[发明专利]一种用于电网直流柔性合环控制装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种电网直流柔性合环控制装置及其控制方法，该装置为串并联装置，包括串联耦合单元、并联耦合单元、及其他旁路开关电路、合环主控制器。设置每组串并联装置串接在每段配电线和负荷之间，在接收到合环指令后，设置合环控制装置工作于电压控制模式，当两组合环装置的直流母线电压一致后，系统进入合环状态。退出合环前，该装置设置为PQ控制模式，逐步减小P、Q到零后依次断开接入开关，合环流程结束。有如下优点：该装置结构简单、成本低，合环监测量相较于交流合环少，效率高。不仅可实现柔性功率互济和故障快速退出，调节合环台区功率因数最优，还可灵活改变配网供电方式，提高新能源消纳水平和直流负载接纳能力。

技术领域

本发明属于配网优化运行控制技术领域，具体涉及一种用于电网柔性直流合环控制装置及其控制方法。

背景技术

现有配电系统面临供电容量不足、电能质量难以保证、供电可靠性低的问题。为了实现网络结构优化，传统配网采用分段开关和联络开关进行闭环，但是无法实现功率柔性互济，且因为合环点的电压差、相位差容易导致较大冲击电流，影响电网安全稳定运行。目前已有相关研究和示范工程用以提高供电可靠性，如花瓣形配电网、蜂巢型配电网、多端口柔性直流合环等配电技术。以不跨区供电的花瓣型电网为例，这种供电模式具有结构简单、负荷转供灵活、故障隔离耗时短、可靠性较高、可扩展性强的特点。但是也存在以下问题：都基本采用单电源合环，这一方式虽然相较开环运行可靠性得到提升，但是对于上级电网故障，则无法保证可靠供电。故障时整个环上的负荷转移到一条馈线，馈线电缆要考虑冗余设计。

可再生能源的大规模接入、用电负荷的多元化增长、直流负荷比例的增加，给传统配电网结构形态和运行方式又带来了巨大挑战。随着电力电子器件的发展，国内外学者提出了柔性互联设备的概念，例如有智能软开关(柔性多状态开关)、统一潮流控制器、环网功率平衡器等，利用电力电子器件快速高效控制能力实现配电网柔性互联，可对多个电压频率、幅值、相位均不同的配电网实现柔性控制和功率互济，促进新能源消纳、满足高电能质量供电需求，从而提高了配电网的可靠性、灵活性和可控性。柔性互联装置一般有两种，一种为基于电力电子设备的交流合环装置，典型特征为采用背靠背双向变流器，具有强大的潮流控制能力，可实现跨区配网柔性互联。但是缺点为设备容量体积过大，成本高，且相较于直流合环，需要考虑相角合环条件，操作耗时；另一种是直流合环方式，转供电系统通常设计为交直流混合供电方式，采用不同区域的直流母线合环方案。直流合环相比交流合环，避免了相角的检测，变流器控制直流电压达到合环条件迅速，合环效率更高，且更适合在直流负荷较多区域和新能源聚集区域的合环。采用多端口直流合环不仅有利于储能和直流负荷就地接入，灵活改变配网供电方式，提高新能源消纳水平，而且由于多条馈线形成相互支撑，在调节能力和运行可靠性方面更具优势。当故障发生时，能够实现多组变流器运行模式的快速无缝切换，保证重要负荷的快速转供。然而，现在的柔性互联装置由背靠背/多端口电力电子变换器组成，同样具有设备容量体积和运行损耗过大，运维成本过高的问题。由此可见，此类柔性合环装置的设备利用率较低，综合成本较高，将大大限制了其应用推广。

因此需要一种结构简单、效率更高、成本更低的柔性合环装置及其控制方案，实现配电网区域间柔性互联和功率互济，提高供电可靠性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于电网直流柔性合环控制装置，其特征在于，该装置为串并联装置，包含两个交流端口与一个直流端口，该装置还包括三端口串联耦合单元、二端口并联耦合单元、旁路开关以及直流合环主控制器；

其中，三端口串联耦合单元的两个交流端口串接到线路中，直流端口与并联耦合单元直流侧相连；

二端口并联耦合单元的交流侧并联到配网线路中，直流端口与串联耦合单元的直流侧相连，形成所述串并联装置的直流输出端口；

旁路开关与串联耦合单元的两个交流端口并联连接，合环控制器负责合环的逻辑控制和接受远程控制。