一种配电网柔性互联装置及其控制方法
阅读说明：本技术 一种配电网柔性互联装置及其控制方法 (Power distribution network flexible interconnection device and control method thereof ) 是由 毕成 肖风良 李伟 谢文刚 宋中建 张志成 于 2021-10-25 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种配电网柔性互联装置及其控制方法,配电网柔性互联装置包括：多个AC/DC双向变流器,所述AC/DC双向变流器的DC端之间电连接,所述AC/DC双向变流器的AC端与输入端电连接；不同两组AC/DC双向变流器之前设置机械联络开关,所述机械联络开关分别相连AC/DC双向变流器的AC端电连接。在传统配电网联络开关的基础上融入AC/DC双向变流器和机械联络开关组成的柔性互联装置。实现了配网正常运行时母线、馈线间的功率流动,可充分利用负荷率较低的变电站母线功率,提高能量利用率。在满足母线、馈线实现柔性互联的同时,机械联络开关的加入可实现一旦出现故障线路时,由另一条正常运行的线路为故障线路中的负载供电。(The application discloses distribution network flexible interconnection device and control method thereof, and the distribution network flexible interconnection device comprises: the system comprises a plurality of AC/DC bidirectional converters, a plurality of control circuits and a plurality of control circuits, wherein DC ends of the AC/DC bidirectional converters are electrically connected, and AC ends of the AC/DC bidirectional converters are electrically connected with input ends; and mechanical interconnection switches are arranged in front of the two different groups of AC/DC bidirectional converters and are respectively connected with the AC ends of the AC/DC bidirectional converters in an electric connection mode. A flexible interconnection device consisting of an AC/DC bidirectional converter and a mechanical interconnection switch is integrated on the basis of the traditional interconnection switch of the power distribution network. The power flow between the bus and the feeder line when the distribution network normally operates is realized, the power of the bus of the transformer substation with lower load rate can be fully utilized, and the energy utilization rate is improved. When the flexible interconnection of the bus and the feeder line is realized, the addition of the mechanical interconnection switch can realize that once a fault line occurs, another normal operation line supplies power to a load in the fault line.)
技术领域
本申请涉及交流配电网技术领域，具体涉及一种配电网柔性互联装置及其控制方法。
背景技术
随着发电与用电形式的多样化，配电网在电力系统中扮演的角色愈发重要。各种分布式新能源的高效消纳、能源的协调调配，以及用户侧的高质供给等都经由配电网来完成，它与电力用户直接相连，其供电可靠性对用户有巨大的影响。有统计资料表明，80％的用户停电事故是由于配电系统故障引起的，因此，提高配电网运行可靠性具有十分重要的实际意义。
