余量。在所连接的MVDC2中的余量可用时，在过程框57(对应于S130a)中，改变MVDC2的功率设定点以从馈线F3向馈线F2输入功率。
当根据过程框55不存在可用余量时，在过程框58(对应于S110a)中，检查另一相邻馈线F4中的余量的可用性。在相邻馈线F4中的余量可用时，在过程框59(对应于S120a)中，检查所连接的MVDC3中的可用余量。在所连接的MVDC3中的余量可用时，在过程框60(对应于S130a)中，改变MVDC3的功率设定点以从馈线F4向馈线F2输入功率。
当根据过程框56、58或69不存在可用余量时，在过程框61中，馈线F2中的负载被断开连接。
当MVDC1或MVDC2的功率设定点已经在过程框53或54中被改变时，在过程框54中检查馈线F2中是否仍存在过载。如果过载仍存在，则该过程返回到过程框51，否则该过程结束。
在一种变型中，基于所连接的MVDC和相邻馈线中的可用余量，预先计算可能的过载支持。预先计算可以是在一定时间间隔之后或网络事件的变化(例如馈线的连接或损耗的变化)之后进行的周期更新。在没有预先计算的情况下，可以使用MVDC功率的最后更新信息来计算余量。该最后更新信息取决于SCADA更新发生的频率。
在一种变型中，如果过载大于来自相邻电缆的可能预先计算的功率支持，则直接屏蔽负载。在过载大于所有相邻MVDC链路和馈线的可用功率输入时，然后从过载的馈线中屏蔽一些负载以减少其负载。
在一种变型中，在检测到过载时，所连接的MVDC自动改变功率设定点。然后来自变电站的过载指示被传送给MVDC控制器，并且MVDC控制器改变功率设定点。替代性地，通过MVDC端子处的电流测量来识别过载。
在一种变型中，馈线的不同区段的额定值是不同的，并且可以在沿着初级变电站下游的馈线的更多地方中进行测量。
在一种变型中，在MVDC控制器中设置MVDC链路的状态信号以指示该MVDC链路被用于例如容量提高的目的以减少检测到的过载。该MVDC控制器可以向变电站控制器传送该状态。这可以避免将相同的MVDC链路用于不同的目的。当该状态信号指示其他目的时，功率余量检查被直接确定为否定。
过载检测可能在故障和涉及闭合常开开关的隔离过程之后。
可以闭合一个NO开关以改变馈线的长度从而将一些负载从一个馈线移位到另一馈线。
在一种变型中，通过变电站处的电流测量来确定过载值，所连接的MVDC链路的功率设定点直接被设定为受电缆额定值限制的MVDC余量。
在一种变型中，可以使用多端子MVDC链路通过所连接的馈线中的可用余量来减少过载，如图6和图7所示。多端子MVDC拓扑为所连接的馈线间的功率分享提供了附加灵活性。
在图6中，三端子MVDC链路MVDC1连接三个MV馈线F1-F3。馈线F1和F2通过包括NO开关的MVDC链路来连接。馈线F1和F2两者均通过MVDC链路连接到馈线F3。馈线F3仅经由NO开关分别连接到馈线F2和F4。三端子MVDC拓扑为所连接的馈线F1-F3间的功率分享提供了附加灵活性。
在图7中，包括MVDC1-3的三端子MVDC电网连接三个MV馈线F1-F3。馈线F1和F2仅通过NO开关来连接。馈线F1-F3经由MVDC电网以三角形耦接的方式连接。三端子MVDC电网的拓扑为所连接的馈线F1-F3间的功率分享提供了附加灵活性。例如，在馈线F2中发生故障的情况下(包括与次级变电站断开连接)，馈线F2中的负载的功率要求可以通过MVDC2和MVDC3分担，而不是仅通过MVDC2分担，其中，转换器额定值有时可能是限制性因素。
根据又一方面，参考图8呈现了用于在电力配电网中经由MVDC链路在MV馈线之间进行功率传递的控制器1的实施例。控制器1被配置为获得馈线的过载指示、所连接的MVDC链路中和相邻馈线中的可用余量。控制器1被配置为基于接收到的信息来改变所连接的MVDC链路的功率设定点以向过载的馈线传递功率。在总可用功率余量不足以消除过载的情况下，可以在过载的电缆区段中执行减载。
初级变电站控制器1a可以检测过载指示并基于相邻馈线中的可用余量改变一个或多个MVDC的功率设定点，这在图9中图示。可以将该功率设定点传送到MVDC链路控制器1b，该链路控制器激活MVDC控制。MVDC控制器1b可以向初级变电站控制器1a发送关于可用MVDC链路的信息。
MVDC控制器1b可以从初级变电站控制器接收过载指示以及相邻馈线的可用功率余量，并且可以在MVDC控制器处计算新的功率设定点，这些在图10中图示。该新的设定点可以出于信息目的与关于可用MVDC链路的信息一起传送回初级变电站控制器1a。
根据另一方面，参考图11呈现了用于经由电力配电网中的MVDC链路在MV馈线之间进行功率传递的控制器1的实施例。控制器1被配置为检测所述至少两个MV馈线之一中的过载；检查与检测到过载的MV馈线相邻的MV馈线中或连接到检测到过载的MV馈线的MVDC链路中的功率余量；在此之后，检查所连接的MVDC链路中或相邻MV馈线中的功率余量，改变所连接的MVDC链路的功率设定点以减少检测到的过载；以及在仍然存在部分过载时检查与检测到过载的MV馈线下一个相邻的MV馈线中或连接到检测到过载的MV馈线的下一个MVDC链路中的功率余量，并改变下一个连接的MVDC链路的功率设定点以进一步减少剩余过载。
