具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明实施例提供了一种面向交直流混合供电方式的定制电力系统，图1是本发明实施例提供的一种面向交直流混合供电方式的定制电力系统的结构示意图，参考图1，定制电力系统包括：

直流母线和交流母线；直流母线包括第一直流母线分段21、第二直流母线分段22和第三直流母线分段23；交流母线包括第一交流母线分段11、第二交流母线分段12和第三交流母线分段13；其中，第一直流母线分段21通过第一变流器112与第一交流母线分段11连接，第二直流母线分段22通过第二变流器122与第二交流母线分段12连接，第三直流母线分段23通过第三变流器132与第三交流母线分段13连接；第一变流器112、第二变流器122以及第三变流器132用于将交流母线上的交流电整流成直流电并提供给直流母线，或在交流供电中断时将直流侧的电源逆变成交流电供给交流负载(第一变流器112、第二变流器122以及第三变流器132为AC/DC变流器)。

供电单元，供电单元包括第一交流供电单元A1、第二交流供电单元A2和第三交流供电单元A3，第一交流供电单元A1与第一直流母线分段21连接，第二交流供电单元A2与第二直流母线分段22连接，第三交流供电单元A3与第三直流母线分段23连接；其中，第一交流供电单元A1与第二交流供电单元A2之间设置快速切换开关SSTS，并在第一交流供电单元A1或第二交流供电单元A2发生暂将时启动切换；

交流负载单元和直流负载单元；直流负载单元包括对电压连续性的敏感程度依次降低的第一类直流负载211、第二类直流负载221和第三类直流负载231；交流负载单元包括对供电连续性的敏感程度依次降低的第一类交流负载111、第二类交流负载121和第三类交流负载131；第一类直流负载211、第二类直流负载221和第三类直流负载231分别与第一直流母线分段21、第二直流母线分段22和第三直流母线分段23一一对应连接；所述第一类交流负载111、第二类交流负载121和第三类交流负载131分别与第一交流母线分段11、第二交流母线分段12和第三交流母线分段13一一对应连接。

具体的，供电单元包括的第一交流供电单元A1、第二交流供电单元A2和第三交流供电单元A3均可以为电网向用户供电的外部供电线路。交流电机等采用交流供电的负载按照优质供电程度分为三个等级，接在交流供电的三段交流母线分段上。取消开关电源的变频装置等采用直流供电的负载按照优质供电程度分为三个等级，接在直流供电的三段直流母线上，例如计算机，常规的交流供电时提供220伏交流进去，先通过开关电源变直流，然后再直流逆变成频率可控的交流电给主板、CPU、显卡供电，取消开关电源后，即成为了直流负载。

直流负载单元和交流负载单元按照对电压连续性的敏感程度可以进行L1至L3级的分级。第一类交流负载111和第一类直流负载211对应L1级负载；第二类交流负载121和第二类直流负载221对应L2级负载；第三类交流负载131和第三类直流负载231对应L3级负载。L1级负载为供电连续性要求最高的负荷，主要包括重要工业过程设备的温度控制或消防负荷，一旦发生中断供电则会产生产品大量报废或重大安全事故；L2级负载为一般敏感负荷，不能承受较长时间的电压暂降或供电中断，且对电网具有一定的污染或不能承受电网造成的电能质量扰动。也就是说，L2类负载可能会向电网注入谐波，因此需要治理；或电网有谐波时会影响其工作，因此需要预防电网谐波影响；或自身时常产生冲击，因此需要治理；或电网重合闸、雷击杆塔造成了闪动进入该用户会对该用户造成影响，因此需要配置定制设备进行预防。L2级负载中交流负载可以分为谐波敏感负载1211和暂降敏感负载1212。谐波敏感负载1211可以并联有源滤波器1213，通过有源滤波器1213滤除设备注入系统的谐波和制止外部谐波对谐波敏感负载的影响。暂降敏感负载1212可以串联有动态电压恢复器1214，以应对电压暂降或负荷冲击的影响。L3级负载为一般负载，可承受外部供电线路的暂降或停电。

