CN115811128A - 一种中低压柔性互联协调控制系统、方法、设备及介质 - Google Patents

Abstract

一种中低压柔性互联协调控制系统、方法、设备及介质，包括：能量路由器，用于获取中低压柔性互联配电网的信息，并将信息和自身的状态信息上传到协调控制层，并执行本地控制层下发的控制指令；协调控制层，用于将中低压柔性互联配电网的信息上传到能量管理层，并基于能量路由器的状态信息结合能量管理层下发的策略制定控制指令，并将控制指令下发到本地控制层；本地控制层，用于将接收到的控制指令下发到能量路由器中；能量管理层，用于基于协调控制层上传的中低压柔性互联配电网的信息生成策略，并将策略下发给协调控制层。本发明基于协调控制层实现了跨电压馈线及分布式电源间能量协同控制，提高了系统的运行可靠性。

Description

一种中低压柔性互联协调控制系统、方法、设备及介质

技术领域

本发明涉及中低压柔性互联配电网协调控制技术领域，具体讲涉及一种中低压柔性互联协调控制系统、方法、设备及介质。

背景技术

双碳和新型电力系统背景下，随着可再生能源接入、配电网负荷和网架的不断发展，当前配电网合环设计、开环运行的方式，已无法满足调控灵活性的要求，配网柔性互联技术应用前景广泛。目前，配电网柔性互联技术缺少成熟的协调控制系统。

能量路由器（Energy Router）也称能源路由器，是以电能路由器为基本模块，可汇集和管理电、冷、热、燃气、燃油等形式的能源和载能工质，具备能量转化、电能变换、能量传递和路由功能，可实现能源物理系统与信息系统的融合，能与上层系统协调，并控制和管理其接入的多种能源、储能和负荷。

模块化多电平换流器（Modular Multi-Level Converer, MMC）：MMC是一种电压源换流器，每个电压源换流器由若干模块化多电平换流器标准组件串联组成。MMC中的多电平变换拓扑由三相六桥臂构成，每一个桥臂由桥臂电感与若干半桥或全桥子模块串联而成。MMC具备多电平级联结构输出电压谐波含量低、易于电压/功率容量拓展以及故障冗余容错能力强等优点。

双碳和新型电力系统背景下，分布式电源、交直流负荷、储能、电动汽车充换电等大规模可调资源接入配电网，对配电网的结构形态、运行控制和装备技术提出新的挑战。分布式电源和电动汽车等配网可调资源在时间以及空间分布上具备较大的不确定性，大量接入下会严重影响配电网系统内电力潮流的稳定性，进而降低配电网系统的供电可靠性。

目前常规的配电网系统主要是将分布式电源、负载和储能装置(电动汽车可以作为储能装置的特殊载体)组建成多个微电网，并且使每个微电网分别作为配电网系统的受控单元，其中，每个微电网都是相互独立的发配电系统，以此减轻大量分布式电源和电动汽车等接入配电网系统后对系统内电力潮流稳定性的影响。但是，常规的配电网系统主要是采用串并联的方式将每个微电网与其他电网连接，由于串并联方式形成的电力回路无法灵活切换，致使微电网无法充分发挥自身的资源(电源和负载等)参与整个配电网系统的电力潮流调整，仍然无法有效提高配电网系统内电力潮流的稳定性。

柔性多状态开关采用电力电子新技术，如图1所示，是一种安装在配电网中、连接在两条或多条馈线之间，调整馈线间有功功率流动的电力电子装置。与常规开关相比，不仅具备通和断两种状态，而且增加了功率连续可控状态，兼具运行模式柔性切换、控制方式灵活多样等特点，可避免常规开关倒闸操作引起的供电中断、合环冲击等问题。从实现基础而言，与智能柔性开关（也称软开关，包括SNOP、SOP、DC Link）、软常开节点、环网平衡控制器（loop balance controller，LBC）的功能基本相似。但现有技术中采用柔性多状态开关存在如下问题：

（1）柔性多状态开关采用半桥+断路器的拓扑结构，在系统发生故障时，短路电流大，对器件的寿命影响较大。拓扑方式可分为交直交变换与交交变换，前者功率需经两级变换，器件数目多，而后者内部环流复杂，控制难度较高。

（2）柔性多状态开关在运行时，当交流系统馈线发生单相接地短路故障时，故障侧换流器的桥臂产生过电流，功率中包含二倍频分量，导致对侧输出波形发生畸变，同时由于换流器自身保护系统响应速度极快，其与自身控制系统及交流系统的保护系统的保护时限配合容易出现冲突，严重的情形可能会导致换流器过早闭锁，从而进一步致使故障的运行状态更加恶劣，造成大范围停电事故。

发明内容

为解决现有技术中存在的多端口能量路由器柔性互联系统的协调控制问题，本发明提供了一种中低压柔性互联协调控制系统，包括：能量管理层、协调控制层、本地控制层，以及与中低压柔性互联配电网连接的能量路由器；

所述能量路由器，用于获取中低压柔性互联配电网的信息，并将所述中低压柔性互联配电网的信息和自身的状态信息上传到所述协调控制层，并执行所述本地控制层下发的控制指令；

所述协调控制层，用于将所述中低压柔性互联配电网的信息上传到所述能量管理层，并基于所述能量路由器的状态信息结合所述能量管理层下发的策略制定控制指令，并将制定的控制指令下发到所述本地控制层；

