分区电网互联系统和方法
【专利摘要】本发明提供了一种分区电网互联系统和方法。该分区电网互联系统包括：第一换流站，其交流侧与第一分区电网的供电线路连接；第二换流站，其交流侧与第二分区电网的供电线路连接，控制装置，用于分别获取第一分区电网和第二分区电网的负载状态，并按照负载状态控制第一换流站和第二换流站的电能转换方式，其中，第一换流站的直流侧和第二换流站的直流侧通过直流电缆连接。换流站采用大规模电力电子器件进行交直流变换，在控制装置的调度下独立进行控制，同时向电网提供有功功率和无功功率的紧急支援，通过换流站的电能变换能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制，从而解决了直接使用交流联络线进行分区电网互联时造成的电网运行稳定性下降的问题。
【专利说明】分区电网互联系统和方法【技术领域】
[0001]本发明涉及电力领域，具体而言，涉及一种分区电网互联系统和方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着城市电网的不断发展和电厂的不断建设，电网结构越来越紧密，在提高电网供电可靠性的同时，也造成城市电网短路水平不断提高。为降低城市电网短路水平，缩小事故影响范围，大型城市电网一般实施分区供电，以保障电网的供电可靠性，现有的电网互联方法是分区之间设置具备大负荷转移能力的交流联络线路。图1是现有技术中分区电网互联的示意图，在图1中，第一分区电网11和第二分区电网12通过220KV的交流联络线连接，交流联络线上的潮流方向有两个分区电网的负荷需求决定。
[0003]但是使用大负荷转移能力的交流联络线进行电网分区互联存在以下问题:
[0004]1、在分区电网出现故障的情况下，通过交流联络线路相互传输有功功率，潮流大小取决于电气关系及负荷需求，是不可控的，在极端情况下可能造成联络线功率过大的问题。
[0005]2、在分区电网出现故障的情况下，通过交流联络线实现分区间无功的互供，若无功互供过大，可能造成部分分区无功不足，电压下降。
[0006]3、在分区电网出现故障的情况下，通过交流联络线进行分区联络时，将会提高故障分区的短路水平。
[0007]4、高电压电网中电气距离较大，通过交流线路互联可能存在分区电网间不同步的问题，可能会造成由于分区间不同步引起的电网稳定问题。
[0008]针对现有技术中使用交流联络线路进行分区电网互联导致的分区电网不同步影响电网稳定性的问题，尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0009]本发明旨在提供一种分区电网互联系统和方法，以解决现有技术中使用交流联络线路进行分区电网互联导致的分区电网不同步影响电网稳定性的问题。
[0010]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种分区电网互联系统。该分区电网互联系统用于连接第一分区电网和第二分区电网，包括:第一换流站，第一换流站的交流侧与第一分区电网的供电线路连接；第二换流站，第二换流站的交流侧与第二分区电网的供电线路连接；控制装置，用于分别获取第一分区电网和第二分区电网的负载状态，并按照负载状态控制第一换流站和第二换流站的电能转换方式，其中，第一换流站的直流侧和第二换流站的直流侧通过直流电缆连接。
[0011]进一步地，第一换流站包括第一电压源型换流器，用于转换第一换流站直流侧和交流侧的电能；第二换流站包括第二电压源型换流器，用于转换第二换流站直流侧和交流侧的电能。
[0012]进一步地，第一电压源型换流器和第一电压源型换流器，分别使用三相二电平换流器拓扑结构，每个桥臂由多个IGBT串联组成。或者第一电压源型换流器和第一电压源型换流器，分别使用三相三电平换流器拓扑结构，每个桥臂由多个IGBT串联组成。
[0013]进一步地，本发明提供的分区电网互联系统还包括:第一变压器，该第一变压器的二次侧带有分接头开关，第一变压器的一次侧与第一分区电网的供电线路连接，第一变压器的二次侧的分接头与第一换流站的交流侧连接；第二变压器，该第二变压器的二次侧带有分接头开关，第二变压器的一次侧与第二分区电网的供电线路连接，第二变压器的二次侧的分接头与第二换流站的交流侧连接。
[0014]进一步地,第一换流站还包括第一电抗器，第一换流器通过第一电抗器与第一变压器的二次侧的分接头连接；第二换流站还包括第二电抗器，第二换流器通过第二电抗器与第二变压器的二次侧的分接头连接。