每个负载母线之间还可以设置一负荷开关。如图1，第一类交流负载111与第一交流母线分段11直接设置有开关K₁₁；谐波敏感负载1211与第二交流母线分段12之间设置有开关K₁₂；暂降敏感负载1212与第二交流母线分段12之间设置有开关K₁₃；第三类交流负载131与第三交流母线分段13之间设置有开关K₁₅；第一类直流负载211与第一直流母线分段21之间设置有开关K₂₁；第二类直流负载221与第二直流母线分段22之间设置有开关K₂₂；第三类直流负载231与第三直流母线分段23之间设置有开关K₂₃。

在外部供电方式上，采用三路电源分别对三类负载进行供电。其中在第一交流供电单元A1和第二交流供电单元A2的两路进线处配置一个三切的固态快速切换开关SSTS。第一交流供电单元A1在线路开关201以及固态快速切换开关SSTS中的开关S1闭合后，向第一交流母线分段11供电。第二流供电单元A2在线路开关202以及固态快速切换开关SSTS中的开关S2闭合后，向第二交流母线分段12供电。第三交流供电单元A3在线路开关203闭合后，向第一交流母线分段供电。当第一交流供电单元A1发生电压暂降时，可以快速切换快速切换开关SSTS(开关S2闭合)，由第二交流供电单元A2向第一直流母线分段21供电，当暂降消失后回切至第一交流供电单元A1；当第一交流供电单元A1发生电压暂降时，可以快速切换快速切换开关SSTS(开关S2闭合)，由第一交流供电单元A1向第二直流母线分段22供电，当暂降消失后回切至第二交流供电单元A2。

本发明实施例提供的面向交直流混合供电方式的定制电力系统，在交流供电单元均正常供电状态时，控制变流器将交流母线分段上的交流电整流成直流电并提供给直流母线分段，若第一交流供电单元或第二交流供电单元发生暂降，控制快速切换开关进行切换，以使第二交流供电单元向所述第一交流母线分段供电，或使第一交流供电单元向所述第二交流母线分段供电。快速切换开关和变流器实现对交流供电的电能质量治理，同时也可对直流供电的电能质量治理，实现了在交直流混合供电方式下，对交直流侧负载差异化的供电方式的电能质量的治理。

可选的，请继续参考图1，供电单元还包括：

混合储能单元30，混合储能单元30与第一直流母线分段21连接；混合储能单元30用于在第一交流供电单元A1发生暂降时向第一直流母线分段21供电；

其中，混合储能单元30包括蓄电池31和第一超导储能子单元32，蓄电池31用于在系统正常运行时进行充电以备用放电，第一超导储能子单元32用于稳定第一直流母线分段21上的直流电压和消除直流纹波，以及在蓄电池31投运时进行瞬态大电流补偿以减少蓄电池的冲击并延长其使用寿命；

第二直流母线分段22还与第二超导储能子单元70电连接，第二超导储能子单元70用于稳定第二直流母线分段22上的直流电压，以及消除直流纹波。

具体的，对供电连续性要求最高的第一类交流负载111接在第一交流母线分段11上，当第一交流供电单元A1的外部供电线路发生暂降或供电中断时，连接在同一母线上的第一变流器112(第一变流器为AC/DC变流器)由整流状态转变为逆变状态。蓄电池31和超导储能组合而成的混合储能单元30开始放电，并且经第一变流器逆变产生交流电供给第一类交流负载111工作。第一变流器112常规方式为整流状态，在蓄电池31对第一类交流负载111供电时为逆变状态，在交流母线发生波动时也可通过无功控制实现短时电压补偿，起到静止无功补偿器的作用。第二变流器122常规方式为整流状态，在第二交流母线分段12电压需要调节时候还可以通过无功控制实现短时电压补偿，起到静止无功补偿器的作用。