所述本地控制层，用于将接收到的控制指令下发到所述能量路由器中；

所述能量管理层，用于基于所述协调控制层上传的中低压柔性互联配电网的信息生成策略，并将所述策略下发给所述协调控制层。

可选的，所述能量路由器包括3个交流端口、3个MMC变换器、一个直流端口和一个DCT变流器；

每个交流端口均通过MMC变换器与中压交流电网连接；

所述直流端口通过所述DCT变流器与低压直流电网连接。

可选的，所述能量管理层包括：本地能量管理系统和本地调度系统；

所述本地能量管理系统，用于在能量路由器正常运行条件下，基于接收的所述协调控制层上传的所述中低压柔性互联配电网的信息生成能量路由器的运行策略，并下发至所述协调控制层；

所述本地调度系统，用于在能量路由器调试和检修时，根据接收的所述协调控制层上传的中低压柔性互联网的信息和设定的控制算法生成能量路由器的运行策略，并将所述运行策略下发至所述协调控制层。

可选的，所述协调控制层包括：测控装置、协调控制装置和交换机；

所述测试装置，用于接收能量路由器上传的中低压柔性互联配电网的信息和所述自身的状态信息；

所述协调控制装置，用于基于所述能量路由器上传的中低压柔性互联配电网的信息和所述自身的状态信息，结合运行策略，制定控制指令，并将所述控制指令传输至所述交换机；

所述交换机，用于将所述控制指令传输至所述本地控制层。

可选的，所述本地控制层包括：MMC控制系统、DCT控制系统和750V直流母线控制系统；

所述MMC控制系统，用于将所述协调控制层下发的交流端口的控制指令传输至所述能量路由器的MMC变换器中；

所述DCT控制系统，用于将所述协调控制层下发的直流端口的控制指令传输至所述能量路由器的DCT交流器中；

所述750V直流母线控制系统，用于当所述能量路由器的直流端口接入新型直流负荷时，将所述协调控制层下发的光伏及储能控制指令下发至所述能量路由器的直流端口；

其中，所述控制指令包括交流端口的控制指令、直流端口的控制指令和光伏及储能控制指令；

所述新型直流负荷包括光伏、储能或充电桩。

可选的，所述MMC控制系统包括：MMC阀控主机装置、MMC阀控保护装置和本地监控装置；

所述MMC阀控主机装置，用于接收协调控制层下发的交流端口的控制指令，通过设定的控制运算产生换流阀的调制脉冲和控制命令，将所述换流阀的调制脉冲传递给所述MMC阀控保护装置，并通过光纤将所述控制命令送往高电位功率模块；

所述MMC阀控保护装置，用于根据换流阀的调制脉冲进行MMC变换器顺序控制和MMC变换器组控制；

所述本地监控装置，用于对MMC变换器的调制脉冲进行采集和存储，并将所述MMC变换器的调制脉冲传输至所述MMC阀控保护装置，同时通过显示器进行监视和控制操作。

可选的，所述DCT控制系统包括：DCT测控装置、DCT控制保护装置和第一交换机；

所述DCT测控装置，用于采集DCT变流器的模拟量及开关量数据，并将采集的模拟量及开关量数据通过第一交换机传输至所述DCT控制保护装置；

所述第一交换机，用于将所述模拟量及开关量数据传输至智能终端，并接收所述智能终端下发的对所述DCT变流器的控制指令，同时将对所述DCT变流器的控制指令转发至所述DCT控制保护装置；

所述DCT控制保护装置，用于基于所述协调控制层下发的直流端口的控制指令或基于所述第一交换机转发的对所述DCT变流器的控制指令结合所述模拟量及开关量数据对DCT变流器进行控制；所述控制包括下述中的一种或多种充电、启动、停机及正常工作时的功率控制。

可选的，所述750V直流母线控制系统包括：750V直流母线测控装置、750V直流母线保护装置和第二交换机；

所述750V直流母线测控装置，用于采集模拟量及开关量数据，并将所述模拟量及开关量数据通过所述第二交换机传输至所述750V直流母线保护装置；

所述第二交换机，用于将所述模拟量及开关量数据传输至智能终端，并接收所述智能终端下发的对光伏及储能运行指令，同时将所述对光伏及储能运行指令转发至所述750V直流母线保护装置；

所述750V直流母线保护装置，用于基于协调控制层下发的光伏及储能运行指令或基于所述第二交换机转发的所述光伏及储能运行指令，结合所述模拟量及开关量数据控制直流端口启或停。

可选的，所述协调控制层还用于从调度接收本地控制指令下发到所述本地控制层；

所述本地控制层还用于将接收到的本地控制指令作为控制指令下发到所述能量路由器中。

再一方面本发明还提供了一种中低压柔性互联协调控制方法，包括：

利用能量路由器获取中低压柔性互联配电网的信息，并将所述中低压柔性互联配电网的信息和自身的状态信息上传到所述协调控制层，并执行所述本地控制层下发的控制指令；

由协调控制层将所述中低压柔性互联配电网的信息上传到所述能量管理层，并基于所述能量路由器的状态信息结合所述能量管理层下发的策略制定控制指令，并将制定的控制指令下发到所述本地控制层；

利用本地控制层将接收到的控制指令下发到所述能量路由器中；

由所述能量管理层基于所述协调控制层上传的中低压柔性互联配电网的信息生成策略，并将所述策略下发给所述协调控制层。

可选的，所述由所述能量管理层基于所述协调控制层上传的中低压柔性互联配电网的信息生成策略，并将所述策略下发给所述协调控制层，包括：

所述能量管理层的本地能量管理系统在能量路由器正常运行条件下，基于接收的所述协调控制层上传的所述中低压柔性互联配电网的信息生成能量路由器的运行策略，并下发至所述协调控制层；

所述能量管理层的本地调度系统在能量路由器调试和检修时，根据接收的所述协调控制层上传的中低压柔性互联网的信息和设定的控制算法生成能量路由器的运行策略，并将所述运行策略下发至所述协调控制层。

