CN210404745U - 一种柔性多状态开关装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种柔性多状态开关装置及系统，其中装置包括：控制模块以及至少两个装置交流端口，所述控制模块，用于进行环网潮流和故障电流控制，其包括：快速开关及潮流调控子模块；所述装置交流端口用于与交流电网组成环网进行电气互联。本实用新型提供的柔性多状态开关装置可以实现交流各端柔性环网互联，潮流双向流动，使得配电运行模式柔性切换、控制方式灵活；本实用新型提供的柔性多状态开关系统，对于包含N个交流端口的系统只需配置N‑1个柔性多状态开关装置即可实现各交流端口间的柔性互联、潮流双向流动、功率灵活可控，可有效限制故障短路电流，有效提升经济效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力设备技术领域，具体涉及一种柔性多状态开关装置及系统。
背景技术
配电网处于电力系统的末端，直接面向电力用户，承担着分配电能、服务客户的重任。现有配电网正面临用电需求定制化和多样化、分布式电源接入规模化、潮流协调控制复杂化等多方面的巨大挑战。采用柔性多状态开关装置代替多分段-多联络配电网中的馈线联络开关，使馈线间形成常态化“软连接”是配网的发展趋势。柔性多状态开关装置一般以全控型电力电子装置为基础，能够根据控制指令实时调整相连馈线间的功率流动，从而调控整个系统的潮流分布，使配电网的运行调度更加“柔性”，兼具运行模式柔性切换、控制方式灵活多样等特点，可彻底改变配电网“闭环设计、开环运行”的供电方式，另外，避免了常规开关倒闸操作引起的供电中断、合环冲击等问题，还能缓解电压骤降、三相不平衡现象，促进馈线负载分配的均衡化和电能质量改善，为未来智能配电网的实施提供关键技术与设备支撑。
现有的柔性多状态开关装置多采用直流背靠背连接，直流侧相互影响，一端故障，会影响其他端的稳定运行，可靠性不高，直流电压协调控制策略也较复杂；另外含N个交流端口的系统需要配置N台全容量的换流器，经济性较差；现有的采用串联装置的交流互联方案，会增大系统短路电流，因此要配置串联的快速开关，实现故障时快速解环，避免短路电流上升。
实用新型内容
因此，本实用新型提供一种柔性多状态开关装置及系统，克服了现有技术中采用的技术方案经济性较差及增大系统短路电流等不足。
第一方面，本实用新型实施例提供一种柔性多状态开关装置，包括：控制模块以及至少两个装置交流端口，所述控制模块，用于进行环网潮流和故障电流控制，其包括：快速开关及潮流调控子模块；所述装置交流端口用于与交流电网组成环网进行电气互联。
在一实施例中，所述快速开关，包括：第一快速开关及第二快速开关，所述第一快速开关与所述潮流调控子模块串联连接，所述第二快速开关与潮流调控子模块并联连接。
在一实施例中，潮流调控子模块包括：串联变压器及电压源换流器，串联变压器原边绕组的两端分别与装置交流端口连接，串联变压器副边绕组与电压源换流器连接。
在一实施例中，潮流调控子模块包括：可控电感及可控电容，所述可控电感及可控电容串联连接组成的支路，分别与装置交流端口连接。
在一实施例中，所述第一快速开关及第二快速开关为双向控制开关，包括：快速机械开关或电力电子开关或间隙。
第二方面，本实用新型实施例提供一种柔性多状态开关系统，包括：N个电网交流端口及N-1个本实用新型实施例第一方面所述的柔性多状态开关装置，所述柔性多状态开关装置通过装置交流端口与所述电网交流端口进行电气连接；所述柔性多状态开关装置之间通过装置交流端口进行电气连接。
在一实施例中，所述柔性多状态开关装置之间的连接方式为星型或网孔型。
在一实施例中，所述柔性多状态开关系统，还包括：分布式电源、负载及储能装置中的至少之一，所述柔性多状态开关装置通过装置直流端口分别连接至公共母线上；所述分布式电源、负载及储能装置连接在公共母线上，与各个电网实现潮流互联。
本实用新型技术方案，具有如下优点：
1.本实用新型提供的柔性多状态开关装置，包括：控制模块以及至少两个装置交流端口，控制模块，用于进行环网潮流和故障电流控制，其包括：快速开关及潮流调控子模块；所述装置交流端口用于与交流电网组成环网进行电气互联。该装置可以实现交流各端柔性环网互联，潮流双向流动，使得配电运行模式柔性切换、控制方式灵活。