若第一交流供电单元A1的暂降或供电中断的持续时间接近混合储能单元30可支撑供电时间约一半时，控制快速切换开关SSTS启动切换，由第二交流供电单元A2进行外部供电。可以通过判断第一交流供电单元A1发生暂降的持续时间与混合储能单元30可支撑的一半时间的差值是否小于预设范围，若小于则控制快速切换开关SSTS启动切换，由第一交流供电单元A1对第一直流母线分段21进行外部供电。混合储能单元30可以给第一交流供电单元A1恢复正常工作提供一个缓冲时间的同时，还可以避免只要第一交流供电单元A1出现暂降或供电中断就即刻切换快速切换开关SSTS的情况发生，进而可以减小快速切换开关SSTS在第一交流供电单元A1与第二交流供电单元A2之间切换的频率，保证快速切换开关SSTS的使用寿命。

另外，混合储能单元30为改进的UPS(不间断电源)，包含蓄电池31和第一超导储能子单元32。定制电力系统正常运行时，蓄电池31充满电进入浮充和备用放电模式；第一超导储能子单元32通过快速充放电适时调节，起到稳定第一直流母线分段21电压以及减少电压纹波的作用，类似于直流的DVR(动态电压恢复器1214)和APF(有源滤波器1213)。在需要蓄电池31快速投入保证不停电时，第一超导储能子单元32提供放电初期的瞬时大电流，使得蓄电池31放电功率逐渐增大至与负载平衡，对电池起到保护作用。第二直流母线分段22还与第二超导储能子单元70电连接，第二超导储能子单元70用于稳定第二直流母线分段22上的直流电压。混合储能单元30与直流母线之间、第二超导储能子单元70与直流母线之间还可以设置有DC/DC变流器。

可选的，请继续参考图1，供电单元还包括：

发电机组40，发电机组40与第二交流母线分段12电连接，发电机组40用于在第一交流供电单元A1和所述第二交流供电单元A2均发生供电中断或暂降，且第一直流母线上所连接的蓄电池剩余电量小于第一预设值时，向第一交流母线分段、第二交流母线分段、第一直流母线分段和第二直流母线分段供电；

第一交流母线分段11与第二交流母线分段12之间设置有第一母线联络开关，第一母线联络开关S1用于在发电机组40向交流母线供电时闭合第一交流母线分段11与第二交流母线分段12。

具体的，对供电连续性要求最高的第一类交流负载111接在第一交流母线分段11上，当第一交流供电单元A1的外部供电线路发生暂降或供电中断时，连接在同一母线上的第一变流器由整流状态转变为逆变状态。蓄电池31和超导储能组合而成的混合储能单元30开始放电，并且经第一变流器逆变产生交流电供给第一类交流负载111工作。若第一交流供电单元A1的暂降或供电中断的持续时间接近混合储能单元30可支撑供电时间约一半时，快速切换开关SSTS启动切换，由第二交流供电单元A2进行外部供电。若第二交流供电单元A2同样中断或快速切换开关SSTS切换不成功，则启动交流母线上的发电机组40，在混合储能单元30放电完毕前由发电机组40向第一直流母线分段21和第二直流母线分段22供电。其中，发电机组40可以设置在第二交流母线分段12上，第一交流母线分段11与第二交流母线分段12之间设置有第一母线联络开关S1，第一母线联络开关S1用于在发电机组40向交流母线供电时闭合第一交流母线分段11与第二交流母线分段12。通过发电机组40可以进一步的保证定制电力系统的正常工作，实现对电能质量的治理，发电机组40与交流母线之间可以设置开关K₁₄。

可选的，第一直流母线分段21与第二直流母线分段22之间设置有第二母线联络开关；第二母线联络开关S2用于在第一变流器112发生故障后，闭合第一直流母线分段21与第二直流母线分段22，以使第二直流母线分段22向第一直流母线分段21供电；或在第二变流器122发生故障后，闭合第一直流母线分段21与第二直流母线分段22，以使第一直流母线分段21向第二直流母线分段22供电；

