CN215452515U - 一种配电网合环运行的柔性控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种配电网合环运行的柔性控制系统，串联在二路不同供电电源的配电网供电线路的中间点联络开关旁，包括一个三相交直交变流器；该三相交直交变流器连接于并联变压器和串联变压器之间，并联变压器与一回供电线路相连接，用于将一回供电线路的电压降压后接入三相交直交变流器，为三相交直交变流器提供交流电源，串联变压器将三相交直交变流器的输出电压耦合到配电网合环线路的合环点之间。本实用新型采用可控电压串联于供电线路中补偿合环线路电压差，可以对二回不同电源供电线路的电压相位和幅值实现精准矢量补偿，有效抑制合环运行过程中的过电流。

Description

一种配电网合环运行的柔性控制系统

技术领域

本实用新型属于电力系统配电自动化技术领域，具体涉及一种配电网合环运行的柔性控制系统。

背景技术

近年来随着经济社会的发展，人们对供电可靠性的要求越来越高。配电网直接面向用户，对供电可靠性的影响不可忽视。我国配电网经过长期的发展，普遍形成了“闭环设计，开环运行”的供电模式，并在此基础上实施配电自动化、设备管理、负载转供、停电管理、变压器负载管理等措施保证可靠供电。虽然这些措施对配电网供电可靠性的提升助益良多，但是在线路检修或故障时，开环运行的供电模式仍然无法避免倒闸操作造成的短时停电，无法满足高科技产业、金融中心等重要用户对电力供应的严苛需求。另外，以太阳能和风能为代表的分布式电源越来越多地接入配电网，对现有系统的运行、控制带来诸多影响和冲击。辐射型及开环运行的模式难以适应新的运行和控制要求。开环运行方式在一定程度上限制了供电可靠性的提升，为了减少停电时间，提升供电可靠率，配电网采用合环运行的方式实现环网供电，则可以大幅提高配电网运行的可靠性。

大部分合环供电的配电网都存在几个串联运行的不同的合环并环点，而对一个并环点在不同电压幅值、相位下强行并环，会产生较大环流，经常发生合环时电流过大而跳闸且重合失败的现象。另外，在一些配电网络结构下，合环造成了不同变压器之间负荷不平衡的问题。为避免以上问题，某些地区采用了虚手拉手供电方式，即设置合环点但运行时不合环运行，而在某一供电侧失电后再合环。该合环操作方式虽然可以降低长期合环运行因环流引起的过流跳闸风险，但在一个供电侧失电后负荷存在短时中断，对供电可靠性影响较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种配电网合环运行的柔性控制系统，采用串联补偿电压的方法对配电网合环运行操作过程中的过电流进行抑制。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种配电网合环运行的柔性控制系统，串联在二路不同供电电源的配电网供电线路的中间点联络开关旁，包括一个三相交直交变流器；所述三相交直交变流器连接于并联变压器和串联变压器之间；所述并联变压器与一回供电线路相连接，所述串联变压器将三相交直交变流器的输出电压耦合到配电网合环线路的合环点之间。

进一步的，所述并联变压器为降压变压器；所述并联变压器用于将一回供电线路的电压降压后接入三相交直交变流器，为三相交直交变流器提供交流电源。

进一步的，所述降压变压器和三相交直交变流器之间还设置低压断路器；所述低压断路器用于控制三相交直交变流器输入电源的通断。

进一步的，所述三相交直交变流器与串联变压器之间设置低压晶闸管快速旁路开关，所述低压晶闸管快速旁路开关由低压交流接触器、正反向晶闸管并联对和氧化锌金属避雷器并联组成，用于保护动作快速旁路串联变压器阀侧绕组。

进一步的，所述串联变压器并联高压旁路开关，所述并联高压旁路开关用于控制柔性控制系统的投退。

进一步的，两路供电线路与串联变压器之间均设置避雷器，线路隔离刀闸及接地刀闸；

所述避雷器用于吸收供电线路过电压；

所述线路隔离刀闸及接地刀闸用于控制柔性控制系统的投入/切除；

进一步的，所述三相交直交变流器采用基于IGBT的低压双向全桥交直交变流器。

本实用新型的配电网合环运行的柔性控制系统具有结构简单、运行电压低、成本低且占地面积小的特点，便于10kV~110kV配电网合环运行控制。其优点如下：

1）本实用新型采用串联补偿电压的方法对配电网合环运行操作过程中的过电流进行抑制。可控电压串联于供电线路中补偿合环线路电压差，可以对二回不同电源供电线路的电压相位和幅值实现精准矢量补偿，抑制合环运行过程中的过电流。该方法对合环运行环流控制十分有效。

2）本实用新型采用AC-DC-AC变流器拓扑结构的模块化设计，串联补偿的容量可以灵活搭配，可根据供电线路传输功率的大小以及供电线路电压差的大小要求，进行不同线路容量串联电压补偿的灵活配置，达到最优的环流控制效果。

3）本实用新型通过GPS同步信号测量不同地点的二条线路电源母线电压信号，获得远距离不同供电电源点的电压差值，作为柔性合环控制串联耦合输出电压，实现合环精准控制的目的。

