CN115360713B - 一种厂区互联配电系统的柔性切换方法 - Google Patents

一种厂区互联配电系统的柔性切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种厂区互联配电系统的柔性切换方法，其中，该厂区互联配电系统包括多个AC/DC双向变流器，不同馈线连接的AC/DC双向变流器的AC端之间依次通过第一机械备用联络开关相连，厂区重要负荷馈线对应通过第二机械备用联络开关与厂区各非重要负荷馈线相连，该柔性切换方法包括：实时获取厂区所有馈线中变压器的输出电压；根据各馈线中变压器的输出电压对应判断各馈线中变压器的工作状态，当部分馈线中变压器的输出电压低于设定范围且该部分馈线包括重要负荷馈线时，控制相应第二机械备用联络开关闭合和所有第一机械备用联络开关断开，并对应控制相应馈线中AC/DC双向变流器中功率开关管。本发明能有效提高厂区供电可靠性。

Description

一种厂区互联配电系统的柔性切换方法
技术领域
本发明属于厂区配电网技术领域，更具体地，涉及一种厂区互联配电系统的柔性切换方法。
背景技术
厂区配电系统作为电力系统的重中之重，在实现厂区电源与负载基本连接的同时，也为现代智能电网的建设奠定了基础。对于传统的厂区配电系统而言，随着电力能源的成本在企业产品成本结构中的占比越来越高，为了降低产品电力成本和厂区生产能耗，按照分时电价政策，在计划性调整了不同时段的生产安排后，用电高峰时段负载过重，厂区用电容易出现系统通道负载分配不均的情况，部分生产设备因而经常发生让步停运、耽误生产的问题，使得厂区供电可靠性大为降低。
因此，如何有效提高企业生产中不间断供电是亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种厂区互联配电系统的柔性切换方法，能有效保证企业生产中重要负荷的不间断供电。
为实现上述目的，本发明提供了一种厂区互联配电系统的柔性切换方法，所述厂区互联配电系统包括多个馈线及设置在各馈线中的变压器和AC/DC双向变流器，各馈线中变压器的输入端分别与厂区变电所相连，各馈线中变压器的输出端分别与该馈线中AC/DC双向变流器的AC端和厂区一负荷相连，各馈线中AC/DC双向变流器的AC端之间依次通过第一机械备用联络开关相连，所有馈线中AC/DC双向变流器的DC端共接于低压共直流母线，且厂区重要负荷馈线中变压器的输出端与各非重要负荷馈线中变压器的输出端之间均通过第二机械备用联络开关相连，所述柔性切换方法包括如下步骤：
(1)实时获取厂区所有馈线中变压器的输出电压；
(2)根据各馈线中变压器的输出电压对应判断各馈线中变压器的工作状态，当所有馈线中变压器的输出电压均在设定范围内时，则控制所有第二机械备用联络开关断开，并控制所有第一机械备用联络开关闭合；当部分馈线中变压器的输出电压低于设定范围，且该部分馈线包括重要负荷馈线时，控制相应第二机械备用联络开关闭合和所有第一机械备用联络开关断开，并控制相应馈线中AC/DC双向变流器中功率开关管，完成对重要负荷馈线上的负荷的不间断供电以及厂区内部相应馈线中的功率平衡；
其中，所述相应第二机械备用联络开关为第一重要负荷馈线中变压器的输出端分别与各第一非重要负荷馈线中变压器的输出端之间连接的第二机械备用联络开关，所述第一重要负荷馈线为重要负荷馈线中变压器输出电压低于设定范围的馈线，所述第一非重要负荷馈线为非重要负荷馈线中变压器输出电压在设定范围内的馈线；所述相应馈线为所有重要负荷馈线和所有第一非重要负荷馈线。
在其中一个实施例中，步骤(2)中，所述当所有馈线中变压器的输出电压均在设定范围内时，则控制所有第二机械备用联络开关断开，并控制所有第一机械备用联络开关闭合的步骤之后，还包括如下步骤：
(a)实时获取厂区所有馈线中变压器的输出电流；
(b)根据各馈线中变压器的输出电流，对应计算各馈线中变压器的负荷率和剩余容量；
