一种交直流混合配电网负荷不间断安全转供方法与流程

本发明涉及一种负荷不间断安全转供方法，特别涉及交直流混合配电网负荷不间断安全转供方法。

背景技术：
直流技术是解决现有配电网存在问题的有效手段之一，交直流混合的配用电更适合未来发展。交直流混合的配用电系统不仅可更好地接纳高密度的分布式能源和直流负荷，而且可缓解城市电网站点走廊有限与负荷密度高的矛盾，同时在负荷中心提供动态无功支持，提高系统安全稳定水平并降低损耗。由此可见，交直流混合配用电是未来的一个重要发展趋势。在交直流混合配电网中，直流网与交流网可以实现相互支撑，尤其是发生交流侧故障时，多端不间断负荷转供可以为交直流混合配电网的安全运行提供有力支持。采用负荷不间断安全转移控制技术，进而解决传统转移过程中的短时供电中断问题，相应成为交直流混合配电网运行和调度的重要功能之一。目前，国内外现有的专利和非专利文献对交直流混合配电网负荷不间断安全转供方法研究较少，赵彪等作者在中国电机工程学报发表的《基于柔性中压直流配电的能源互联网系统》(2015年第35卷第19期)一文指出交流配电母线出现故障，为了保证交流电网中的重要负荷不断电，两端交直流能源互联网在功率富余的前提下，可以工作在定交流电压控制模式，以便给交流电网提供短时支援，但尚未给出具体的实现方法。因此，需要进一步构建合理的交直流混合配电网中负荷不间断安全转供方法。

技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种交直流混合配电网负荷不间断安全转供方法，提供对交流系统负荷的不间断电压/频率支撑，实现故障等异常状态下交流系统负荷的不间断安全转供。同时，当某换流站交流侧出现故障时，本发明可以在切换该换流站控制模式的同时快速调整其他换流站的控制模式，以保障直流网的电压恒定，同时采用实时以太网解决不间断安全转供中多个换流站控制模式切换与保护装置配合的问题。本发明采用的对应实时以太网标准包含但不仅限于Ethernet/IP、Profinet、P-Net、InterBus、Vnet/IP、TCnet、EtherCAT、PowerLink、EPA、Modbus-RTPS等。应用本发明的交直流混合配电网包含交流系统、直流网以及换流站。所述的换流站即AC/DC双向变流器。交流系统通过换流站接入直流网，多个交流系统通过直流网互联。其中：所述的直流网包括直流输出型分布式能源、交流输出型分布式能源、交流负荷、直流负荷、DC/AC变换器、DC/DC变换器、直流断路器，以及直流线路，其中，所述直流线路接入换流站的直流侧，多个直流断路器与直流线路连接；直流断路器通过DC/AC变换器接入交流输出型分布式能源或者交流负荷；直流断路器通过DC/DC变换器接入直流输出型分布式能源或者直流负荷。所述的交流系统包含交流线路、并网开关、交流断路器、交流负荷和交流母线。其中，交流负荷接入交流母线，交流母线通过并网开关接入对应的交流线路，并通过交流断路器接入换流站的交流侧。所述的换流站的控制器为换流站控制器，换流站控制器通过通信接口接入实时以太网。所述并网开关的保护控制器为并网开关保护控制器，并网开关保护控制器通过通信接口接入实时以太网。交直流混合配电网调度系统的通信接口接入实时以太网。换流站控制器、并网开关保护控制器以及交直流混合配电网调度系统三者通过实时以太网进行通信。其中，换流站控制器主要负责调整换流站的控制模式，如直流侧电压控制、有功/无功功率控制、交流恒压恒频或者交流下垂控制等模式，以及调节相应模式下的运行参量。换流站获取换流站的静态信息-额定容量SC,rated，采样换流站直流侧电压，并采样换流站的交流侧电压、电流信号，计算获取该换流站的交流侧有功功率PC、无功功率QC，以及控制标志位FC，并将上述数据与其他异常处理信息向交直流混合配电网调度系统传输。同时，通过实时以太网接收交直流混合配电网调度系统下达的该换流站优先权值PrC、运行功率指令与调整信息，以及并网开关保护控制器传输的并网开关分/合状态。