可选的，所述由协调控制层将所述中低压柔性互联配电网的信息上传到所述能量管理层，并基于所述能量路由器的状态信息结合所述能量管理层下发的策略制定控制指令，并将制定的控制指令下发到所述本地控制层，包括：

所述协调控制层的测试装置接收能量路由器上传的中低压柔性互联配电网的信息和所述自身的状态信息；

所述协调控制层的协调控制装置基于所述能量路由器上传的中低压柔性互联配电网的信息和所述自身的状态信息，结合运行策略，制定控制指令，并将所述控制指令传输至所述交换机；

所述协调控制层的交换机将所述控制指令传输至所述本地控制层。

可选的，所述利用本地控制层将接收到的控制指令下发到所述能量路由器中，包括：

所述本地控制层的MMC控制系统将所述协调控制层下发的交流端口的控制指令传输至所述能量路由器的MMC变换器中；

所述本地控制层的DCT控制系统将所述协调控制层下发的直流端口的控制指令传输至所述能量路由器的DCT变流器中；

所述本地控制层的750V直流母线控制系统当所述能量路由器的直流端口接入新型直流负荷时，将所述协调控制层下发的光伏及储能控制指令下发至所述能量路由器的直流端口；

其中，所述控制指令包括交流端口的控制指令、直流端口的控制指令和光伏及储能控制指令；

所述新型直流负荷包括光伏、储能或充电桩。

再一方面，本申请还提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器；

处理器，用于执行一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上述所述的一种中低压柔性互联协调控制方法。

再一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述所述的一种中低压柔性互联协调控制方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种中低压柔性互联协调控制系统，包括：能量管理层、协调控制层、本地控制层，以及与中低压柔性互联配电网连接的能量路由器；所述能量路由器，用于获取中低压柔性互联配电网的信息，并将所述中低压柔性互联配电网的信息和自身的状态信息上传到所述协调控制层，并执行所述本地控制层下发的控制指令；所述协调控制层，用于将所述中低压柔性互联配电网的信息上传到所述能量管理层，并基于所述能量路由器的状态信息结合所述能量管理层下发的策略制定控制指令，并将制定的控制指令下发到所述本地控制层；所述本地控制层，用于将接收到的控制指令下发到所述能量路由器中；所述能量管理层，用于基于所述协调控制层上传的中低压柔性互联配电网的信息生成策略，并将所述策略下发给所述协调控制层。本发明采用协调控制层基于能量路由器的状态信息结合能量管理层下发的策略制定控制指令，由控制指令控制能量路由器管理能量流动，实现跨电压馈线及分布式电源间能量协同控制，提高系统的运行可靠性，提升了对故障的穿越能力，改善了无功功率不合理的问题，解决源网荷储协同优化问题。

附图说明

图1为现有技术的柔性多状态开关典型拓扑结构示意图；

图2为本发明一种中低压柔性互联系统示意图；

图3为本发明的二次控制保护及监控系统配置图；

图4为本发明的四端口能量路由器协调控制架构示意图；

图5为本发明的保护区域划分示意图；

图6为本发明的交流端口保护功能及测点示意图；

图7为本发明的直流端口保护功能及测点示意图；

图8为本发明的协调控制逻辑图。

具体实施方式

为充分发挥配网互联装置的功能，解决柔性互联装置的运行控制难题，本发明公开了一种中低压柔性互联协调控制系统、方法、设备及介质，该方法以多端口能量路由器为核心，同时接入多条中低压供电线路、分布式电源、储能、充换电站和交直流负荷，实现不同供电线路跨区、跨电压柔性互联，对接入的源网荷储可调节资源和供电线路间的潮流进行优化控制，提升新能源消纳能力、源网荷储协同能力以及配网故障自愈能力。

本发明提出一种中低压柔性互联协调控制系统，以能量路由器为核心实现多电压等级交直流柔性互联及多端口电能控制，通过对模块化多电平变流器MMC端口、直流变压器端口和光伏、储能、充电桩系统的协调控制和优化管理，实现两个异步电网的互联，提高输电效率，同时实现潮流的灵活控制，节省无功补偿装置，实现交直流多种电压等级的端口输出，方便储能、光伏、充电桩等设备的直流接入。

实施例1：

本发明提供了一种中低压柔性互联协调控制系统，如图2所示，包括：能量管理层、协调控制层、本地控制层，以及与中低压柔性互联配电网连接的能量路由器；

所述能量路由器，用于获取中低压柔性互联配电网的信息，并将所述中低压柔性互联配电网的信息和自身的状态信息上传到所述协调控制层，并执行所述本地控制层下发的控制指令；

所述协调控制层，用于将所述中低压柔性互联配电网的信息上传到所述能量管理层，并基于所述能量路由器的状态信息结合所述能量管理层下发的策略制定控制指令，并将制定的控制指令下发到所述本地控制层；

所述本地控制层，用于将接收到的控制指令下发到所述能量路由器中；

所述能量管理层，用于基于所述协调控制层上传的中低压柔性互联配电网的信息生成策略，并将所述策略下发给所述协调控制层。

下面对本发明作详细介绍：

基于能量路由器的中低压柔性互联系统由四个端口组成，分别是：2座交流10kV端口、1座交流20kV端口、1座直流750V端口，直流端口同时接入1座储能系统、1座光伏发电系统和1座充电站。

本发明所采用的技术方案是一种中低压柔性互联协调控制系统，应用于中压配网或低压配网交直流电网柔性互联系统中多端口能量路由器的协调控制，该系统包括对能量路由器交流端口运行控制、直流端口运行控制、低压直流光储充多元源荷控制以及柔性互联供电区域协调控制。