2.本实用新型提供的柔性多状态开关系统，对于包含N个交流端口的系统只需配置N-1个容量较小的柔性多状态开关装置即可实现各交流端口间的柔性互联、潮流双向流动、功率灵活可控，可有效限制故障短路电流，有效提升经济效率。
3.本实用新型提供的柔性多状态开关系统，可以实现公共母线的多路供电，增强了供电系统的可靠性；公共母线上接入分布式电源、负荷储能装置等，提高配电网消纳分布式电源的能力、实现故障的快速隔离和转供，同时提升可靠性和经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的柔性多状态开关装置一个示例图；
图2为本实用新型实施例提供的柔性多状态开关装置一个具体的示例图；
图3为本实用新型实施例提供的潮流调控子模块一个具体的示例图；
图4为本实用新型实施例提供的潮流调控子模块另一个具体的示例图；
图5为本实用新型实施例提供的柔性多状态开关系统一个具体的示例图；
图6为本实用新型实施例提供的柔性多状态开关系统另一个具体的示例图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实用新型实施例提供一种柔性多状态开关装置，包括：控制模块以及至少两个装置交流端口，所述控制模块，用于进行环网潮流和故障电流控制，其包括：快速开关及潮流调控子模块；所述装置交流端口用于与交流电网组成环网进行电气互联。如图1所示，本实施例以两个装置交流端口C1、C2为例进行说明(不以此为限，在其他实施例中可以包含更多装置交流端口)，快速开关可以与潮流调控子模块并联连接，也可以与潮流调控子模块并联连接一快速开关，同时串联连接一快速开关，串联的快速开关能够实现故障时快速解环，避免短路电流上升。
本提供的具有环网潮流和故障电流控制功能的柔性多状态开关装置，可实现各端口的柔性互联，馈线潮流的灵活快速调控。
在一实施例中，如图2所示，所述快速开关，包括：第一快速开关及第二快速开关，所述第一快速开关与所述潮流调控子模块串联连接，所述第二快速开关与潮流调控子模块并联连接。本实施例中的第一快速开关及第二快速开关为双向控制开关，包括：快速机械开关或电力电子开关或间隙，可以根据实际应用场景的潮流变化，快速实现功率灵活调控及潮流双向流动，
在一实施例中，如图3所示，潮流调控子模块包括：串联变压器及电压源换流器，串联变压器原边绕组的两端分别与装置交流端口连接，串联变压器副边绕组与电压源换流器连接。串联变压器及电压源换流器组成的潮流调控子模块通过调节注入柔性系统的电压来调节潮流。
在一实施例中，如图4所示，潮流调控子模块包括：可控电感及可控电容，所述可控电感及可控电容串联连接组成的支路，分别与装置交流端口连接。可控电感及可控电容的组成的潮流调控子模块通过改变串入柔性系统中的等效阻抗值来调节潮流。
本实用新型实施例提供的柔性多状态开关装置，通过具有双向控制的快速开关和潮流调控子模块的配合运行，可实现各端口的柔性互联，馈线潮流的灵活快速调控，以及故障电流控制，使得系统的故障发生几率小。
实施例2
本实用新型实施例还提供一种柔性多状态开关系统，包括：N个电网交流端口及N-1个实施例1中所述的柔性多状态开关装置，所述柔性多状态开关装置通过装置交流端口与所述电网交流端口进行电气连接；所述柔性多状态开关装置之间通过装置交流端口进行电气连接。本实用新型实施例中的柔性多状态开关装置之间的连接方式为星型或网孔型。
本实施例提供的柔性多状态开关系统，包含N个交流端口的系统只需配置N-1台换流器即可实现各交流端口间的柔性互联、潮流双向流动、功率灵活可控，相比现有技术中的含N个交流端口的系统需要配置N台全容量的换流器的技术方案，有效提升了经济效率。