附图说明

图1为本实用新型中配电网柔性合环控制系统工作原理图；

图2为本实用新型中配电网柔性合环控制系统主电路图；

图3为本实用新型中配网柔性合环控制系统接入配电网线路示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在配电网运行中，为提高供电可靠性，往往需要将来自不同电网却相同电压等级的二条线路进行并网合环运行。但两段中压母线存在电压幅值或相位差，通过环网柜开关强行并网，会产生较大的环流。配电网进行可靠的合环运行，必须解决配电网合环运行控制和合环负荷转供二个问题。

本实用新型实施例提供一种配电网合环运行的柔性控制系统，参见图1，在二段供电线路中串联一个电压源，该电压源是由基于电力电子设备的，采用串联电压补偿的方式，通过串联变压器将交-直-交变流器输出电压耦合到配电网合环线路的合环点之间，则线路两端的电压U1和U2的幅值差和相位差将由该串联变压器耦合电压抵消。该串联插入线路的电压源幅值和相位，根据线路合环二端电源的电压、相位差和需要的潮流流动的大小进行自动调节，两条供电线路的合环电流将得到有效控制。

当其中一侧供电线路电源失电或该侧一个合环开关打开时，该侧的负荷将由另一侧供电线路通过柔性合环控制系统的串联变压器继续供电，不会引起电压短时中断。当电网发生短路故障时，柔性合环控制系统根据保护动作整定值和延时，将串联变压器的高、低压侧旁路开关快速闭合，使得装置不承受电网短路电流的冲击。

本实用新型一个实施例提供配电网柔性合环控制系统电路结构如图2所示：

（1）配电网柔性合环控制系统采用基于IGBT的电力电子柔性控制设备AC-DC-AC变流器。将AC-DC-AC变流器连接于并联变压器TB和串联变压器TS之间之间实现电压柔性控制。

通过GPS同步信号测量系统测量不同地点的二条线路电源母线电压信号，获得远距离不同供电电源点的电压差值，通过串联变压器将该交流电压差以相反的相位耦合插入配电网供电线路中，控制二回不同供电线路合环运行时的合环电流。图2中，CT1为低压电流互感器，用于测量合环线路电流。

串联变压器TS输入的交流电压由低压变流器提供。低压变流器采用双向全桥交直交变流器结构，模块化设计，即图2中的BLQ。

低压变流器的交流电源由一回供电线路的电压经并联变压器TB降压后接入。

并联变压器TB和低压变流器之间连接低压断路器BK2，用于控制低压变流器输入电源的通断。

低压变流器与串联变压器之间设置低压晶闸管快速旁路开关TBS，由低压交流接触器、正反向晶闸管并联对和氧化锌金属避雷器并联组成，用于保护动作快速旁路串联变压器TS阀侧绕组。

串联变压器TS并联高压旁路开关BK1，通过BK1实现合环控制投入运行或线路短路故障时退出运行。

两路供电线路与串联变压器TS之间设置避雷器（图2中的V1和V2）和线路隔离刀闸（图2中的QS2和QS3）及接地刀闸（图2中的QS4和QS5）。避雷器用于吸收线路过电压。当线路隔离刀闸闭合、接地刀闸打开且旁路开关BK1打开时，合环控制系统投入运行，当旁路开关BK1闭合及隔离刀闸打开、接地刀闸闭合时，合环控制系统退出运行，转入检修状态

无论线路合环连接点在近端还是远端，连接点合环（环网联络开关闭合）瞬间，通过基于IGBT的变流器快速减小合环运行时在线路中引起的环流，动态响应时间小于50ms，避免合环开关闭合引起的线路过流及线路开关保护动作，造成合环操作失败。同时通过电力电子变流器可有效控制流过合环开关的潮流，实现合环潮流柔性控制。

（2）配电网柔性合环控制系统在控制与保护方面，采用低压变流器（400V）进行合环电流柔性控制，通过并联变压器TB和串联变压器TS控制合环开关二侧的电压，柔性合环开关本身的容量仅为合环开关开口电压和合环开关电流的乘积（变流器、并联变压器和串联变压器的容量仅为

），远小于通过合环开关的线路供电容量

，使得合环开关的损耗大大降低。当合环线路二端中一端失压引起环网解列时，柔性合环控制系统通过低压变流器快速控制，实现负荷转供。

（3）参见图3，配电网柔性合环控制系统一般安装在二路不同供电电源的配电网主干线路的中间点联络开关C的旁边与其串联。供电线路1和供电线路2分别从各自变电站母线经线路开关A和B出线，分别经主干线路41、42、43柱上断路器及分支开关将电能输出到台区供电变压器。在配电网主干线路中间点往往设置联络开关C进行二段供电线路的合环控制。通常情况下，通过闭合联络开关C，可以使得变电站1和变电站2的配电网线路现场一个环形供电网络，以提高供电可靠性。当变电站1线路开关A，或者41、42、43因线路故障跳闸时，变电站2出线的供电线路通过闭合的联络开关实现负荷转供，变电站2的供电也是如此。由于变电站1和2来自不同的上一级系统，其电压相位可能存在相位差，同时由于线路长度、型号以及所带负荷的不均衡，在联络开关C闭合操作时，可能引起较大的环流，引起联络开关C，或线路开关A、B以及41、42、43开关的过流跳闸，造成合环操作失败。通过配电网柔性合环控制系统则可以通过自动控制抑制合环操作时的冲击电流，在合环操作过程中避免过流保护动作跳闸。

