[发明专利]一种柔性合环装置及其控制方法

说明书

本发明公开一种柔性合环装置及其控制方法，所述柔性合环装置包括所述柔性合环装置包括变压器T、储能变流器PCS、储能单元、滤波器、2个开关(S₁和S₂)和2个电网(电网u_g1和电网u_g2)，变压器T的原边端子分别为T₁和T₂，变压器T的副边的副边端子分别为T₃和T₄，且变压器的副边端子为开绕组结构(副边端子分别为T₃和T₄)。通过设计合适的变压器原边和副边移相角、控制储能变流器PCS产生合适的交流输出电压uo2以及控制2个开关的合理开关顺序，实现两个电网ug1和ug2之间的柔性互联，相对于常规的背靠背式柔性互联装置，本发明可以显著减少变压器和功率变换器的容量以及损耗，进而降低装置的硬件成本、提高运行效率，具有较大的经济效益。

技术领域

本发明属于配网优化运行控制技术领域，具体涉及一种柔性合环装置及其控制方法。

背景技术

我国配网采用“闭环设计、开环运行”的设计原则，通过调控联络开关、分段开关的状态可优化网络结构，维持配网的高效运行、实现故障区域的供电恢复。而基于机械开关的倒合闸操作瞬间，系统含有较大的冲击电流，影响系统的稳定运行。基于电力电子技术的柔性合环装置，可以产生幅值和相位任意的电压，因此在合环瞬间不会产生较大的冲击电流，具有较高的合环运行性能。目前研究较多的柔性合环装置采用背靠背的方案,如附图1所示。在该方案中，两个变流器VSC1和VSC2共直流母线连接，交流侧分别接一个电网。在中压等级的配网中，电网电压可达10kV以上。受限于功率半导体器件的耐压能力，两个变流器的交流侧均需安装变压器以降低变流器处理的电压。这一方案控制简单，理论成熟，在实际中已有一定应用。

然而，该方案存在以下显著不足：

1)成本高昂。两个变流器和两台变压器均需要处理全部的功率，需要较多的功率半导体器件以及铜和铁等原材料，工程造价高，经济效益差。

2)效率较低。该方案存在四级功率变换，即使每一级的效率高达99％，装置的总效率也仅为96％,产生较大的电能浪费，且需要复杂的散热装置。

目前有学者提出了其它拓扑的柔性合环装置方案，但并未真正解决背靠背方案存在的主要问题，这制约了柔性合环技术的工程应用。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种柔性合环装置及其控制方法，通过新型的电路拓扑结构，解决现有柔性合环装置成本高昂、效率较低的不足，促进柔性合环技术在中/低压配电网中的应用。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：所述柔性合环装置包括变压器T、储能变流器PCS、储能单元、滤波器、开关S₁、开关S₂、电网u_g1和电网u_g2，变压器T的原边端子分别为T₁和T₂，变压器T的副边的副边端子分别为T₃和T₄，且变压器的副边端子为开绕组结构，PCS为典型的拓扑结构，优选为一个DC-DC变换器和电压源变换器(VSC)组成，亦可采用其它拓扑，所述柔性合环装置的连接关系为：

S1：电网u_g1接到变压器T的原边；

S2：变压器原边的一个端子(T1)通过开关S₁与副边端子T₃相连，变压器原边的另一个端子(T₂)接到电网u_g1的中性点；

S3：变压器副边的T3端子通过开关S₂与电网u_g2相连；