在一实施例中，如图5所示，柔性多状态开关系统包括三个控制模块：控制模块1、控制模块2、控制模块3，构成包含四个中压10kV的电网交流端口，分别是端口1、端口2、端口3、端口4，柔性多状态开关装置之间的连接方式为网孔型，各端口间能量能够双向流动，功率可控。本实用新型实施例中，各控制模块均由串联变压器、电压源换流器VSC、2个快速开关模块，构成包含2个10kV装置交流端口的结构，端口C1、端口C2、端口C4、端口C5、端口C7、端口C8均为10kV装置交流端口。各控制模块中，串联变压器原、副边绕组两端并联快速开关2(对应三个控制模块中的快速开关12、快速开关22及快速开关32)，原边绕组的一端连接一个10kV交流端口，另一端连接快速开关1(对应三个控制模块中的快速开关11、快速开关21及快速开关31)的一端，快速开关1的另一端连接另一个10kV交流端口，端口C1连接端口1、端口C2连接端口2、端口C4连接端口3、端口C5连接端口1、端口C7连接端口1、端口C8连接端口4；副边绕组与VSC交流侧串联连接。在本实施例中端口之间的连接关系可以是直接连接和与开关串联后连接。
本实用新型实施提供的具有环网潮流和故障电流控制功能的柔性多状态开关系统，实现了四个电网交流系统的柔性互联和闭环联网运行；通过将电网交流端口与各控制模块连接，实现了不同交流线路的潮流均衡，控制灵活，可有效限制故障短路电流。
在一实施例中，柔性多状态开关系统，还包括：分布式电源、负载及储能装置中的至少之一，所述柔性多状态开关装置通过装置直流端口分别连接至公共母线上；所述分布式电源、负载及储能装置连接在公共母线上，与各个电网实现潮流互联。
在一具体实施例中，如图6所示，柔性多状态开关系统包括三个控制模块：控制模块1、控制模块2、控制模块3，构成包含四个中压10kV交流端口，分别是端口1、端口2、端口3、端口4和低压±375V直流端口的装置，各端口间能量能够双向流动，功率可控。各控制模块均由串联变压器、VSC、2个快速开关模块，构成包含2个10kV交流端口，1个±375V直流端口的结构，端口C1、端口C2、端口C4、端口C5、端口C7、端口C8为10kV交流端口，端口C3、C6、C9为±375V直流端口。各控制模块中，串联变压器原、副边绕组两端并联快速开关2(对应三个控制模块中的快速开关12、快速开关22及快速开关32)，原边绕组的一端连接一个10kV交流端口，另一端连接快速开关1(对应三个控制模块中的快速开关11、快速开关21及快速开关31)的一端，快速开关1的另一端连接另一个10kV交流端口C1连接端口1、端口C2连接端口2、端口C4连接端口3、端口C5连接端口1、端口C7连接端口1、端口C8连接端口4；副边绕组与VSC交流侧串联连接；VSC直流侧与±375V直流母线连接，对应的端口C3、端口C6、端口C9连接±375V直流母线。另外，端口1连接10kV/380V交流变压器的原边绕组，其副便绕组与AC/DC换流器的交流侧串联，AC/DC换流器直流侧连接±375V直流母线，±375V直流母线连接分布式电源、负载和储能装置。在本实施例中端口之间，或端口与直流母线之间的连接关系可以是直接连接和与开关串联后连接。
在实际应用中，分布式电源例如可以是光伏电池板，负载可以为电动汽车直流充电桩，储能装置可以是固定储能装置，也可以是移动储能装置，如移动储能车，移动储能车作为后备储能的装置，储能装置的直流储能变流器为双向变流器，储能电池组通过直流储能变流器接入直流母线，直流储能变流器能够进行储能电池组的直流充电或直流放电，在固定储能装置的调节能力不足时进行能量供给，保障了重要负荷的供电可靠性，提高分布式电源的渗透率及消纳能力，提升配电网经济性、可靠性。
本实用新型实施例中提供的拓扑中，电网交流端口间通过控制模块连接，在母线电压相角差很小的情况下，串连变压器的串入电压约0.15p.u.即可实现全功率调节，串联接入的电压源换流器容量仅需全功率换流器的1/7，损耗小、成本低，占地小，实用性好。
本实用新型实施提供的具有环网潮流和故障电流控制功能的柔性多状态开关系统，柔性多状态开关装置通过连接四个中压交流端口，实现了四个交流系统的柔性互联和闭环联网运行；通过将交流端口与各控制模块连接，实现了不同交流线路的潮流均衡；通过将各控制模块的低压直流端口连接对应电压等级的公共直流母线，实现了其直流电压的稳定；通过中压交流端口到低压直流母线间的连接，实现了低压直流母线的两路供电，增强了可靠性，构成了多条能量通路，形成了多种能量流动方向和路径，实现了对配电的灵活控制；低压直流母线接入屋顶光伏等分布式电源、电动汽车等直流负荷和储能装置，实现了提高分布式可再生能源的消纳能力，提升配电网经济性、可靠性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种柔性多状态开关装置，其特征在于，包括：控制模块以及至少两个装置交流端口，