(c)当部分馈线中变压器的负荷率超过其额定负荷率的80％时，则对应计算其超过部分的负荷率，并控制所有第一机械备用联络开关断开，然后根据超过部分的负荷率以及另一部分馈线中变压器的剩余容量，按照所述另一部分馈线中变压器剩余容量从高到低的顺序，依次控制其馈线上的AC/DC双向变流器和所述部分馈线上的AC/DC双向变流器，完成优先从所述另一部分馈线中剩余容量较多的变压器分别向所述部分馈线上的变压器进行负荷率调度，实现各馈线上的负荷均衡；当所有馈线中变压器的负荷率均对应超过其额定负荷率的80％时，则发出报警信息。
在其中一个实施例中，参与借调的变压器允许调度的最大容量不超过其本身的额定容量，且所借调部分不超过其额定负荷率的80％。
在其中一个实施例中，进行负荷率调度时，参与调度的AC/DC双向变流器以有功调度为主、无功调节为辅的控制方式进行参与借调。
在其中一个实施例中，步骤(c)中，当所述另一部分相应馈线中变压器剩余容量无法满足所述部分相应馈线中变压器的调度需要，则发出报警信息。
在其中一个实施例中，所述低压共直流母线处设有直流接口，所述直流接口用于接入新能源电源。
在其中一个实施例中，所述新能源电源包括光伏电源或储能电源。
本实施例提供的厂区互联配电系统的柔性切换方法，在传统厂区配电系统中加入了柔性互联系统，即加入了机械备用联络开关和AC/DC双向变流器，当厂区重要负荷馈线中的变压器出现供电故障时，控制相应机械备用联络开关Ki闭合，可将供电正常的非重要负荷馈线中变压器输出的电压为重要负荷馈线中的负荷供电，确保对发生供电故障的重要负荷馈线中的负荷供电。同时控制机械备用联络开关S1～Sn-1断开，让相应馈线上AC/DC双向变流器给重要负荷馈线供电，可保证相应机械备用联络开关Ki在开关切换过程中的不间断供电，实现故障情况下的柔性切换，完成对企业生产中重要负荷的持续性供电。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的厂区互联配电系统的电路原理示意图；
图2是本发明一实施例提供的厂区互联配电系统的柔性切换方法的流程图；
图3是本发明一具体实施例提供的厂区互联配电系统的电路原理示意图；
图4是本发明另一具体实施例提供的厂区互联配电系统的电路原理示意图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，传统厂区配电系统由多个馈线及馈线上的变压器组成，各馈线上的变压器的输入端分别与厂区变电所相连，且各馈线上的变压器的输出端对应与厂区一负荷相连。其中，厂区变电所用于将电网的输电电压转换为配电电压，然后分配至各个馈线上的变压器，进行用电分配至厂区各个负荷设备。
为有效提高企业配电网供电可靠性，本发明提供了一种厂区互联配电系统的柔性切换方法，通过对传统厂区配电系统进行改进，并通过改进后的厂区配电系统进行相应控制，从而来提高厂区供电可靠性。
其中，本发明提供的厂区互联配电系统是在传统厂区配电系统的基础上增加了AC/DC双向变流器和机械备用联络开关，如图1所示，该配电系统包括多个馈线(如图1中F1～Fn)及设置在各馈线中的变压器和AC/DC双向变流器(如图1中VSC1～VSCn)，各馈线中变压器的输入端分别与厂区变电所(图1中未示出)相连，各馈线中变压器的输出端分别与该馈线中AC/DC双向变流器的AC端和厂区一负荷相连，各馈线中AC/DC双向变流器的AC端之间依次通过第一机械备用联络开关(如图1中S1～Sn-1)相连，所有馈线中AC/DC双向变流器的DC端共接于低压共直流母线。
且厂区重要负荷馈线中变压器的输出端与各非重要负荷馈线中变压器的输出端之间均通过第二机械备用联络开关(如图1中K1～Km)相连，也即是说，每个重要负荷馈线中变压器的输出端均对应通过机械备用联络开关与各非重要负荷馈线中变压器的输出端相连。