[0015]进一步地，第一换流站还包括第一电容器，设置在第一换流站的直流侧；第二换流站还包括第二电容器，设置在第二换流站的直流侧。
[0016]进一步地，第一换流站还包括第一滤波器，设置在第一换流站的交流侧；第二换流站还包括第二滤波器，设置在第二换流站的交流侧。
[0017]根据本发明的另一个方面，还提供了一种分区电网互联方法。该分区电网互联方法包括:分别获取第一分区电网和第二分区电网的负载状态；按照负载状态控制第一换流站和第二换流站的电能转换方式。
[0018]进一步地，按照负载状态控制第一换流站和第二换流站的电能转换方式包括:当第一分区电网的负载超过当前的受电量时，控制第二换流站将第二分区电网的交流电能转换为直流电能并由直流电缆传输给第一换流站，由第一换流站转换为交流电能向第一分区电网供电；当第二分区电网的负载超过当前的受电量时，控制第一换流站将第一分区电网的交流电能转换为直流电能并由直流电缆传输给第二换流站，由第二换流站转换为交流电能向第二分区电网供电。
[0019]应用本发明的技术方案，分区电网互联系统包括:第一换流站，第一换流站的交流侧与第一分区电网的供电线路连接；第二换流站，第二换流站的交流侧与第二分区电网的供电线路连接，控制装置，用于分别获取第一分区电网和第二分区电网的负载状态，并按照负载状态控制第一换流站和第二换流站的电能转换方式，其中，第一换流站的直流侧和第二换流站的直流侧通过直流电缆连接。换流站采用大规模电力电子器件进行交直流变换，采用直流电进行电能传输，在分区电网内使用交流供电，换流站可以在控制装置的调度下独立进行控制，向电网提供有功功率和无功功率的紧急支援，通过换流站的电能变换能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制，从而解决了直接使用交流联络线进行分区电网互联时造成的电网运行稳定性下降的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0021]图1是现有技术中分区电网互联的示意图；
[0022]图2是根据本发明实施例的分区电网互联系统的示意图；
[0023]图3是根据本发明实施例的分区电网互联系统的换流站连接示意图；[0024]图4A是根据本发明实施例的分区电网互联系统的换流站的三相二电平换流器拓扑结构示意图；
[0025]图4B是根据本发明实施例的分区电互联系统的换流站的三相三电平换流器拓扑结构示意图；
[0026]图5是根据本发明实施例的分区电网互联方法的示意图。
【具体实施方式】
[0027]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0028]本发明实施例提供了一种分区电网互联系统，用于连接第一分区电网11和第二分区电网12，图2是根据本发明实施例的分区电网互联系统的示意图，如图2所示，本发明实施例的分区电网互联系统包括:第一换流站21，第一换流站21的交流侧与第一分区电网11的供电线路连接；第二换流站22，第二换流站22的交流侧与第二分区电网12的供电线路连接，控制装置15，用于分别获取第一分区电网11和第二分区电网12的负载状态，并按照负载状态控制第一换流站21和第二换流站22的电能转换方式，其中，第一换流站21的直流侧和第二换流站22的直流侧通过直流电缆23连接。
[0029]上述第一换流站21和第二换流站22采用大规模电力电子器件进行交直流变换，采用直流电进行电能传输，在分区电网内使用交流供电，换流站可以在控制装置的调度下独立进行控制，可以同时向电网提供有功功率和无功功率的紧急支援，通过换流站的电能变换能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制。
[0030]图3是根据本发明实施例的分区电网互联系统的换流站连接示意图，如图3所示，第一换流站21和第二换流站22可以分别使用电压源型换流器作为换流器，其中第一换流站21包括第一电压源型换流器211，第二换流站22包括第二电压源型换流器221，第一电压源型换流器211用于转换第一换流站21直流侧和交流侧的电能，第二电压源型换流器221用于转换第二换流站22直流侧和交流侧的电能。
[0031]电压源型换流器的桥臂是由大功率的可控关断型电力电子器件(如IGBT、IGCT)和反并联二极管组成。随着大功率电力电子器件的发展，IGBT的耐受电压达到6.5kV、通断电流最大达到3kA，IGCT能承受的断态重复峰值电压达到6kV，最大可控关断电流达3.6kA。本发明的实施例可以根据实际使用情况选择IGBT、IGCT或其它功率开关器件。