所述能量路由器交流端口运行控制，包括交流端口稳态控制和交流电网故障保护控制；所述能量路由器直流端口运行控制，包括直流端口稳态控制和直流母线故障保护控制；所述低压直流光储充多元源荷控制是当直流端口接入新型直流负荷时，对交流源荷和直流源荷进行协调控制，所述新型直流负荷包括光伏、储能或充电桩；所述低压直流光储充多元源荷控制包括直流电压协调控制和换流器容量协调控制；所述柔性互联供电区域协调控制，是指区域调度系统对能量路由器进行控制操作，所述控制操作包括远程启机、停机操作等。

1.1能量路由器协调控制系统架构，如图4所示：

能量路由器协调控制系统主要由3个AC/DC端口MMC变换器的控制设备、1个DC/DC端口DCT变流器的控制设备，以及750V低压直流母线的控制系统共同构成。以上核心控制保护设备通过以太网分别接入运行监视系统(SCADA)，实现对能量路由器系统的运行监控功能。能量路由器控制保护系统的总体结构如图3所示。

能量管理层为顶层管控与人机交互层，提供能量路由器整个系统运行状态的监控、展示，以及运行方式和运行指令的下发。除本地能量管理系统外，能量路由器还通过低速监测及高速协调控制两个通道接入本地调度系统，可将本地的能量管理职能全部移交到本地调度系统。正常运行条件下，能量路由器主要由本地调度系统管理和调度，本地能量管理系统则作为能量路由器调试和检修阶段的就地管理和控制工具。

能量路由器是实现多电压等级交直流柔性互联及多端口电能控制的核心装备，对大幅提升能源利用效率和柔性互联交直流电网具有重大意义。柔性互联技术以能量路由器代替传统基于断路器的馈线联络开关，可以将多个交流电网以及直流电网互联，并可以实现馈线间常态化柔性“软连接”，能够提供灵活、快速、精确的有功功率、无功功率控制。

基于能量路由器的中低压柔性互联系统，具备以下功能：

①故障情况下保障负荷的不间断供电，且阻隔了对侧提供的短路电流；②实时响应接入线路上的负载，改善系统整体的潮流分布；③进行电压无功控制，改善接入线路的电压水平；④协同调控分布式电源、储能和充电桩，提高配电网对分布式电源的消纳能力。

协调控制层为上层集中控制层，根据能量管理系统下发的运行方式和功率指令，协调控制能量路由器的各个端口，实现能量路由器整体运行方式的平滑切换；同时，协调控制器还负责低压直流配电系统配电拓扑的协调切换以及低压直流所接入光伏及储能运行指令的传递下发。

能量路由器的协调控制层与园区协调控制通过高速通讯接口紧密结合，实现潮流控制及协调控制系统对能量路由器关键运行状态的实时调控。

协调控制层配置一台测控装置、一台协调控制装置及一台交换机。

测控装置，用于接收能量路由器上传的中低压柔性互联配电网的信息和能量路由器的状态信息；

协调控制装置，用于基于能量路由器上传的中低压柔性互联配电网的信息和能量路由器的状态信息，结合运行策略，制定控制指令，并将控制指令传输至交换机；

交换机，用于将控制指令传输至本地控制层。

本地控制层包括：MMC控制系统、DCT控制系统和750V直流母线控制系统，下面分别对各部分作详细介绍：

MMC控制系统，用于将所述协调控制层下发的交流端口的控制指令传输至能量路由器的MMC换流阀中。

MMC控制系统针对三个MMC变换器共配置三套，分别独立实现各自变换器的控制及保护功能。MMC控制保护系统接收运行人员或上层控制系统发出的控制指令，完成MMC变换器启、停控制，外环有功、无功及交、直流电压控制，内环直接电流控制，以及换流器各保护区的保护功能。

每套MMC控制保护系统包括：MMC阀控主机装置、MMC阀控保护装置和本地监控装置；

MMC阀控主机装置，用于接收协调控制层下发的交流端口的控制指令，通过设定的控制运算产生换流阀的调制脉冲和控制命令，将换流阀的调制脉冲传递给MMC阀控保护装置，并通过光纤将控制命令送往MMC变换器；

MMC阀控保护装置，用于根据换流阀的调制脉冲进行MMC换流阀顺序控制和MMC换流阀组控制；

本地监控装置，用于对MMC换流阀的调制脉冲进行采集和存储，并将MMC换流阀的调制脉冲传输至MMC阀控保护装置，同时通过显示器进行监视和控制操作。

每套MMC控制保护系统还包括：MMC阀控录波装置和MMC阀组测量装置。

所述DCT控制系统，用于将协调控制层下发的直流端口的控制指令传输至能量路由器的DCT变流器中。

DCT控制系统完成DCT变流器的控制及保护功能。它接收运行人员或协调控制层下发的直流端口的控制指令，完成DCT变流器的启、停控制，低压侧正、负母线电压控制，高压侧功率振荡抑制，以及DCT变流器的保护功能。

DCT控制保护系统包括一台DCT测控装置、一台DCT控制保护装置及一台第一交换机。

DCT测控装置，用于采集DCT变流器的模拟量及开关量数据，并将采集的模拟量及开关量数据发生至第一交换机；

第一交换机，用于将模拟量及开关量数据传输至智能终端，并接收智能终端下发的对DCT变流器的控制指令，同时将对DCT变流器的控制指令转发至DCT控制保护装置；

DCT控制保护装置，用于基于协调控制层下发的DCT变流器的控制指令或基于第一交换机转发的对DCT变流器的控制指令结合模拟量及开关量数据对DCT变流器进行控制；控制包括下述中的一种或多种充电、启动、停机及正常工作时的功率控制。