并网开关保护控制器采样并网开关的分/合状态并向实时以太网发布，并接收交直流混合配电网调度系统下达的控制指令，输出相应的并网开关分闸/合闸信号。同时在交流线路电压、电流异常情况下输出并网开关分闸/合闸信号。本发明交直流混合配电网负荷不间断安全转供方法，通过扫描换流站控制模式、构建有效站集合、计算换流站的优先权值、负荷不间断安全转供以及交直流混合配电网潮流优化等步骤，实现交直流混合配电网负荷不间断的安全转供。本发明具体步骤如下：步骤1，扫描换流站控制模式交直流混合配电网的调度系统扫描全部换流站的控制标志位，以C1表示第1个换流站、C2表示第2个换流站，以此类推，Cn表示第n个换流站，n为换流站总数目，换流站总数目n的取值范围依据实际系统而定，但不小于2。当第j个换流站采用交流恒压恒频或者交流下垂控制模式时，则第j个换流站控制标志位FCj设为1，即FCj＝1。步骤2，构建有效站集合在步骤1的基础上，将其中换流站控制标志位FCj不等于1的换流站形成有效站集合，并获取各自对应的静态信息，所述的静态信息包含对应换流站的额定容量SC1,rated、SC2,rated…SCm,rated，以及动态运行功率数据，所述的动态运行功率数据包含对应换流站的交流侧有功功率PC1、PC2…PCm，以及对应换流站的交流侧无功功率QC1、QC2…QCm；m为有效站总数目，取值范围依据实际系统状态而定，有效站总数目m不大于换流站总数目n。步骤3，计算换流站的优先权值在步骤2的基础上，计算有效站集合中各换流站的加权欧式距离值dC1、dC2…dCm，并按照加权欧式距离值的大小顺序对有效站集合中各换流站进行优先权值赋值，加权欧式距离值最大的换流站i优先权值PrCi赋为1，加权欧式距离值排序第二的换流站k优先权值PrCk赋为2，依次类推。交直流混合配电网的调度系统将有效站集合中各换流站的优先权值传输至各换流站。有效站集合中各换流站的加权欧式距离值计算方法如下：第一步，计算有效站集合中，换流站的额定容量SC1,rated...SCj,rated,...SCm,rated中的额定容量最大值Smax；第二步，计算有效站集合中换流站的额定容量SC1,rated...SCj,rated,...SCm,rated对应的额定容量归一化值SC1...SCj,...SCm：第三步，计算有效站集合中各有效站对应的可用容量归一化值SC1,avaible...SCj,avaible...SCm,avaible：第四步，计算有效站集合中各有效站对应的可用功率归一化值PC1,avaible...PCj,avaible...PCm,avaible：第五步，计算额定容量归一化值SC1...SCj,...SCm中的最小值和标准差计算可用容量归一化值SC1,avaible...SCj,avaible...SCm,avaible中的最小值和标准差计算可用功率归一化值PC1,avaible...PCj,avaible...PCm,avaible中的最小值和标准差第六步，计算有效站集合中第j个换流站的加权欧式距离值dCj：步骤4，负荷不间断安全转供换流站控制器实时检测对应换流站的交流侧电压、直流侧电压、并网开关状态等信息，换流站控制器采用安全转供运行控制，共同实现负荷不间断安全转供。以第j个换流站为例，换流站控制器实现的交直流混合配电网各换流站间负荷不间断安全转供运行控制方法如下：第一步，换流站控制器启动定时中断，进入判断处理；第二步，检测换流站控制标志位FCj，当换流站控制标志位FCj等于1时进入第三步，否则转入第四步；第三步，检测并网开关状态，如果并网开关处于闭合状态，则控制换流站切换为有功/无功功率控制模式，并设置换流站控制标志位FCj等于0，结束本次中断；如果并网开关处于断开状态，控制换流站仍然采用交流恒压恒频或者交流下垂控制模式，结束本次中断；第四步，判断换流站控制器是否收到换流站的优先权值减少1指令，如果接收到，则设置该换流站j的优先权值PrCj减少1，如果未接收到则无动作，