传统配电网由于受短路容量、电磁环网等问题的限制，被迫采取闭环设计、开环运行的模式。正常运行时呈辐射状接线形式，潮流方向单一，保护方式简单，虽然便于运行和管理，但供电可靠性相对较低，故障后的故障隔离和供电恢复都需要短时停电，供电可靠性难以得到进一步提高。潮流随网络结构参数以及负荷需求而自然分布，只能通过开关操作的网络重构才能在一定程度上改变潮流分布。开环运行对供电可靠性有负面影响，潮流控制力不强对安全性和供电能力也是不利的。
柔性多状态开关可以满足智能配电网分布式能源的消纳、高供电可靠性等定制电力需求，被视为提升供电灵活性及可靠性的关键配电装备。针对我国城乡配电网发展薄弱的现状，柔性多状态开关技术的应用还有望提升中压线路联络率，构建坚强的负荷转移通道，改善电能质量等。但大容量的柔性开关结构复杂，造价昂贵，限制了其在配电网中的应用和推广。
发明内容
本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种配电网柔性互联装置，包括：多个AC/DC双向变流器，所述AC/DC双向变流器的DC端之间电连接，所述AC/DC双向变流器的AC端与输入端电连接；不同两组AC/DC双向变流器之前设置机械联络开关，所述机械联络开关分别相连AC/DC双向变流器的AC端电连接。
采用上述实现方式，在传统配电网联络开关的基础上融入AC/DC双向变流器和机械联络开关组成的柔性互联装置。实现了配网正常运行时母线、馈线间的功率流动，可充分利用负荷率较低的变电站母线功率，提高能量利用率。在满足母线、馈线实现柔性互联的同时，机械联络开关的加入可实现一旦出现故障线路时，由另一条正常运行的线路为故障线路中的负载供电。
结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，第一输入端与第一馈线电连接，第二输入端与所述第二馈线电连接，所述第一馈线和所述第二馈线为同一变电站同一母线的馈线，所述第一输入端和所述第二输入端为所有输入端中的任意两个输入端。
当柔性互联装置设置在同变电站、同一母线的不同馈线之间时，以两条馈线为例，第一馈线与第一AC/DC双向变流器的输入端电连接，第二馈线与第二AC/DC双向变流器的输入端电连接。如果在某一时刻第一馈线的负荷率较低，而第二馈线负荷较高，则通过第一AC/DC双向变流器和第二AC/DC双向变流器控制功率由负荷功率较小的一端向负载功率较大的一端流动，提供有功支撑和无功补偿，实现同一母线两段馈线的闭环运行和潮流控制。在紧急情况下，当其中一段馈线发生故障断电时，联络开关合闸，由另一条正常运行的馈线为故障馈线中的负载供电，进而分担了同母线不同馈线的负载压力。
结合第一方面，在第一方面第二种可能的实现方式中，第一输入端与第三馈线电连接，第二输入端与第四馈线电连接，所述第三馈线和所述第四馈线为同一变电站不同母线的馈线，所述第一输入端和所述第二输入端为所有输入端中的任意两个输入端。
当柔性互联装置设置在同变电站、不同母线的不同馈线之间时，依然以两条馈线为例，第三馈线与第一AC/DC双向变流器的输入端电连接，第四馈线与第二AC/DC双向变流器的输入端电连接。如果在某一时刻第三馈线的负荷率较低，而第四馈线负荷较高，则通过第一AC/DC双向变流器和第二AC/DC双向变流器控制功率由负荷功率较小的一端向负载功率较大的一端流动，提供有功支撑和无功补偿，实现不同母线不同馈线的闭环运行和潮流控制。在紧急情况下，当其中一段馈线发生故障断电时，联络开关合闸，由另一条正常运行的馈线为故障馈线中的负载供电，进而分担了同变电站不同母线的馈线间的负载压力。
结合第一方面，在第一方面第三种可能的实现方式中，第一输入端与第一母线电连接，第二输入端与第二母线电连接，所述第一母线和所述第二母线位于同一变电站，所述第一输入端和所述第二输入端为所有输入端中的任意两个输入端。
当柔性互联装置设置在同一变电站、不同母线之间时，两条母线为例，第一母线与第一AC/DC双向变流器的输入端电连接，第二母线与第二AC/DC双向变流器的输入端电连接。如果在某一时刻第一母线的负荷率较低，而第二母线负荷较高，则通过第一AC/DC双向变流器和第二AC/DC双向变流器控制功率由负荷功率较小的一端向负载功率较大的一端流动，提供有功支撑和无功补偿，实现同变电站不同母线之间的闭环运行和潮流控制。在紧急情况下，当其中一母线发生故障断电时，联络开关合闸，由另一条正常运行的母线为故障母线中的负载供电，进而分担了同变电站的负载压力。
结合第一方面，在第一方面第四种可能的实现方式中，第一输入端与第一母线电连接，第二输入端与第二母线电连接，所述第一母线和所述第二母线位于不同变电站，所述第一输入端和所述第二输入端为所有输入端中的任意两个输入端。
当柔性互联装置设置在不同变电站、不同母线之间时，两条母线为例，第三母线与第一AC/DC双向变流器的输入端电连接，第四母线与第二AC/DC双向变流器的输入端电连接。如果在某一时刻第三母线的负荷率较低，而第四母线负荷较高，则通过第一AC/DC双向变流器和第二AC/DC双向变流器控制功率由负荷功率较小的一端向负载功率较大的一端流动，提供有功支撑和无功补偿，实现不同变电站母线的闭环运行和潮流控制。在紧急情况下，当其中一母线发生故障断电时，联络开关合闸，由不同变压站的正常运行的母线为故障母线中的负载供电，进而减轻了故障母线端变电站的压力。