所述控制模块，用于进行环网潮流和故障电流控制，其包括：快速开关及潮流调控子模块；
所述装置交流端口用于与交流电网组成环网进行电气互联。
2.根据权利要求1所述的柔性多状态开关装置，其特征在于，所述快速开关，包括：第一快速开关及第二快速开关，所述第一快速开关与所述潮流调控子模块串联连接，所述第二快速开关与潮流调控子模块并联连接。
3.根据权利要求1或2所述的柔性多状态开关装置，其特征在于，潮流调控子模块包括：串联变压器及电压源换流器，串联变压器原边绕组的两端分别与装置交流端口连接，串联变压器副边绕组与电压源换流器连接。
4.根据权利要求1或2所述的柔性多状态开关装置，其特征在于，潮流调控子模块包括：可控电感及可控电容，所述可控电感及可控电容串联连接组成的支路，分别与装置交流端口连接。
5.根据权利要求2所述的柔性多状态开关装置，其特征在于，所述第一快速开关及第二快速开关为双向控制开关，包括：快速机械开关或电力电子开关或间隙。
6.一种柔性多状态开关系统，其特征在于，包括：N个电网交流端口及N-1个如权利要求1-5任一所述的柔性多状态开关装置，
所述柔性多状态开关装置通过装置交流端口与所述电网交流端口进行电气连接；
所述柔性多状态开关装置之间通过装置交流端口进行电气连接。
7.根据权利要求6所述的柔性多状态开关系统，其特征在于，所述柔性多状态开关装置之间的连接方式为星型或网孔型。
8.根据权利要求6所述的柔性多状态开关系统，其特征在于，还包括：分布式电源、负载及储能装置中的至少之一，
所述柔性多状态开关装置通过装置直流端口分别连接至公共母线上；
所述分布式电源、负载及储能装置连接在公共母线上，与各个电网实现潮流互联。
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| CN201921593306.7U CN210404745U (zh) | 2019-09-24 | 2019-09-24 | 一种柔性多状态开关装置及系统 |
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Cited By (2)
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| CN110535133A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-12-03 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种柔性多状态开关装置及系统 |
| CN112952809A (zh) * | 2021-02-20 | 2021-06-11 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种配电网多环网柜的串联合环调电装置及方法 |
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2019
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Cited By (3)
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| CN112952809B (zh) * | 2021-02-20 | 2022-09-27 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种配电网多环网柜的串联合环调电装置及方法 |
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