配电网柔性合环控制系统的运行包含如下4种模式：

a、合环操作模式

配电网柔性合环控制系统高压旁路开关BK1和低压旁路开关TBS打开，通过GPS同步信号测量系统测量不同地点的二条线路电源母线电压信号，获得远距离不同供电电源点的电压差值，作为柔性合环控制串联耦合输出电压，由低压AC-DC-AC变流器发出，经串联变压器耦合串联到线路中。这样在进行合环操作时，供电线路中合环瞬间的环流就会大大减小，合环操作不会出现线路过流，结合图3，开关A、B、C和41、42、43不会因合环引起过流跳闸，合环操作顺利完成。

b、潮流控制模式

结合图3，联络开关C闭合后，配电网柔性合环控制系统可根据线路供电需要（如负荷均衡和线损最小等）持续输出一个幅值和相位可调的电压串联于线路中，进行四象限潮流控制。实现对二段供电线路负荷供电的潮流优化配置。

c、潮流转供模式

结合图3，当变电站1或变电站2的其中一回供电线路发生短路故障或者开关分断时，配电网柔性合环控制系统根据检测的线路电流和串联变压器二段电压变化，快速将串联变压器低压旁路开关TBS闭合，实现负荷的快速转供。

d、环流限制模式

当变电站1或变电站2的其中一回线路的故障消除，需要进行恢复供电时，根据线路的运行状态首先打开柔性合环控制系统串联变压器低压旁路开关，使其恢复自动调节，随后输出一个最大电压通过串联变压器串联到供电线路中，使得当断路器A、B或者柱上开关41、42、43闭合恢复线路供电时，通过柔性合环控制系统在50ms内抑制合环环流的上升，使得断路器A、B和41、42、43不会因合环引起过流跳闸，合环操作顺利完成。

配电网柔性合环控制系统通过以上4种工作模式的自动或人工切换，保证了配电网合环操作的顺利进行，大大提高电网运行的可靠性和灵活性。

本实用新型根据配电网合环运行的特点，通过大功率电力电子设备的柔性控制功能对配电网进行柔性合环控制，可以实现以下功能：

（1）消除传统配网合环过程中因合环点两侧电压的幅值和相角差大引起环流造成设备过载、甚至越级跳闸事件的问题，提高配电网的运行可靠性和灵活性。

（2）通过电力电子装备的连续功率调节能力，实现配网线路潮流的灵活控制，改变配网的潮流自然分布特征，降低重载线路的负载率水平，提高配点网运行的经济性。

（3）解决分布式新能源的消纳问题，受限于单条馈线容量、某些分布式能源的“逆调峰”特性和开环运行保护配置等因素，开环网络消纳清洁能源的能力较为有限。在新能源高渗透地区，中压线路的柔性合环运行可进一步提升新能源的消纳能力。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种配电网合环运行的柔性控制系统，其特征在于，串联在二路不同供电电源的配电网供电线路的中间点联络开关旁，包括一个三相交直交变流器；所述三相交直交变流器连接于并联变压器和串联变压器之间；所述并联变压器与一回供电线路相连接，所述串联变压器将三相交直交变流器的输出电压耦合到配电网合环线路的合环点之间。

2.根据权利要求1所述的一种配电网合环运行的柔性控制系统，其特征在于，所述并联变压器为降压变压器；所述并联变压器用于将一回供电线路的电压降压后接入三相交直交变流器，为三相交直交变流器提供交流电源。

3.根据权利要求2所述的一种配电网合环运行的柔性控制系统，其特征在于，所述降压变压器和三相交直交变流器之间还设置低压断路器；所述低压断路器用于控制三相交直交变流器输入电源的通断。

4.根据权利要求1所述的一种配电网合环运行的柔性控制系统，其特征在于，所述三相交直交变流器与串联变压器之间设置低压晶闸管快速旁路开关，所述低压晶闸管快速旁路开关由低压交流接触器、正反向晶闸管并联对和氧化锌金属避雷器并联组成，用于保护动作快速旁路串联变压器阀侧绕组。

5.根据权利要求1所述的一种配电网合环运行的柔性控制系统，其特征在于，所述串联变压器并联高压旁路开关，所述并联高压旁路开关用于控制柔性控制系统的投退。

6.根据权利要求1所述的一种配电网合环运行的柔性控制系统，其特征在于，两路供电线路与串联变压器之间均设置避雷器，线路隔离刀闸及接地刀闸；

所述避雷器用于吸收供电线路过电压；

所述线路隔离刀闸及接地刀闸用于控制柔性控制系统的投入/切除。

7.根据权利要求2至6任意一项所述的一种配电网合环运行的柔性控制系统，其特征在于，所述三相交直交变流器采用基于IGBT的低压双向全桥交直交变流器。

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