结合第一方面，在第一方面第五种可能的实现方式中，第一输入端与第五馈线电连接，第二输入端与第六馈线电连接，所述第五馈线和所述第六馈线为不同变电站不同母线的馈线，所述第一输入端和所述第二输入端为所有输入端中的任意两个输入端。
当柔性互联装置设置在不同变电站、不同母线的不同馈线之间时，依然以两条馈线为例，第五馈线与第一AC/DC双向变流器的输入端电连接，第六馈线与第二AC/DC双向变流器的输入端电连接。如果在某一时刻第五馈线的负荷率较低，而第六馈线负荷较高，则通过第一AC/DC双向变流器和第二AC/DC双向变流器控制功率由负荷功率较小的一端向负载功率较大的一端流动，提供有功支撑和无功补偿，实现不同变电站不同母线不同馈线的闭环运行和潮流控制。在紧急情况下，当其中一段馈线发生故障断电时，联络开关合闸，由另一条正常运行的馈线为故障馈线中的负载供电，进而减轻了故障馈线端母线的压力。
结合第一方面或第一方面第一至五种任一可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，相邻所述AC/DC双向变流器之间设置直流母线，所述直流母线两端分别与不同AC/DC双向变流器的DC端电连接，所述直流母线接入新能源电源。新能源电源包括光伏、储能等新能源电源，接入新能源电源可为各种直流负荷供电，增加了系统供能的多样性，提高了系统可靠性。
结合第一方面第六种可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述机械联络开关初始状态为常开。
第二方面，本申请实施例提供了一种配电网柔性互联装置控制方法，用于控制权利第一方面或第一方面任一可能实现方式所述的配电网柔性互联装置，所述方法包括：判断变电站的运行状态；如果变电站正常运行，则保持机械联络开关分闸，AC/DC双向变流器实现配电网母线或馈线间的互联，控制功率流动；或者，如果变电站运行异常，则确定异常母线或馈线，通过机械联络开关进行线路切换。
结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述通过机械联络开关进行线路切换，包括：控制与异常母线或馈线连接的机械联络开关合闸，将与所述机械联络开关电连接的母线或馈线替换异常母线或馈线。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种配电网柔性互联装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种配电网柔性互联装置设置示意图；
图3为本申请实施例提供的一种配电网柔性互联装置设置示意图；
图4为本申请实施例提供的一种配电网柔性互联装置设置示意图；
图5为本申请实施例提供的一种配电网柔性互联装置设置示意图；
图6为本申请实施例提供的一种配电网柔性互联装置设置示意图；
图7为本申请实施例提供的一种接入新能源电源的配电网柔性互联装置示意图；
图8为本申请实施例提供的另一种配电网柔性互联装置的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种配电网柔性互联装置的控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。
本申请实施例提供的配电网柔性互联装置，包括：多个AC/DC双向变流器，所述AC/DC双向变流器的DC端之间电连接，所述AC/DC双向变流器的AC端与输入端电连接；不同两组AC/DC双向变流器之前设置机械联络开关，所述机械联络开关分别相连AC/DC双向变流器的AC端电连接。
图1为本申请实施例提供的一种配电网柔性互联装置的结构示意图，图1中的配电网柔性互联装置包括第一AC/DC双向变流器VSC1、第二AC/DC双向变流器VSC2和一个机械联络开关CS，机械联络开关CS初始状态为常开。下面以图1中提供的配电网柔性互联装置为例，对配电网柔性互联装置应用在同变电站和不同变电站进行一一阐述。
参见图2，第一输入端与第一馈线电连接，第二输入端与所述第二馈线电连接，所述第一馈线和所述第二馈线为同一变电站同一母线的馈线，所述第一输入端和所述第二输入端为所有输入端中的任意两个输入端。
第一馈线与第一AC/DC双向变流器VSC1的输入端电连接，第二馈线与第二AC/DC双向变流器VSC2的输入端电连接。如果在某一时刻第一馈线的负荷率较低，而第二馈线负荷较高，则通过第一AC/DC双向变流器VSC1和第二AC/DC双向变流器VSC2控制功率由负荷功率较小的一端向负载功率较大的一端流动，提供有功支撑和无功补偿，实现同一母线两段馈线的闭环运行和潮流控制。在紧急情况下，当其中一段馈线发生故障断电时，联络开关合闸，由另一条正常运行的馈线为故障馈线中的负载供电，进而分担了同母线不同馈线的负载压力。