需要说明的是，按照电力系统相关规定，厂区重要负荷馈线指的是与重要负荷相连的馈线，重要负荷是指故障或非正常切除该负荷时，造成重大经济损失或威胁人身安全和造成人员伤亡等，其具体可根据企业实际生产特点进行相应设定。
本发明提供的厂区互联配电系统的控制方法(即柔性切换方法)包括如下步骤S10和步骤S20，详述如下：
S10，实时获取厂区所有馈线中变压器的输出电压。
S20，根据各馈线中变压器的输出电压对应判断各馈线中变压器的工作状态，然后根据各馈线中变压器的工作状态，控制该配电系统中相应AC/DC双向变流器和机械备用联络开关的状态，从而有效提升企业配电供电可靠性。
具体地，当部分馈线中变压器的输出电压低于设定范围，且该部分馈线包括重要负荷馈线时，即重要负荷馈线中的变压器出现供电故障时，控制相应机械备用联络开关Ki闭合和机械备用联络开关S1～Sn-1断开，同时打开相应馈线上的AC/DC双向变流器给重要负荷馈线的不间断供电，实现故障情况下的柔性切换以及厂区内部的功率平衡。
其中，相应第二机械备用联络开关Ki为第一重要负荷馈线中变压器的输出端分别与各第一非重要负荷馈线中变压器的输出端之间连接的第二机械备用联络开关，第一重要负荷馈线为重要负荷馈线中变压器输出电压低于设定范围的馈线，第二非重要负荷馈线为非重要负荷馈线中变压器输出电压在设定范围内的馈线；相应馈线为所有重要负荷馈线和所有第一非重要负荷馈线。
在本实施例中，当重要负荷馈线中的变压器出现供电故障时，控制相应机械备用联络开关Ki的开关状态至闭合状态，可利用供电正常的非重要负荷馈线中变压器输出的电压为重要负荷馈线中的负荷供电，确保对发生供电故障的重要负荷馈线中的负荷供电；但由于机械备用联络开关Ki在开关切换过程中需要一定的时间，所以需控制机械备用联络开关S1～Sn-1断开，让相应馈线上AC/DC双向变流器投入工作，给重要负荷馈线供电，保证相应机械备用联络开关Ki在开关切换过程中的不间断供电，实现故障情况下的柔性切换，从而完成对企业生产中重要负荷的持续性供电。
当所有馈线中变压器的输出电压均在设定范围内时，即所有馈线上的变压器供电正常时，则控制所有机械备用联络开关K1～Km断开，并控制所有机械备用联络开关S1～Sn-1闭合，所有机械备用联络开关S1～Sn-1闭合，使得所有馈线上AC/DC双向变流器不投入工作，进而使得厂区配网中低压共直流母线和各馈线上负荷运行方式维持原状态不变，实现企业级配电网互联系统的无扰动投退，避免对企业级配电网中其他设备的正常运行产生影响。
当所有馈线中变压器的输出电压均低于设定范围时，则发出报警信息，提醒维修人员对厂区变电所进行检修。
本实施例提供的厂区互联配电系统的柔性切换方法，在传统厂区配电系统中加入了柔性互联系统，即加入了机械备用联络开关和AC/DC双向变流器，当厂区重要负荷馈线中的变压器出现供电故障时，控制相应机械备用联络开关Ki闭合，可将供电正常的非重要负荷馈线中变压器输出的电压为重要负荷馈线中的负荷供电，确保对发生供电故障的重要负荷馈线中的负荷供电。同时控制机械备用联络开关S1～Sn-1断开，让相应馈线上AC/DC双向变流器给重要负荷馈线供电，可保证相应机械备用联络开关Ki在开关切换过程中的不间断供电，实现故障情况下的柔性切换，完成对企业生产中重要负荷的持续性供电。
在一个实施例中，上述步骤S20中，当所有馈线中变压器的输出电压均在设定范围内时，则控制所有第二机械备用联络开关断开，并控制所有第一机械备用联络开关闭合的步骤之后，还包括如下步骤：步骤1：实时获取厂区所有馈线中变压器的输出电流。
步骤2：根据各馈线中变压器的输出电流，对应计算各馈线中变压器的负荷率(也称负载率)和剩余容量。
在本实施例中，负荷率又称负载率，可采用本领域负载率的计算公式计算得到，即为0～T时间内平均功率和馈线容量的比值，平均功率由本领域常用的电压和电流的计算方法计算得到；剩余容量可采用本领域剩余容量的计算公式得到，即为馈线限制的容量减去该馈线带的负荷，每个馈线本身能带多少负荷，减去该馈线实际已经待的负荷，就等于剩余容量。
