CN115622232A - 一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联系统及方法 - Google Patents

一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联方法及电路，当某配电网台区发生故障时，本系统实现N‑1工况下负荷无缝转供的方法。所述电路应用于配网中两台区或多台区之间的故障或检修工况下的快速转供，台区之间经过AC/DC变换器，并通过直流母线互联，且各台区变压器低压侧通过快速开关与互联系统接口。互联系统中的协调控制装置通过GOOSE网络对快速开关实施快速控制，且快速开关具备高速分闸的特性，可以与AC/DC变换器配合，在监测到因区外或区内故障出现电压、频率暂变时，可高速切断变压器低压侧快速开关并通过柔性互联系统实现负荷快速转供，转供时间小于20毫秒，实现无缝切换，供电可靠性显著提升。

Description

一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联系统及方法
技术领域
本发明属于柔性直流配网技术领域，具体涉及一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联系统及方法。
背景技术
配电台区是电力系统的重要组成部分之一，直接影响地方经济发展和用电负荷生产和生活质量。现阶段低压配电台区大多采用单变压器、单线路供电的形式，可靠性较低，且各台区间供电独立，缺乏统一管控。而台区之间因开环运行并不能分享彼此的剩余容量，导致相邻台区负载率不均衡的情况严重；且当台区发生故障时，不能及时实现负荷转供，需要等外部故障排查完毕后才能恢复供电，停电时间较长，影响企业或居民用电。
低压配电台区间通过柔性直流技术互联，可以在一定程度上提高台区间负荷均衡和能量优化的能力，同时在某台区发生故障时，可以通过负荷转移来提高供电可靠性。台区低压柔性直流互联技术目前已经有工程应用，但是在技术上仍有提高的空间。
首先，台区发生故障时，需要跳开变压器低压侧交流开关。由于传统基于热特性和磁特性机械传动断弧，动作速度慢，在开关断弧之前柔直互联系统已经闭锁离网，无法实现事故工况下的快速转供功能。需要等待开关断开之后，重新启动柔直互联系统并转换AC/DC变换器的工作模式，这样仍然会造成故障台区的负荷存在一定停电时间，不能实现无缝转供。
其次，目前的台区低压柔性直流互联项目中，各个主体设备之间、尤其是协调控制装置与台区智能配变终端之间的控制通讯仍然采用RS485方式，通讯速率慢，信息量小，通讯可靠性低，而且扩建不方便，不满足柔性直流互联系统快速控制的要求。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联系统及方法。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联系统，包括N个接入直流母线的台区电路及一个柔性互联协调控制装置；其中，每个台区电路包括快速开关、智能配变终端、AC/DC变换器、变压器以及第一、第二、第三断路器；其中变压器作为台区电路的输入端，变压器的低压侧与快速开关连后接入台区交流母线，台区交流母线的一端连接第一断路器后接入外部负载；台区交流母线的另一端连接第二断路器后接入AC/DC变换器，AC/DC变换器连接第三断路器后接入直流母线。
优选地，所述柔性互联协调控制装置、各台区AC/DC变换器、配置于各个台区变压器低压侧的快速开关、配置于各个台区变压器的智能配变终端均配备GOOSE网络接口，并接到高速网络交换机组成GOOSE网络，GOOSE网络介质为光纤或以太网。
优选地，所述快速开关为基于晶闸管或IGBT的电力电子器件，分闸时间不超过10毫秒。
一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联方法，配置于各个台区变压器的智能配变终端采集变压器低压侧的电压电流模拟量信息、交流开关位置信息，并将这些信息通过GOOSE网络传送到柔性互联协调控制装置，柔性互联协调控制装置通过GOOSE网络向各个台区变压器低压侧的快速开关下达分合闸指令，由快速开关执行分合闸操作。
优选地，当柔性互联协调控制装置监测到某台区发生故障时，向故障台区的快速开关发出跳闸指令，快速开关快速分闸，AC/DC变换器切换到交流电压源运行模式，建立故障台区所在的400V交流母线的电压和频率，从而实现其他正常台区对故障台区的快速转供，整体切换时间小于20毫秒。
优选地，所述快速开关本身可具备故障监测功能，当快速开关控制保护单元监测到本台区故障时，直接向快速开关执行机构发出跳闸指令。
优选地，当柔性互联协调控制装置监测到某台区故障恢复时，通过GOOSE网络向故障台区的AC/DC变换器发送快速同期调节指令。若外部电压高于台区电压，则控制AC/DC变换器升压；若外部电压低于台区电压，则控制AC/DC变换器降压；若外部频率高于台区频率，则控制AC/DC变换器升频；若外部频率低于台区频率，则控制AC/DC变换器降频。当满足同期条件时，通过GOOSE网络向快速开关发合闸指令，并将AC/DC变换器切换至功率源模式运行.