并转入第五步；第五步，检测换流站的交流侧电压是否低于设定的限定值，如果不低于设定的限定值，则转入第六步；如果低于设定的限定值则转入第七步；第六步，检测直流侧电压是否在正常值范围内，如果直流侧电压在正常值范围，则结束本次中断；如果直流侧电压超越正常值范围，则判断该换流站j的优先权值PrCj，当换流站j的优先权值PrCj等于1时，控制该换流站j采用直流侧电压控制模式，当换流站j的优先权值PrCj不为1时，控制该换流站j延时其优先权值PrCj倍毫秒时间后，采用直流侧电压控制模式，并结束本次中断；第七步，检测并网开关是否断开，如果并网开关未断开，则发送并网开关保护控制器异常信号，并结束本次中断；如果并网开关断开，则转入第八步；第八步，判断换流站j优先权值PrCj，当换流站j优先权值PrCj等于1时，经实时以太网向各换流站以及交直流混合配电网调度系统广播信息，所有换流站优先权值减少1，转入第九步；当换流站j优先权值PrCj不为1时，直接转入第九步；第九步，控制换流站采用交流恒压恒频或者交流下垂控制模式，设置换流站控制标志位FCj等于1，结束本次中断。相应的，并网开关保护控制器负责产生控制并网开关断开/闭合操作的分闸/合闸信号，能够完成并网开关所处线路在过电流、过电压、欠电压、短路故障等异常情况下的运行保护。并网开关保护控制器产生的分闸/合闸信号输入至并网开关的电动操作机构或者线圈控制回路，由并网开关执行相应动作。其工作流程如下：第一步，并网开关保护控制器启动定时中断，进入判断处理；第二步，当并网开关保护控制器检测到交流系统故障以及接收到交直流混合配电网调度系统下达的断开指令时，并网开关保护控制器产生并网开关分闸信号，并转入第三步；当并网开关保护控制器接收到交直流混合配电网调度系统下达的闭合指令时，判断并网开关两侧电压幅值与相位是否满足并网要求，如满足并网要求，产生并网开关合闸信号并转入第三步，如不满足并网要求，则直接转入第三步；其余情况下直接转入第三步；第三步，当接收到异常处理信息时进行异常处理操作，并结束本次中断；当未接收到异常处理信息时直接结束本次中断。步骤5，交直流混合配电网潮流优化交直流混合配电网调度系统根据当前的优化运行目标，如经济性最优、网损最小等，结合各站及系统的运行约束，如线路传输功率约束、换流站功率约束等，进行交直流混合配电网优化潮流计算，产生FCj！＝1的各换流站优化后的控制模式和运行功率指令，并下发至各换流站。本发明将柔性直流技术应用于交流配电网中，赋予了现有配电网更高的可控性与灵活性。故障隔离状态下交直流混合配电网对交流负荷的不间断转供控制，能够有效提升配用电系统的电能质量、可靠性与安全性。因而，本发明针对交直流混合配电网负荷的不间断安全转供需求填补了基于优先权值与协调控制配合的交直流混合配电网负荷不间断安全转供方法的空白，具有广阔的发展与应用前景。附图说明图1应用本发明的交直流混合配电网典型结构框图；图2换流站工作过程示意图；图3不间断安全转供方法流程；图4有效站集合中各换流站的加权欧式距离值计算；图5换流站运行控制流程图；图6并网开关保护控制器工作流程图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。图1为应用本发明的交直流混合配电网典型结构。该交直流混合配电网包含交流系统、直流网以及换流站。所述的换流站即AC/DC双向变流器。交流系统通过换流站接入直流网，多个交流系统通过直流网互联。其中：所述的直流网包括直流输出型分布式能源、交流输出型分布式能源、交流负荷、直流负荷、DC/AC变换器、DC/DC变换器、直流断路器，以及直流线路，其中，所述直流线路接入换流站的直流侧，多个直流断路器与直流线路连接；直流断路器通过DC/AC变换器接入交流输出型分布式能源或者交流负荷；直流断路器通过DC/DC变换器接入直流输出型分布式能源或者直流负荷。所述的交流系统包含交流线路、并网开关、交流断路器、交流负荷和交流母线。