步骤3：当所有馈线中变压器的负荷率均对应低于其额定负荷率的80％时，则继续控制所有第二机械备用联络开关断开，并控制所有第一机械备用联络开关闭合。
当所有馈线中变压器的负荷率均对应超过其额定负荷率的80％时，则发出报警信息，提醒人工干预。
当部分馈线中变压器的负荷率超过其额定负荷率的80％时，则对应计算其超过部分的负荷率，并控制所有第一机械备用联络开关断开，然后根据超过部分的负荷率以及另一部分馈线中变压器的剩余容量，按照另一部分馈线中变压器剩余容量从高到低的顺序，依次控制其馈线上的AC/DC双向变流器和部分馈线上的AC/DC双向变流器，完成优先从另一部分馈线中剩余容量较多的变压器分别向部分馈线上的变压器进行负荷率调度，实现各馈线上的负荷均衡。
本实施例通过AC/DC双向变流器的控制策略，还可有效解决分时电价政策推行下厂区配电系统可靠性差的问题，基于厂区互联配电装置实现母线、馈线间的功率双向流动和能量多向交互，充分利用负荷率较低的馈线功率，提高馈线能量利用率，使系统运行更为经济，大大增加传统厂区配电网生产运行的经济性和可靠性。
以两条馈线为例，如图3所示，馈线F1中的变压器的输出端分别与负荷1、AC/DC双向变流器VSC1的AC端相连，馈线F2中的变压器的输出端分别与负荷2、AC/DC双向变流器VSC2的AC端相连，AC/DC双向变流器VSC1的DC端和AC/DC双向变流器VSC2的DC端相连。其中，馈线F1为非重要负荷馈线，馈线F2为重要负荷馈线。
实时监测这两条馈线中变压器的输出电流，计算该变压器的负荷率和剩余容量，在某一个变压器实际负荷率超过变压器额定负荷率的80％时，计算其超过部分的负荷率，优先从其他剩余容量较多的变压器借调，通过AC/DC双向变流器VSC1和AC/DC双向变流器VSC2控制功率由负荷率较小的一端向负载功率较大的一端流动，提供有功支撑和无功补偿，实现同一母线两段不同馈线的闭环运行和潮流控制，即分担同母线不同馈线的负载压力，实现多条馈线间的负载均衡。
在本实施例中，被借调负荷的馈线变压器，以实际加借调部分不超过额定负荷率的80％为宜。如果一台变压器的剩余容量不够借调时，不足的部分可分配给另外一个有剩余容量的变压器；允许调度的最大容量不得超过其本身的额定kVA容量；当某一馈线变压器实际负荷率超80％，最后一台的剩余容量无法满足调度需要，或所有馈线变压器负荷率都在80％以上时，应发出报警，提醒人工干预。
当某馈线变压器实际负荷率降至80％以下时，该端口退出调节，变换器断开；当所有馈线变压器负荷率都在80％以下工作，所有AC/DC双向变流器均可以不参与有功调节；参与有功调节的AC/DC双向变流器，以有功调度为主，无功调节为辅，以不超过其容量为上限；不参与有功调节的AC/DC双向变流器可以进行无功调节，以变压器回路实际需要和AC/DC双向变流器本身的额定容量为上限；有端口出现故障时，应优先退出调节，屏蔽该端口，报警请求人工干预。
当多条馈线情况时，以图4有四条馈线为例，其中，这四条馈线中F4为重要负荷馈线，F1～F3为非重要负荷馈线。其互联运行状态的柔性切换方法如下：实时检测四条馈线中变压器的输出电流，计算该变压器的负荷率和剩余容量；在某一个变压器实际负荷率超过变压器额定负荷率的80％时，计算其超过部分的负荷，优先从其他剩余容量较多的变压器借调；如果有两台变压器同时过负荷，超过额定负荷率的80％，方法同前；当三台变压器实际负荷率超80％，第四台的剩余容量无法满足调度需要，或四台变压器负荷率都在80％以上时，应发出报警，提醒人工干预；当四台变压器负荷率都在80％以下工作，所有AC/DC双向变流器均可以不参与有功调节；如有端口出现故障时，应优先退出调节，屏蔽该端口，报警请求人工干预。