DCT控制保护系统还包括一台录波装置。

750V直流母线控制系统，用于当能量路由器的直流端口接入新型直流负荷时，将协调控制层下发的光伏及储能运行指令下发至能量路由器的直流端口。

750V直流母线控制系统负责保护DCT变流器低压侧直流断路器出口到各支路电源或负载直流断路器出口之间的直流母线，同时作为各分支直流线路接地或极间短路故障的后备保护。

750V直流母线保护系统配置一台750V直流母线测控装置、一台750V直流母线保护装置及一台第二交换机。

750V直流母线测控装置，用于采集模拟量及开关量数据，并将模拟量及开关量数据通过第二交换机传输至750V直流母线保护装置；

第二交换机，用于将模拟量及开关量数据传输至智能终端，并接收智能终端下发的对光伏及储能运行指令，同时将对光伏及储能运行指令转发至750V直流母线保护装置；

750V直流母线保护装置，用于基于协调控制层下发的光伏及储能控制指令或基于第二交换机转发的光伏及储能控制指令，结合模拟量及开关量数据控制直流端口启、停。

（1）保护区域划分如图5所示。

能量路由器保护范围包括能量路由器本体各端口、内部直流母线以及低压750V直流配电系统。交流端口保护功能及测点如图6所示。直流端口保护功能及测点如图7所示。

1.2本地调度系统：

本地调度系统主要实现四端口设备的自动运行控制，根据原有系统的潮流状况，根据控制算法自动分配设备的工作方式，实现系统的稳定运行。

本地调度系统给能量路由器下发各个端口的负荷曲线、输出功率指令以及运行模式，能量路由器根据端口的负荷曲线自动控制能量路由器进行负荷分配运行。能量路由器同时上传给本地调度系统目前的运行模式、电气实时值，各个端口的状态信息等；

1.3协调控制层：

①协调控制层结构。

协调控制层采集能量路由器一、二次系统状态信息，接收能量管理层下发的控制指令或者本地控制，协调各控制器控制模式及控制指令，进行系统运行状态与控制策略的校核及转换，保证系统运行的稳定性及可靠性。协调控制系统与各换流器控制保护系统之间通过高速光纤进行通信，以保证各种系统工况下控制命令的响应速度。

②协调控制策略，如图8所示：

当协调工作在远程方式时主要接受接收调度下发的控制命令，其控制命令包括：

运行方式、四端口能量路由器的启动方式、每个端口的控制目标；

当协调工作在就地方式时，设置本地的运行方式，考虑交流电网较大的容量及较高可靠性，可选择任一交流端口的MMC变换器来控高压侧直流电压，直流端口的直流变压器控低压侧直流电压。协调控制装置根据以上原则，对各换流器控制模式进行校核，保证任一时刻仅有一台换流器处于控高压侧直流电压模式，直流变压器工作于控低压侧电压模式。

协调控制层还用于从调度接收本地控制指令下发到所述本地控制层；

所述本地控制层还用于将接收到的本地控制指令作为控制指令下发到所述能量路由器中。

MMC控制保护系统功能包含MMC变换器顺序控制、阀组控制、阀控以及保护策略。其中顺序控制包含MMC变换器启动、MMC变换器停机、MMC变换器状态切换、开关及刀闸控制、充电控制等。

1.4 能量路由器协调控制策略：

（1）四端口能量路由器运行模式：

能量路由器包含A、B、C、D四个端口，其中A、B、C端口的 MMC变换器具备定直流电压/定无功、定有功/定无功、交流孤岛供电三种运行方式，D端口的DCT具备定高压侧电压、定低压侧电压两种运行方式。上述四个端口相互组合，共存在58种运行模式。其中，包括1种四端口均闭锁的停机模式如表1所示。

表1停机模式

包括B端单端模式、C端单端模式和D端单端模式的3种单端运行模式如表2所示：

表2单端运行模式

包括A端并网B端孤岛背靠背模式、AC端背靠背模式、A端并网C端孤岛背靠背模式、AD端并网模式、BA端背靠背模式、B端并网A端孤岛背靠背模式、BC端背靠背模式、B端并网C端孤岛背靠背模式、BD端并网模式、CA端背靠背模式、C端并网A端孤岛背靠背模式、CB端背靠背模式、C端并网B端孤岛背靠背模式、CD端并网模式、DA端孤岛模式、DB端孤岛模式、DC端孤岛模式共17种，如表3所示：

表3两端运行模式

包括三端并网模式、两端并网一段孤岛模式以及一端孤岛两端并网模式共26种，如表4所示：

表4三端运行模式

包括四端并网模式、三端并网一端孤岛、两端并网两端孤岛、一端并网三端孤岛共12种模式，如表5所示：

表5四端运行模式

（2）能量路由器常规运行模式：

为了简化实际的运行调度策略，同时考虑到10kV侧交流系统需要对20kV侧交流系统进行功率支撑，这里规定9种常规运行模式，其他模式不予考虑，如表6所示。

表6 能量路由器常规运行模式表

（3）能量路由器常规运行模式切换策略：

为了简化实际的运行调度策略，同时考虑到10kV侧交流系统需要对20kV侧交流系统进行功率支撑，这里规定9种常规运行模式，其他模式不予考虑，如表7所示。

表7 能量路由器常规运行模式表

上表中运行模式的转换策略如图4所示，图中连接线表示能量路由器各运行模式之间存在的切换关系，每个实线箭头均代表了首尾两个运行模式之间一组具体的切换策略。另外，虚线箭头则表示除正常停机模式之外的其他模式均会因线路系统或设备本体发生故障后直接切换至故障停机模式，之后再切换至正常停机模式。