参见图3，第一输入端与第三馈线电连接，第二输入端与第四馈线电连接，所述第三馈线和所述第四馈线为同一变电站不同母线的馈线，所述第一输入端和所述第二输入端为所有输入端中的任意两个输入端。
第三馈线与第一AC/DC双向变流器VSC1的输入端电连接，第四馈线与第二AC/DC双向变流器VSC2的输入端电连接。如果在某一时刻第三馈线的负荷率较低，而第四馈线负荷较高，则通过第一AC/DC双向变流器VSC1和第二AC/DC双向变流器VSC2控制功率由负荷功率较小的一端向负载功率较大的一端流动，提供有功支撑和无功补偿，实现不同母线不同馈线的闭环运行和潮流控制。在紧急情况下，当其中一段馈线发生故障断电时，联络开关合闸，由另一条正常运行的馈线为故障馈线中的负载供电，进而分担了同变电站不同母线的馈线间的负载压力。
参见图4，第一输入端与第一母线电连接，第二输入端与第二母线电连接，所述第一母线和所述第二母线位于同一变电站，所述第一输入端和所述第二输入端为所有输入端中的任意两个输入端。
第一母线与第一AC/DC双向变流器VSC1的输入端电连接，第二母线与第二AC/DC双向变流器VSC2的输入端电连接。如果在某一时刻第一母线的负荷率较低，而第二母线负荷较高，则通过第一AC/DC双向变流器VSC1和第二AC/DC双向变流器VSC2控制功率由负荷功率较小的一端向负载功率较大的一端流动，提供有功支撑和无功补偿，实现同变电站不同母线之间的闭环运行和潮流控制。在紧急情况下，当其中一母线发生故障断电时，联络开关合闸，由另一条正常运行的母线为故障母线中的负载供电，进而分担了同变电站的负载压力。
参见图5，第一输入端与第一母线电连接，第二输入端与第二母线电连接，所述第一母线和所述第二母线位于不同变电站，所述第一输入端和所述第二输入端为所有输入端中的任意两个输入端。
第三母线与第一AC/DC双向变流器VSC1的输入端电连接，第四母线与第二AC/DC双向变流器VSC2的输入端电连接。如果在某一时刻第三母线的负荷率较低，而第四母线负荷较高，则通过第一AC/DC双向变流器VSC1和第二AC/DC双向变流器VSC2控制功率由负荷功率较小的一端向负载功率较大的一端流动，提供有功支撑和无功补偿，实现不同变电站母线的闭环运行和潮流控制。在紧急情况下，当其中一母线发生故障断电时，联络开关合闸，由不同变压站的正常运行的母线为故障母线中的负载供电，进而减轻了故障母线端变电站的压力。
参见图6，第一输入端与第五馈线电连接，第二输入端与第六馈线电连接，所述第五馈线和所述第六馈线为不同变电站不同母线的馈线，所述第一输入端和所述第二输入端为所有输入端中的任意两个输入端。
第五馈线与第一AC/DC双向变流器VSC1的输入端电连接，第六馈线与第二AC/DC双向变流器VSC2的输入端电连接。如果在某一时刻第五馈线的负荷率较低，而第六馈线负荷较高，则通过第一AC/DC双向变流器VSC1和第二AC/DC双向变流器VSC2控制功率由负荷功率较小的一端向负载功率较大的一端流动，提供有功支撑和无功补偿，实现不同变电站不同母线不同馈线的闭环运行和潮流控制。在紧急情况下，当其中一段馈线发生故障断电时，联络开关合闸，由另一条正常运行的馈线为故障馈线中的负载供电，进而减轻了故障馈线端母线的压力。
参见图7，相邻所述AC/DC双向变流器之间设置直流母线，所述直流母线两端分别与不同AC/DC双向变流器的AC端电连接，所述直流母线接入新能源电源。新能源电源包括光伏、储能等新能源电源，接入新能源电源可为各种直流负荷供电，增加了系统供能的多样性，提高了系统可靠性。
需要指出的是，上述实施例中对配电网柔性互联装置仅是以AC/DC双向变流器两个进行介绍的，当然AC/DC双向变流器可以包含三个甚至更多。如图8所示，图8中的配电网柔性互联装置包含了三个AC/DC双向变流器和三个机械联络开关CS，采用图8中的配电网柔性互联装置可以实现三条线路之间的互联，具体不再阐述。
通过本申请提供的配电网柔性互联装置，可有效调节同变电站和不同变电站之间用电负荷高峰和低谷的差异，减轻高负荷变电站在用电高峰期大功率运转的压力，同时提高低负荷变电站的能量利用率。
与上述实施例提供的一种配电网柔性互联装置相对应，本申请还提供了一种配电网柔性互联装置控制方法的实施例。
参见图9，配电网柔性互联装置控制方法包括：
S101,判断变电站的运行状态。
S102,如果变电站正常运行，则保持机械联络开关CS分闸，AC/DC双向变流器实现配电网母线或馈线间的互联，控制功率流动。
变电站正常运行时，装置的联络开关保持分闸状态，柔性多状态开关运行实现配电网母线/馈线间的互联，控制功率流动，使配电网闭环运行。
S103,如果变电站运行异常，则确定异常母线或馈线，通过机械联络开关CS进行线路切换。
在紧急情况下，如某段母线发生故障断电时，装置联络开关合闸，由其余正常运行的母线代替故障母线，同时可借助直流母线中的储能等资源通过双向变流器逆变，为故障母线中的负载供电，大大提升了系统运行的稳定性。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。