[0032]以上第一电压源型换流器211和第二电压源型换流器221的换流器拓扑结构可以选择使用三相二电平换流器拓扑结构或者三相三电平换流器拓扑结构，图4A是根据本发明实施例的分区电网互联系统的换流站的三相二电平换流器拓扑结构示意图，图4B是根据本发明实施例的分区电网互联系统的换流站的三相三电平换流器拓扑结构示意图，两种换流器拓扑结构，都具有六个桥臂，桥臂有IGBT和与之反并联的二极管组成，在高压大功率情况下，为提高换流器容量和电压等级，每个桥臂有多个IGBT和二极管的单元串联，串联的个数可以根据换流器的额定功率、电压等级和电力电子开关器件的通电能力与耐压强度决定。
[0033]为了使分区电网的电压等级与换流站交流侧的额定值匹配，本实施例的分区电网互联系统，还可以包括:第一变压器212，该第一变压器212的二次侧带有分接头开关，第一变压器212的一次侧与第一分区电网11的供电线路连接，第一变压器212的二次侧的分接头与第一换流站21的交流侧连接；第二变压器222，该第二变压器222的二次侧带有分接头开关，第二变压器222的一次侧与第二分区电网12的供电线路连接，第二变压器222的二次侧的分接头与第二换流站22的交流侧连接。
[0034]上述第一变压器212和第二变压器222可以采用常规的单相或二相变压器，为了使换流站能够达到最大的有功功率和无功功率，优选采用二次侧绕组带有分接头开关的变压器，通过调节分接头来调节二次侧的基准电压，进而获得最大的有功和无功输送能力。另夕卜，变压器连接交流系统侧的绕组(一次侧)一般采用星形接法，而靠近换流器侧的绕组(二次侧)则采用二角形接法。从而变压器绕组中基本不含谐波电流分量和直流电流分量，这种变压器接法可以防止由调制模式引起的零序分量向交流系统传递。此外，为了向换流站提供辅助交流电源，变压器还可以采用三绕组变压器，预留一组绕组用于向换流站供电。
[0035]为了抑制换流器输出的电流和电压中的开关频率谐波量，同时抑制短路电流，本实施例的分区电网互联系统，还可以包括:第一换流站21还包括第一电抗器213,第一换流器通过第一电抗器213与第一变压器212的二次侧的分接头连接；第二换流站22还包括第二电抗器223，第二换流器通过第二电抗器223与第二变压器222的二次侧的分接头连接。
[0036]为了缓冲桥臂开断的冲击电流，减小直流侧的电压谐波，并为受电一端的换流站提供电压支撑。本发明实施例的分区电网互联系统，，还包括:第一换流站21还包括第一电容器214，设置在第一换流站21的直流侧；第二换流站22还包括第二电容器224，设置在第二换流站22的直流侧。第一电容器214和第二电容器224的大小决定其抑制直流电压波动的能力，也影响控制装置15的相应性能。
[0037]本发明实施例的分区电网互联系统，还可以包括:第一换流站21还包括第一滤波器215，设置在第一换流站21的交流侧；第二换流站22还包括第二滤波器225，设置在第二换流站22的交流侧。用于保证总谐波率达到相关的谐波标准。
[0038]本发明实施例还提供了一种分区电网互联方法，该分区电网互联方法可以通过本发明上述实施例所提供的任一种分区电网互联系统来执行，图5是根据本发明实施例的分区电网互联方法的示意图，如图5所述，本发明实施例的分区电网互联方法包括:
[0039]步骤S51，分别获取第一分区电网11和第二分区电网12的负载状态；
[0040]步骤S53，按照负载状态控制第一换流站21和第二换流站22的电能转换方式。
[0041]上述步骤S53可以包括:当第一分区电网11的负载超过当前的受电量时，控制第二换流站22将第二分区电网12的交流电能转换为直流电能并由直流电缆23传输给第一换流站21，由第一换流站21转换为交流电能向第一分区电网11供电，由第二分区电网12向第一分区电网11供电；当第二分区电网12的负载超过当前的受电量时，控制第一换流站21将第一分区电网11的交流电能转换为直流电能并由直流电缆23传输给第二换流站22，由第二换流站22转换为交流电能向第二分区电网12供电，由第一分区电网11向第二分区电网12供电。