本发明相比于现有技术具有下述有益效果：

（1）提高系统的运行可靠性：由于能量路由器是完全可控的电力电子设备，当其中一个或者多个电网发生故障的情况下，可以有效的利用其他的端口为故障端口的负荷提供能量，减少交流系统故障造成的停电损失，建设更坚强的配电网络。此外，在交流系统出现故障的情况下，可利用储能系统保证重要负荷的电能供应。

（2）改善无功功率不合理的问题：由于能量路由器是完全可控的电力电子设备，设备的无功功率也是完全可以控制，当高压线路跳闸时，能量路由器会调整端口的电压和相位，补偿端口的无功功率。能量路由器具备电能质量管理功能，能提供3Mvar的实时动态无功支撑。

（3）解决源网荷储协同优化问题：能量路由器可以有效的管理光伏、储能和充电桩的能量流动，实现跨电压馈线及分布式电源间能量协同控制，提供负荷故障持续保电与高电能质量供电服务。同时，可以利用峰谷电压差等方式增加收益。

（4）提升系统对故障的穿越能力：系统对于网侧的交流故障可以成功穿越。系统对于阀侧故障以及直流故障能有效闭锁故障阀，从而对阀进行有效的保护，而且不影响其他非故障阀的正常运行。

（5）提升柔性互联系统的设备利用率：四端口能量路由器包含四个端口，四个端口中的任意两个、三个或者四个都可以进行有功功率的传输，三个交流端口的任何一个都可以独立与交流电网进行无功交换。本方法能够实现接入的每条线路潮流可控，各线路最大负载率可上升至75%，同时采用电力设备模块化集成模式，可取代50%左右的无功补偿设备。

本发明所采用的技术方案是一种中低压柔性互联协调控制方法，应用于中压配网或低压配网交直流电网柔性互联系统中多端口能量路由器的协调控制，该方法包括对能量路由器交流端口运行控制、直流端口运行控制、低压直流光储充多元源荷控制以及柔性互联供电区域协调控制。该方法以多端口能量路由器为核心，同时接入多条中低压供电线路、分布式电源、储能、充换电站和交直流负荷，实现不同供电线路跨区、跨电压柔性互联，对接入的源网荷储可调节资源和供电线路间的潮流进行优化控制，提升新能源消纳能力、源网荷储协同能力以及配网故障自愈能力。基于能量路由器的中低压柔性互联系统，通过对配电网的结构优化，实现中低压柔性环网与直流配电有机融合，通过示范工程形成标准规范，提升地区能源互联网技术引领地位；

基于能量路由器的中低压柔性互联系统，通过对接入的中低压供电线路、分布式电源、储能、充换电站和交直流负荷等可调资源进行优化控制和保护，有利于探索跨电压、直流配电、源网荷储互动、综合能源服务的创新商业价值和模式，先驱进行直流与配用电综合增值业务场景的培育和研究，具备广阔的应用前景。

实施例2

基于同一发明构思的本发明还提供了一种中低压柔性互联协调控制方法，包括：

利用能量路由器获取中低压柔性互联配电网的信息，并将所述中低压柔性互联配电网的信息和自身的状态信息上传到所述协调控制层，并执行所述本地控制层下发的控制指令；

由协调控制层将所述中低压柔性互联配电网的信息上传到所述能量管理层，并基于所述能量路由器的状态信息结合所述能量管理层下发的策略制定控制指令，并将制定的控制指令下发到所述本地控制层；

利用本地控制层将接收到的控制指令下发到所述能量路由器中；

由所述能量管理层基于所述协调控制层上传的中低压柔性互联配电网的信息生成策略，并将所述策略下发给所述协调控制层。

所述由所述能量管理层基于所述协调控制层上传的中低压柔性互联配电网的信息生成策略，并将所述策略下发给所述协调控制层，包括：

所述能量管理层的本地能量管理系统在能量路由器正常运行条件下，基于接收的所述协调控制层上传的所述中低压柔性互联配电网的信息生成能量路由器的运行策略，并下发至所述协调控制层；

所述能量管理层的本地调度系统在能量路由器调试和检修时，根据接收的所述协调控制层上传的中低压柔性互联网的信息和设定的控制算法生成能量路由器的运行策略，并将所述运行策略下发至所述协调控制层。

所述由协调控制层将所述中低压柔性互联配电网的信息上传到所述能量管理层，并基于所述能量路由器的状态信息结合所述能量管理层下发的策略制定控制指令，并将制定的控制指令下发到所述本地控制层，包括：

所述协调控制层的测试装置接收能量路由器上传的中低压柔性互联配电网的信息和所述自身的状态信息；

所述协调控制层的协调控制装置基于所述能量路由器上传的中低压柔性互联配电网的信息和所述自身的状态信息，结合运行策略，制定控制指令，并将所述控制指令传输至所述交换机；