混合储能单元30还用于在第一变流器112发生故障后并且第二母线联络开关闭合前，向第一直流母线分段21供电。

具体的，第一变流器112和第二变流器122互为备用器件，起对第一类直流负载211和第二类直流负载221供电的作用。若第一变流器112故障，则控制连接在第一直流母线分段21与第二直流母线分段22之间的第二母线联络开关S2由断开状态切换为闭合状态，以使第二变流器122向第一直流母线分段21供电；并在第二母线联络开关切换状态期间，混合储能单元30可以向第一直流母线分段21提供电压支撑。若第二变流器122故障，则同样可以控制连接在第一直流母线分段21与第二直流母线分段22之间的第二母线联络开关S2由断开状态切换为闭合状态，以使第一变流器112向第二直流母线分段22供电。由于直流母线相连没有相位不同引起的瞬时冲击，第一直流母线分段21和第二直流母线分段22连通的时间极为短暂。而在第二母线联络开关S2切换开闭状态期间，第二类直流负载221可以承受极为短时的中断，因此可以不需蓄电池31的电压支撑；并且蓄电池31成本较高，配置容量有限，仅用于第一类直流负载211的备用。

其中，对供电连续性要求最高的第一类直流负载211接在第一直流母线分段21上，正常情况下由第一变流器以整流模式提供直流供电，为防止第一类直流负载211在发生单相接地短路故障时由于过流，导致连接在第一类直流负载211和第一直流母线分段21之间的负荷开关K21跳闸，在第一类直流负载211的支路上串联有超导限流器212。通过使用了超导限流器212进行限流，从而保证第一类直流负载211在发生单相接地短路故障时可以正常运行。蓄电池31、超导储能和超导限流器212实现了对直流供电的电能质量治理。

综上，本发明实施例公开的一种面向交直流混合供电方式的定制电力系统，给第一交流母线分段供电和给第二交流母线分段供电的两个供电单元之间设置的快速切换开关，在二者中任一个供电单元发生暂将暂降时启动切换；并且第一直流母线上配置的超导-电池混合储能在第一交/直流母线发生暂降或短时供电中断时启动切换为第一交/直流母线上的最重要负荷不间断供电，其中超导储能提供瞬态功率型快速补偿，电池储能提供能量补偿形成互补；第一直流母线连接到第一类直流负荷串联接入超导限流器保证负载短路时电流不至于过大导致跳闸；第二交流母线上设置的有源滤波器在谐波源注入谐波时予以滤除；第二交流母线连接到暂降敏感负荷串联接入动态电压恢复装置并与外部的快速切换开关配合治理电压暂降；第二交流母线设置发电机组永益应对长时间的外部供电中断；第二直流母线上配置的超导储能用以治理直流纹波和直流电压波动；以上配置实现了对交直流混合供电方式下电能质量的综合治理。

可选的，供电单元还包括光伏供电单元50和/或风机供电单元60；光伏供电单元50和/或风机供电单元60与第三直流母线分段23电连接；

第三交流母线分段13与第二交流母线分段12之间设置有第三母线联络开关S3；第三母线联络开关S3用于在第一交流供电单元A1和第二交流供电单元A2均发生供电中断，第一直流母线分段21、第二直流母线分段22储能释放完毕，以及柴油发电机组40的剩余燃料小于第二预设值时，闭合第三交流母线分段11与第二交流母线分段12，以使第三交流母线分段13对所有负荷供电；

第三直流母线分段23与第二直流母线分段22之间设置有第四母线联络开关；第四母线联络开关用于在光伏供电单元50和/或风机供电单元60向第三直流母线分段23的供电量大于第三直流负载对风和/或光能源的消耗量时，闭合第三直流母线分段23与第二直流母线分段22，以使光伏供电单元50和/或风机供电单元60向第二直流母线分段22以及第一直流母线分段21供电。