图11是示出了控制器1的一些部件的示意图。可以使用能够执行存储在存储器12中的计算机程序14的软件指令的合适中央处理单元、CPU、多处理电路、微控制器、数字信号处理电路、DSP、专用集成电路等中的一个或多个的任何组合来提供处理电路10。该存储器因此可以被视为计算机程序产品12的一部分或形成其一部分。处理电路10可以被配置为执行本文参考图3或图4述描的方法。
该存储器可以是读写存储器、RAM以及只读存储器ROM的任何组合。该存储器还可以包括持久性存储装置，例如，其可以是磁存储器、光学存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何一个或组合。
还可提供采用数据存储器形式的第二计算机程序产品13以例如在处理电路10中执行软件指令期间读取和/或存储数据。该数据存储器可以是读写存储器、RAM以及只读存储器ROM的任何组合，并且还可以包括持久性存储装置，例如，其可以是磁存储器、光学存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何一个或组合。该数据存储器例如可以保存其他软件指令15以提升控制器1的功能。
控制器1可进一步包括输入/输出(I/O)接口11，包括例如用户界面。控制器1可以进一步包括被配置为从其他节点接收信号的接收器和被配置为向其他节点发射信号的发射器。省略了控制器1的他部件以免模糊本文所呈现的概念。
上文已经参考本公开的一些实施例和示例大体上描述了本公开的方面。然而，本领域普通技术人员容易理解的是，除以上公开的实施例之外的其他实施例在由所附专利权利要求限定的本发明的范围内同样是可能的。

Claims (9)

1.一种用于在电力配电网中的中压MV馈线之间的功率传递的方法，所述电力配电网包括多个MV馈线(F1，F2，F3，F4)以及布置为将所述多个MV馈线中的至少一些MV馈线彼此连接的多个MV直流MVDC链路(MVDC1，MVDC2，MVDC3)，所述方法在控制器(1)中执行并且包括：
-检测(S100)所述多个MV馈线中的第一MV馈线的过载；
-检查(S110a，S120a)所述多个MV馈线中的第二MV馈线中的功率余量，所述第二MV馈线与所述第一MV馈线相邻，然后检查所述多个MVDC链路中的第一MVDC链路中的功率余量，所述第一MVDC链路连接到所述第一MV馈线和所述第二MV馈线，或者
-检查(S110b，S120b)所述多个MVDC链路中的第一MVDC链路中的功率余量，然后检查所述多个MV馈线中的第二MV馈线中的功率余量，所述第二MV馈线与所述第一MV馈线相邻，所述第一MVDC链路连接到所述第一MV馈线和所述第二MV馈线；
-改变(S130)所述第一MVDC链路的功率设定点，以减少所检测的过载；接着
-在剩余部分过载的情况下(S140)，检查(S150)所述多个MV馈线中的第三MV馈线中的功率余量，所述第三MV馈线与所述第一MV馈线相邻，或检查所述多个MVDC链路中的第二MVDC链路中的功率余量，所述第二MVDC链路连接到所述第一MV馈线和所述第三MV馈线，并且改变所述第二MVDC链路的功率设定点以进一步减少剩余过载。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述过载由变电站控制器(1a)检测。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，通过将当前功率与所述MVDC链路的额定功率进行比较来检查所述第一MVDC链路或所述第二MVDC链路中的功率余量。
4.如权利要求1或2所述的方法，其中，通过在所述配电网的初级变电站处的测量来检查所述第二MV馈线或所述第三MV馈线中的功率余量。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，根据所述第一MVDC链路或所述第二MVDC链路的功率余量来改变已改变的功率设定点，所述第一MVDC链路或所述第二MVDC链路的功率余量受限于所述第二MV馈线或所述第三MV馈线的功率余量。
6.如权利要求1或2的方法，其中，对所述第一MVDC链路或所述第二MVDC链路中的功率余量的检查首先检查状态信号，所述状态信号指示所述MVDC链路是否被用于除了减少过载之外的其他目的。
7.一种控制器，所述控制器被配置为控制在电力配电网中的多个中压MV馈线之间的功率传递，所述控制器被配置为执行如权利要求1至6中任一项所述的方法。
8.如权利要求7所述的控制器，其中，所述控制器是MVDC控制器。
9.如权利要求7所述的控制器，其中，所述控制器是被配置为控制所述电力配电网中的变电站的变电站控制器(1a)。
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