所述协调控制层的交换机将所述控制指令传输至所述本地控制层。

所述利用本地控制层将接收到的控制指令下发到所述能量路由器中，包括：

所述本地控制层的MMC控制系统将所述协调控制层下发的交流端口的控制指令传输至所述能量路由器的MMC换流阀中；

所述本地控制层的DCT控制系统将所述协调控制层下发的直流端口的控制指令传输至所述能量路由器的DCT交流器中；

所述本地控制层的750V直流母线控制系统当所述能量路由器的直流端口接入新型直流负荷时，将所述协调控制层下发的光伏及储能控制指令下发至所述能量路由器的直流端口；

其中，所述控制指令包括交流端口的控制指令、直流端口的控制指令和光伏及储能控制指令；

所述新型直流负荷包括光伏、储能或充电桩。

利用本地控制层将接收到的控制指令下发到所述能量路由器中，包括：

本地控制层的MMC控制系统将所述协调控制层下发的交流端口的控制指令传输至所述能量路由器的MMC变换器中；

本地控制层的DCT控制系统将所述协调控制层下发的直流端口的控制指令传输至所述能量路由器的DCT变流器中；

本地控制层的750V直流母线控制系统当所述能量路由器的直流端口接入新型直流负荷时，将协调控制层下发的光伏及储能控制指令下发至所述能量路由器的直流端口；

其中，所述控制指令包括交流端口的控制指令、直流端口的控制指令和光伏及储能控制指令；

所述新型直流负荷包括光伏、储能或充电桩。

本地控制层的MMC控制系统将所述协调控制层下发的交流端口的控制指令传输至所述能量路由器的MMC变换器中，包括：

MMC控制系统的MMC阀控主机装置接收协调控制层下发的交流端口的控制指令，通过设定的控制运算产生变换器的调制脉冲和控制命令，将所述变换器的调制脉冲传递给MMC控制系统的MMC阀控保护装置，并通过光纤将所述控制命令送往MMC变换器；

MMC阀控保护装置根据变换器的调制脉冲进行MMC变换器顺序控制和MMC变换器组控制；

MMC控制系统的本地监控装置对MMC变换器的调制脉冲进行采集和存储，并将MMC变换器的调制脉冲传输至MMC阀控保护装置，同时通过显示器进行监视和控制操作。

本地控制层的DCT控制系统将所述协调控制层下发的直流端口的控制指令传输至所述能量路由器的DCT变流器中，包括：

DCT控制系统的DCT测控装置采集DCT变流器的模拟量及开关量数据，并将采集的模拟量及开关量数据发送至DCT控制系统的第一交换机；

第一交换机将所述模拟量及开关量数据传输至智能终端，并接收所述智能终端下发的对所述DCT变流器的控制指令，同时将对所述DCT变流器的控制指令转发至DCT控制系统的DCT控制保护装置；

DCT控制保护装置基于所述协调控制层下发的直流端口的控制指令或基于所述第一交换机转发的对所述DCT变流器的控制指令结合所述模拟量及开关量数据对DCT变流器进行控制；所述控制包括下述中的一种或多种充电、启动、停机及正常工作时的功率控制。

本地控制层的750V直流母线控制系统当所述能量路由器的直流端口接入新型直流负荷时，将协调控制层下发的光伏及储能控制指令下发至所述能量路由器的直流端口，包括：

750V直流母线控制系统的750V直流母线测控装置采集模拟量及开关量数据，并将所述模拟量及开关量数据传输至750V直流母线控制系统的第二交换机；

第二交换机将所述模拟量及开关量数据传输至智能终端，并接收所述智能终端下发的对光伏及储能的运行指令，同时将所述对光伏及储能的运行指令转发至所述750V直流母线保护装置；

所述750V直流母线保护装置，用于基于协调控制层下发的光伏及储能运行指令或基于所述第二交换机转发的所述光伏及储能运行指令，结合所述模拟量及开关量数据控制直流端口启或停。

一种中低压柔性互联协调控制方法还包括协调控制层从调度接收本地控制指令下发到所述本地控制层；

所述本地控制层将接收到的本地控制指令作为控制指令下发到所述能量路由器中。

实施例3：

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中一种中低压柔性互联协调控制方法的步骤。

实施例4：

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质（Memory），所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序（包括程序代码）。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM 存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中一种中低压柔性互联协调控制方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一种中低压柔性互联协调控制系统，其特征在于，包括：能量管理层、协调控制层、本地控制层，以及与中低压柔性互联配电网连接的能量路由器；

所述能量路由器，用于获取中低压柔性互联配电网的信息，并将所述中低压柔性互联配电网的信息和自身的状态信息上传到所述协调控制层，并执行所述本地控制层下发的控制指令；

所述协调控制层，用于将所述中低压柔性互联配电网的信息上传到所述能量管理层，并基于所述能量路由器的状态信息结合所述能量管理层下发的运行策略制定控制指令，并将制定的控制指令下发到所述本地控制层；

所述本地控制层，用于将接收到的控制指令下发到所述能量路由器中；

所述能量管理层，用于基于所述协调控制层上传的中低压柔性互联配电网的信息生成策略，并将所述策略下发给所述协调控制层。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能量路由器包括3个交流端口、3个MMC变换器、一个直流端口和一个DCT变流器；

每个交流端口均通过一个MMC变换器与中压交流电网连接；

所述直流端口通过所述DCT变流器与低压直流电网连接。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能量管理层包括：本地能量管理系统和本地调度系统；

所述本地能量管理系统，用于在能量路由器正常运行条件下，基于接收的所述协调控制层上传的所述中低压柔性互联配电网的信息生成能量路由器的运行策略，并下发至所述协调控制层；

所述本地调度系统，用于在能量路由器调试和检修时，根据接收的所述协调控制层上传的中低压柔性互联配电网的信息和设定的控制算法生成能量路由器的运行策略，并将所述运行策略下发至所述协调控制层。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述协调控制层包括：测控装置、协调控制装置和交换机；

所述测控装置，用于接收能量路由器上传的中低压柔性互联配电网的信息和所述自身的状态信息；

所述协调控制装置，用于基于所述能量路由器上传的中低压柔性互联配电网的信息和所述自身的状态信息，结合运行策略，制定控制指令，并将所述控制指令传输至所述交换机；

所述交换机，用于将所述控制指令传输至所述本地控制层。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述本地控制层包括：MMC控制系统、DCT控制系统和750V直流母线控制系统；