具体的，分布式的风光以直流的形式接入，正常运行时被第三类直流负载231消耗，从而提高了利用效率。光伏供电单元50与直流母线之间设置有DC/DC变流器，风机供电单元60与直流母线之间设置有DC/AC变流器。第三类直流负载231的电源可以设置为一部分来自于分布式可再生能源，不足时可以来自于外部供电线路的电源经过第三变流器132的整流补给。或者一部分来自于外部供电线路，不足时可以来自于分布式可再生能源的补给。或者同时接收外部供电线路的电源和分布式可再生能源，对此不做限定。在第三段直流母线上的负载L3不足以消纳风光清洁能源时，可通过三段直流母线分段的合环，让第二类直流负载221和第一类直流负载211予以消纳。光伏供电单元50和/或风机供电单元60在外部供电的三路电源都中断时，可协助蓄电池31延长不间断供电时间；光伏供电单元50和/或风机供电单元60还可以在发电机应急供电时，与混合储能单元30相配合起到调节作用，实现最大化地高效率消纳可再生能源。光伏供电单元50和/或风机供电单元60连接在直流母线上，通过直流负载直接消耗其产生的电能，或通过运行方式的变换进行蓄电池31和超导储能(第一超导储能在单元32和第二超导储能子单元70)进行充电，使其尽量被直流负载消耗，提高了可再生能源消纳的效率。另外，也可以设置第三变流器132也具有逆变状态，进而可以把多余的可再生能源变成交流电供给第三类交流负载131。

本发明实施例提供过的定制电力系统，在交直流混合供电方式下，交直流侧差异化定制与针对性电能质量治理。DVR、有源滤波、快速切换开关和AC/DC变流器实现对交流供电的电能质量治理；蓄电池、超导储能、超导限流器以及快速切换开关和AC/DC变流器则实现对直流供电的电能质量治理。超导限流器保证第一类直流负载在单相接地故障下人能不间断运行；超导储能起到消除直流母线电压纹波作用；超导储能与电池储能形成混合储能单元，在投入时由超导储能提供初始大电流，确保电池逐渐输出功率，从而延长电池使用寿命。变流器拓扑结构决定了其具备四象限运行的能力，并且变流器均可利用该功能具备快速发/吸无功从而支撑交流母线电压的能力。离散式的风电通过直驱电机整流、分布式光伏经过直流变换后均连接到直流电压母线上，通过直流负载直接消耗，或通过运行方式的变换进行蓄电池和超导储能进行充电，使其尽量被直流负载消耗，提高可再生能源消纳的效率。

本发明实施例还提供了一种定制电力系统的控制方法，用于控制上述任意实施例所述的面向交直流混合供电方式的定制电力系统，图2是本发明实施例提供的一种定制电力系统的控制方法的流程图，参考图2，方法包括：

S110、在第一交流供电单元、第二交流供电单元和第三交流供电单元正常供电状态时，控制第一变流器将第一交流母线分段上的交流电整流成直流电并提供给第一直流母线分段，控制第二变流器将第二交流母线分段上的交流电整流成直流电并提供给第二直流母线分段，以及控制第三变流器将第三交流母线分段上的交流电整流成直流电并提供给第三直流母线分段。

S120、若第一交流供电单元或第二交流供电单元发生暂降，控制快速切换开关进行切换，以使第二交流供电单元向所述第一交流母线分段供电，或使第一交流供电单元向所述第二交流母线分段供电。

可选的，第一直流母线分段还与混合储能单元连接；在第一交流供电单元发生暂降后，方法还包括：

控制混合储能单元向所述第一直流母线分段供电，并控制第一变流器将第一直流母线分段上的直流电逆变成交流电，以提供给第一交流母线分段；

判断第一交流供电单元发生暂降的持续时间与混合储能单元可支撑的一半时间的差值是否小于预设范围，若小于则控制快速切换开关启动切换，由第一交流供电单元对第一直流母线分段进行外部供电。

可选的，供电单元还包括发电机组，发电机组与第二交流母线分段电连接；在第一交流供电单元发生暂降或供电中断后，方法还包括：

若第二交流供电单元同样发生暂降或控制快速切换开关启动切换失败，且第一直流母线上所连接的蓄电池剩余电量小于第一预设值时，则控制启动连接在第二交流母线分段上的发电机组，并控制闭合连接在第一交流母线分段与第二交流母线分段之间的第一母线联络开关，以使发电机组向第一交流母线分段与第二交流母线分段供电。

可选的，方法还包括：

若第一变流器发生故障，控制连接在第一直流母线分段与第二直流母线分段之间的第二母线联络开关由断开状态切换为闭合状态，以使第二直流母线分段向第一直流母线分段供电；并在第二母线联络开关切换状态期间，控制混合储能单元向第一直流母线分段提供供电支撑。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。