[0042]应用本发明的技术方案，分区电网互联系统包括:第一换流站，第一换流站的交流侧与第一分区电网的供电线路连接；第二换流站，第二换流站的交流侧与第二分区电网的供电线路连接，控制装置，用于分别获取第一分区电网和第二分区电网的负载状态，并按照负载状态控制第一换流站和第二换流站的电能转换方式，其中，第一换流站的直流侧和第二换流站的直流侧通过直流电缆连接。换流站采用大规模电力电子器件进行交直流变换，采用直流电进行电能传输，在分区电网内使用交流供电，换流站可以在控制装置的调度下独立进行控制，向电网提供有功功率和无功功率的紧急支援，通过换流站的电能变换能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制，从而解决了直接使用交流联络线进行分区电网互联时造成的电网运行稳定性下降的问题。
[0043]显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0044]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种分区电网互联系统，用于连接第一分区电网和第二分区电网，其特征在于，包括: 第一换流站，所述第一换流站的交流侧与所述第一分区电网的供电线路连接； 第二换流站，所述第二换流站的交流侧与所述第二分区电网的供电线路连接； 控制装置，用于分别获取所述第一分区电网和所述第二分区电网的负载状态，并按照所述负载状态控制所述第一换流站和所述第二换流站的电能转换方式，其中， 所述第一换流站的直流侧和所述第二换流站的直流侧通过直流电缆连接。
2.根据权利要求1所述的分区电网互联系统，其特征在于， 所述第一换流站包括第一电压源型换流器，用于转换所述第一换流站直流侧和交流侧的电能； 所述第二换流站包括第二电压源型换流器，用于转换所述第二换流站直流侧和交流侧的电能。
3.根据权利要求2所述的分区电网互联系统，其特征在于，所述第一电压源型换流器和所述第一电压源型换流器，分别使用三相二电平换流器拓扑结构，每个桥臂由多个IGBT串联组成。
4.根据权利要求2所述的分区电网互联系统，其特征在于，所述第一电压源型换流器和所述第一电压源型换流器，分别使用三相三电平换流器拓扑结构，每个桥臂由多个IGBT串联组成。
5.根据权利要求1所述的分区电网互联系统，其特征在于，还包括: 第一变压器，该第一变压器的二次侧带有分接头开关，所述第一变压器的一次侧与所述第一分区电网的供电线路连接，所述第一变压器的二次侧的分接头与所述第一换流站的交流侧连接； 第二变压器，该第二变压器的二次侧带有分接头开关，所述第二变压器的一次侧与所述第二分区电网的供电线路连接，所述第二变压器的二次侧的分接头与所述第二换流站的交流侧连接。
6.根据权利要求5所述的分区电网互联系统，其特征在于， 所述第一换流站还包括第一电抗器，所述第一换流器通过所述第一电抗器与所述第一变压器的二次侧的分接头连接； 所述第二换流站还包括第二电抗器，所述第二换流器通过所述第二电抗器与所述第二变压器的二次侧的分接头连接。
7.根据权利要求1所述的分区电网互联系统，其特征在于， 所述第一换流站还包括第一电容器，设置在所述第一换流站的直流侧； 所述第二换流站还包括第二电容器，设置在所述第二换流站的直流侧。
8.根据权利要求1所述的分区电网互联系统，其特征在于， 所述第一换流站还包括第一滤波器，设置在所述第一换流站的交流侧； 所述第二换流站还包括第二滤波器，设置在所述第二换流站的交流侧。
9.一种分区电网互联方法，其特征在于，包括: 分别获取所述第一分区电网和所述第二分区电网的负载状态； 按照所述负载状态控制第一换流站和第二换流站的电能转换方式。
10.根据权利要求9所述的分区电网互联方法，其特征在于，按照所述负载状态控制所述第一换流站和第二换流站的电能转换方式包括: 当所述第一分区电网的负载超过当前的受电量时，控制所述第二换流站将所述第二分区电网的交流电能转换为直流电能并由直流电缆传输给所述第一换流站，由所述第一换流站转换为交流电能向所述第一分区电网供电； 当所述第二分区电网的负载超过当前的受电量时，控制第一换流站将所述第一分区电网的交流电能转换为直流电能并由直流电缆传输给所述第二换流站，由所述第二换流站转换为交流电能向所述第二分区电网供电。
【文档编号】H02J3/08GK103633652SQ201210309513
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月27日 优先权日:2012年8月27日
【发明者】张凯, 舒彬, 刘兆燕, 李雪男, 李伟, 娄奇鹤 申请人:国家电网公司, 北京市电力公司, 北京电力经济技术研究院