所述MMC控制系统，用于将所述协调控制层下发的交流端口的控制指令传输至所述能量路由器的MMC变换器中；

所述DCT控制系统，用于将所述协调控制层下发的直流端口的控制指令传输至所述能量路由器的DCT变流器中；

所述750V直流母线控制系统，用于当所述能量路由器的直流端口接入新型直流负荷时，将所述协调控制层下发的光伏及储能控制指令下发至所述能量路由器的直流端口；

其中，所述控制指令包括交流端口的控制指令、直流端口的控制指令和光伏及储能控制指令；

所述新型直流负荷包括光伏、储能或充电桩。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述MMC控制系统包括：MMC阀控主机装置、MMC阀控保护装置和本地监控装置；

所述MMC阀控主机装置，用于接收协调控制层下发的交流端口的控制指令，通过设定的控制运算产生变换器的调制脉冲和控制命令，将所述变换器的调制脉冲传递给所述MMC阀控保护装置，并通过光纤将所述控制命令送往MMC变换器；

所述MMC阀控保护装置，用于根据变换器的调制脉冲进行MMC变换器顺序控制和MMC变换器组控制；

所述本地监控装置，用于对MMC变换器的调制脉冲进行采集和存储，并将所述MMC变换器的调制脉冲传输至所述MMC阀控保护装置，同时通过显示器进行监视和控制操作。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述DCT控制系统包括：DCT测控装置、DCT控制保护装置和第一交换机；

所述DCT测控装置，用于采集DCT变流器的模拟量及开关量数据，并将采集的模拟量及开关量数据发送至所述第一交换机；

所述第一交换机，用于将所述模拟量及开关量数据传输至智能终端，并接收所述智能终端下发的对所述DCT变流器的控制指令，同时将对所述DCT变流器的控制指令转发至所述DCT控制保护装置；

所述DCT控制保护装置，用于基于所述协调控制层下发的直流端口的控制指令或基于所述第一交换机转发的对所述DCT变流器的控制指令结合所述模拟量及开关量数据对DCT变流器进行控制；所述控制包括下述中的一种或多种充电、启动、停机及正常工作时的功率控制。

8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述750V直流母线控制系统包括：750V直流母线测控装置、750V直流母线保护装置和第二交换机；

所述750V直流母线测控装置，用于采集模拟量及开关量数据，并将所述模拟量及开关量数据传输至所述第二交换机；

所述第二交换机，用于将所述模拟量及开关量数据传输至智能终端，并接收所述智能终端下发的对光伏及储能的运行指令，同时将所述对光伏及储能的运行指令转发至所述750V直流母线保护装置；

所述750V直流母线保护装置，用于基于协调控制层下发的光伏及储能运行指令或基于所述第二交换机转发的所述光伏及储能运行指令，结合所述模拟量及开关量数据控制直流端口启或停。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述协调控制层还用于从调度接收本地控制指令下发到所述本地控制层；

所述本地控制层还用于将接收到的本地控制指令作为控制指令下发到所述能量路由器中。

10.一种中低压柔性互联协调控制方法，其特征在于，包括：

利用能量路由器获取中低压柔性互联配电网的信息，并将所述中低压柔性互联配电网的信息和自身的状态信息上传到所述协调控制层，并执行所述本地控制层下发的控制指令；

由协调控制层将所述中低压柔性互联配电网的信息上传到所述能量管理层，并基于所述能量路由器的状态信息结合所述能量管理层下发的策略制定控制指令，并将制定的控制指令下发到所述本地控制层；

利用本地控制层将接收到的控制指令下发到所述能量路由器中；

由所述能量管理层基于所述协调控制层上传的中低压柔性互联配电网的信息生成策略，并将所述策略下发给所述协调控制层。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述由所述能量管理层基于所述协调控制层上传的中低压柔性互联配电网的信息生成策略，并将所述策略下发给所述协调控制层，包括：

所述能量管理层的本地能量管理系统在能量路由器正常运行条件下，基于接收的所述协调控制层上传的所述中低压柔性互联配电网的信息生成能量路由器的运行策略，并下发至所述协调控制层；

所述能量管理层的本地调度系统在能量路由器调试和检修时，根据接收的所述协调控制层上传的中低压柔性互联配电网的信息和设定的控制算法生成能量路由器的运行策略，并将所述运行策略下发至所述协调控制层。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述由协调控制层将所述中低压柔性互联配电网的信息上传到所述能量管理层，并基于所述能量路由器的状态信息结合所述能量管理层下发的策略制定控制指令，并将制定的控制指令下发到所述本地控制层，包括：

所述协调控制层的测试装置接收能量路由器上传的中低压柔性互联配电网的信息和所述自身的状态信息；

所述协调控制层的协调控制装置基于所述能量路由器上传的中低压柔性互联配电网的信息和所述自身的状态信息，结合运行策略，制定控制指令，并将所述控制指令传输至所述交换机；

所述协调控制层的交换机将所述控制指令传输至所述本地控制层。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述利用本地控制层将接收到的控制指令下发到所述能量路由器中，包括：

所述本地控制层的MMC控制系统将所述协调控制层下发的交流端口的控制指令传输至所述能量路由器的MMC换流阀中；

所述本地控制层的DCT控制系统将所述协调控制层下发的直流端口的控制指令传输至所述能量路由器的DCT交流器中；

所述本地控制层的750V直流母线控制系统当所述能量路由器的直流端口接入新型直流负荷时，将所述协调控制层下发的光伏及储能控制指令下发至所述能量路由器的直流端口；

其中，所述控制指令包括交流端口的控制指令、直流端口的控制指令和光伏及储能控制指令；

所述新型直流负荷包括光伏、储能或充电桩。

14.一种计算机设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；

所述处理器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如权利要求10至13中任一项所述的一种中低压柔性互联协调控制方法。

15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求10至13中任一项所述的一种中低压柔性互联协调控制方法。

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