在一个实施例中，本发明提供的厂区互联配电系统中的低压共直流母线处还可预留直流接口，极大方便企业级配电光伏或储能电源等新能源电源的接入，在末端进行互联，进一步满足中小型企业生产的用电需求和提升其工业生产的可靠性，节约占地且环境友好。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种厂区互联配电系统的柔性切换方法，其特征在于，所述厂区互联配电系统包括多个馈线及设置在各馈线中的变压器和AC/DC双向变流器，各馈线中变压器的输入端分别与厂区变电所相连，各馈线中变压器的输出端分别与该馈线中AC/DC双向变流器的AC端和厂区一负荷相连，各馈线中AC/DC双向变流器的AC端之间依次通过第一机械备用联络开关相连，所有馈线中AC/DC双向变流器的DC端共接于低压共直流母线，且厂区重要负荷馈线中变压器的输出端与各非重要负荷馈线中变压器的输出端之间均通过第二机械备用联络开关相连，所述柔性切换方法包括如下步骤：
(1)实时获取厂区所有馈线中变压器的输出电压；
(2)根据各馈线中变压器的输出电压对应判断各馈线中变压器的工作状态，当所有馈线中变压器的输出电压均在设定范围内时，则控制所有第二机械备用联络开关断开，并控制所有第一机械备用联络开关闭合；当部分馈线中变压器的输出电压低于设定范围，且该部分馈线包括重要负荷馈线时，控制相应第二机械备用联络开关闭合和所有第一机械备用联络开关断开，并控制相应馈线中AC/DC双向变流器中功率开关管，完成对重要负荷馈线上的负荷的不间断供电以及厂区内部相应馈线中的功率平衡；
其中，所述相应第二机械备用联络开关为第一重要负荷馈线中变压器的输出端分别与各第一非重要负荷馈线中变压器的输出端之间连接的第二机械备用联络开关，所述第一重要负荷馈线为重要负荷馈线中变压器输出电压低于设定范围的馈线，所述第一非重要负荷馈线为非重要负荷馈线中变压器输出电压在设定范围内的馈线；所述相应馈线为所有重要负荷馈线和所有第一非重要负荷馈线。
2.根据权利要求1所述的厂区互联配电系统的柔性切换方法，其特征在于，步骤(2)中，所述当所有馈线中变压器的输出电压均在设定范围内时，则控制所有第二机械备用联络开关断开，并控制所有第一机械备用联络开关闭合的步骤之后，还包括如下步骤：
(a)实时获取厂区所有馈线中变压器的输出电流；
(b)根据各馈线中变压器的输出电流，对应计算各馈线中变压器的负荷率和剩余容量；
(c)当部分馈线中变压器的负荷率超过其额定负荷率的80％时，则对应计算其超过部分的负荷率，并控制所有第一机械备用联络开关断开，然后根据超过部分的负荷率以及另一部分馈线中变压器的剩余容量，按照所述另一部分馈线中变压器剩余容量从高到低的顺序，依次控制其馈线上的AC/DC双向变流器和所述部分馈线上的AC/DC双向变流器，完成优先从所述另一部分馈线中剩余容量较多的变压器分别向所述部分馈线上的变压器进行负荷率调度，实现各馈线上的负荷均衡；当所有馈线中变压器的负荷率均对应超过其额定负荷率的80％时，则发出报警信息。
3.根据权利要求2所述的厂区互联配电系统的柔性切换方法，其特征在于，参与借调的变压器允许调度的最大容量不超过其本身的额定容量，且所借调部分不超过其额定负荷率的80％。
4.根据权利要求2所述的厂区互联配电系统的柔性切换方法，其特征在于，进行负荷率调度时，参与调度的AC/DC双向变流器以有功调度为主、无功调节为辅的控制方式进行参与借调。
5.根据权利要求2所述的厂区互联配电系统的柔性切换方法，其特征在于，步骤(c)中，当所述另一部分相应馈线中变压器剩余容量无法满足所述部分相应馈线中变压器的调度需要，则发出报警信息。
6.根据权利要求1所述的厂区互联配电系统的柔性切换方法，其特征在于，所述低压共直流母线处设有直流接口，所述直流接口用于接入新能源电源。
7.根据权利要求6所述的厂区互联配电系统的柔性切换方法，其特征在于，所述新能源电源包括光伏电源或储能电源。
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