优选地，所述快速开关本身具备自动检同期功能，由快速开关向AC/DC变换器发同期调节指令，并完成本台区故障恢复后的自动同期并网。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本申请提供的技术方案中，以快速开关取代常规的交流开关，快速开关依靠其高速分闸的特性，并配合AC/DC变换器的短时低电压穿越功能，使台区故障时AC/DC变换器不停机转供负荷，实现无缝转供，使配电网络的供电可靠性显著提升。
本申请提供的技术方案中，柔性互联协调控制装置、各AC/DC变换器、配置于各个台区变压器低压侧的快速开关、配置于各个台区变压器的智能配变终端等采用GOOSE组网，进一步缩短了负荷转供整体切换时间，并满足快速控制和调节的要求，使配电网络的供电可靠性进一步提升，对现有的配网台区柔性直流互联技术是一种有益的补充。
附图说明
图1为本申请实施例的一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联系统架构示意图；图中100为AD/DC变换器；200为各台区快速开关；300为各台区变压器的智能配变终端；400为柔性互联协调控制装置。
图2、图3为本申请实施例的一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联系统的台区故障时负荷转供流程框图。
图4、图5为本申请实施例的一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联系统的台区故障恢复时同期并网流程框图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
图1为本申请实施例的一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联系统架构示意图。柔性互联系统包括：
柔性互联设备，其主体设备是与各台区交流母线相连的AC/DC变换器100；
各台区快速开关200，其一端连接在各台区变压器低压侧，另一端连接在各台区低压侧交流母线；
配置于各个台区变压器的智能配变终端300，用于采集各台区的电压电流模拟量和开关位置信息；
柔性互联协调控制装置400，接受来自各智能配变终端300的信息，并根据协调控制策略对各AC/DC变换器100、各快速开关200等设备进行调节或控制。
各AC/DC变换器100、各快速开关200、各智能配变终端300、柔性协调控制装置400之间的控制通讯采用GOOSE组网，网络介质为光纤或以太网。
如图2所示，根据一些实施例，所述的台区无缝转供柔性互联系统，当柔性互联协调控制装置监测到某台区区外或区内发生故障时，向故障台区的快速开关发出跳闸指令，快速开关的跳闸时间不超过10毫秒，由于连接故障台区的AC/DC变换器具有低电压穿越特性，AC/DC变换器在短时内不会因为电压下降而停机，且能在短时内将AC/DC变换器切换到交流电压源运行模式，建立故障台区所在的400V交流母线的电压和频率，从而实现其他正常台区对故障台区的快速转供，整体切换时间小于20毫秒。
如图3所示，根据一些实施例，所述的台区无缝转供柔性互联系统，如果快速开关本身具备故障监测功能，也可以由其本身来完成本台区的故障监测，当快速开关控制保护单元监测到本台区故障时，直接向快速开关执行机构发出跳闸指令。
如图4所示，根据一些实施例，所述的台区无缝转供柔性互联系统，当柔性互联协调控制装置监测到某台区故障恢复时，通过GOOSE网络向故障台区的AC/DC变换器发送快速同期调节指令。若外部电压高于台区电压，则控制AC/DC变换器升压；若外部电压低于台区电压，则控制AC/DC变换器降压；若外部频率高于台区频率，则控制AC/DC变换器升频；若外部频率低于台区频率，则控制AC/DC变换器降频。当满足同期条件时，则通过GOOSE网络向快速开关发合闸指令，并将AC/DC变换器切换至功率源模式运行。
如图5所示，根据一些实施例，所述的台区无缝转供柔性互联系统，如果快速开关本身具备自动检同期功能，也可以由快速开关本身来向AC/DC变换器发同期调节指令，并完成本台区故障恢复后的自动同期并网。
本实施例提供的技术方案，以快速开关取代常规的交流开关，快速开关依靠其高速分闸的特性，并配合AC/DC变换器的短时低电压穿越功能，使台区故障时AC/DC变换器不停机转供负荷，实现无缝转供，使配电网络的供电可靠性显著提升。
本申请实施例提供的技术方案，柔性互联协调控制装置、各AC/DC变换器、配置于各个台区变压器低压侧的快速开关、配置于各个台区变压器的智能配变终端等采用GOOSE组网，进一步缩短了负荷转供整体切换时间，并满足快速控制和调节的要求，使配电网络的供电可靠性进一步提升，对现有的配网台区柔性直流互联技术是一种有益的补充。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联系统，其特征在于，包括N个接入直流母线的台区电路及一个柔性互联协调控制装置；其中，每个台区电路包括快速开关、智能配变终端、AC/DC变换器、变压器以及第一、第二、第三断路器；其中变压器作为台区电路的输入端，变压器的低压侧与快速开关连后接入台区交流母线，台区交流母线的一端连接第一断路器后接入外部负载；台区交流母线的另一端连接第二断路器后接入AC/DC变换器，AC/DC变换器连接第三断路器后接入直流母线。
2.根据权利要求1所述一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联系统，其特征在于，所述柔性互联协调控制装置、各台区AC/DC变换器、配置于各个台区变压器低压侧的快速开关和配置于各个台区变压器的智能配变终端均配备GOOSE网络接口，并接到高速网络交换机组成GOOSE网络，GOOSE网络介质为光纤或以太网。
3.根据权利要求1所述一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联系统，其特征在于，所述快速开关为基于晶闸管或IGBT的电力电子器件，分闸时间不超过10毫秒。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述台区无缝转供柔性互联系统的基于快速开关的台区无缝转供柔性互联方法，其特征在于，配置于各个台区变压器的智能配变终端采集变压器低压侧的电压电流模拟量信息、交流开关位置信息，并将这些信息通过GOOSE网络传送到柔性互联协调控制装置，柔性互联协调控制装置通过GOOSE网络向各个台区变压器低压侧的快速开关下达分合闸指令，由快速开关执行分合闸操作。
5.根据权利要求4所述一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联方法，其特征在于，当柔性互联协调控制装置监测到某台区发生故障时，向故障台区的快速开关发出跳闸指令，快速开关快速分闸，AC/DC变换器切换到交流电压源运行模式，建立故障台区所在的400V交流母线的电压和频率，从而实现其他正常台区对故障台区的快速转供，整体切换时间小于20毫秒。
6.根据权利要求5所述一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联方法，其特征在于，所述快速开关本身可具备故障监测功能，当快速开关控制保护单元监测到本台区故障时，直接向快速开关执行机构发出跳闸指令。
7.根据权利要求4所述一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联方法，其特征在于，当柔性互联协调控制装置监测到某台区故障恢复时，通过GOOSE网络向故障台区的AC/DC变换器发送快速同期调节指令；若外部电压高于台区电压，则控制AC/DC变换器升压；若外部电压低于台区电压，则控制AC/DC变换器降压；若外部频率高于台区频率，则控制AC/DC变换器升频；若外部频率低于台区频率，则控制AC/DC变换器降频；当满足同期条件时，通过GOOSE网络向快速开关发合闸指令，并将AC/DC变换器切换至功率源模式运行。
8.根据权利要求7所述一种基于快速开关的台区无缝转供柔性互联方法，其特征在于，所述快速开关本身具备自动检同期功能，由快速开关向AC/DC变换器发同期调节指令，并完成本台区故障恢复后的自动同期并网。
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