其中，交流负荷接入交流母线，交流母线通过并网开关接入对应的交流线路，并通过交流断路器接入换流站的交流侧。图2为所述的换流站工作过程示意图。换流站控制器通过通信接口接入实时以太网。并网开关保护控制器通过通信接口接入实时以太网。交直流混合配电网调度系统的通信接口接入实时以太网。换流站控制器、并网开关保护控制器以及交直流混合配电网调度系统三者通过实时以太网进行通信。其中，换流站控制器主要负责调整换流站的控制模式，如直流侧电压控制、有功/无功功率控制、交流恒压恒频或者交流下垂控制等模式，以及调节相应模式下的运行参量。换流站获取换流站的静态信息-额定容量SC,rated，采样换流站直流侧电压，并采样换流站的交流侧电压、电流信号，计算获取该换流站的交流侧有功功率PC、无功功率QC，以及控制标志位FC，并将上述数据与其他异常处理信息向交直流混合配电网调度系统传输。同时，通过实时以太网接收交直流混合配电网调度系统下达的该换流站优先权值PrC、运行功率指令与调整信息，以及并网开关保护控制器传输的并网开关分/合状态。并网开关保护控制器采样并网开关的分/合状态并向实时以太网发布，并接收交直流混合配电网调度系统下达的控制指令，输出相应的并网开关分闸/合闸信号。同时在交流线路电压、电流异常情况下输出并网开关分闸/合闸信号。如图3所示，本发明交直流混合配电网的各换流站之间不间断安全转供方法流程如下：步骤1，扫描换流站控制模式交直流混合配电网的调度系统扫描全部换流站控制标志位，以C1表示第1个换流站、C2表示第2个换流站，以此类推，Cn表示第n个换流站，n为换流站总数目，换流站总数目n的取值范围依据实际系统而定，但不小于2。当第j个换流站采用交流恒压恒频或者交流下垂控制模式时，则第j个换流站控制标志位FCj设为1，即FCj＝1。步骤2，构建有效站集合在步骤1的基础上，将其中换流站控制标志位FCj不等于1的换流站形成有效站集合，并获取各自对应的静态信息，包含对应换流站的额定容量SC1,rated、SC2,rated…SCm,rated；以及动态运行功率数据，包含对应换流站的交流侧有功功率PC1、PC2…PCm，以及对应换流站的交流侧无功功率QC1、QC2…QCm；m为有效站总数目，取值范围依据实际系统状态而定，有效站总数目m不大于换流站总数目n。步骤3，计算换流站的优先权值在步骤2的基础上，计算有效站集合中各换流站的加权欧式距离值dC1、dC2…dCm，并按照数值大小顺序对有效站集合中各换流站进行优先权值赋值，加权欧式距离值最大的换流站i优先权值PrCi赋为1，加权欧式距离值排序第二的换流站k优先权值PrCk赋为2，依次类推。交直流混合配电网的调度系统将有效站集合中各换流站的优先权值传输至各换流站。步骤4，负荷不间断安全转供换流站控制器实时检测对应换流站的交流侧电压、直流侧电压、并网开关状态等信息，换流站控制器采用安全转供运行控制，共同实现负荷不间断安全转供。步骤5，交直流混合配电网潮流优化交直流混合配电网调度系统根据当前的优化运行目标，如经济性最优、网损最小等，结合各站及系统的运行约束，如线路传输功率约束、换流站功率约束等，进行交直流混合配电网优化潮流计算，产生FCj！＝1的各换流站优化后的控制模式和运行功率指令，并下发至各换流站。如图4所示，本发明有效站集合中各换流站的加权欧式距离值计算方法如下，第一步，计算有效站集合中换流站的额定容量SC1,rated...SCj,rated,...SCm,rated中的额定容量最大值Smax；第二步，计算有效站集合中换流站的额定容量SC1,rated...SCj,rated,...SCm,rated对应的额定容量归一化值SC1...SCj,...SCm：第三步，计算有效站集合中各有效站对应的可用容量归一化值SC1,avaible...SCj,avaible...SCm,avaible：第四步，计算有效站集合中各有效站对应的可用功率归一化值PC1,avaible...PCj,avaible...PCm,avaible：第五步，计算额定容量归一化值SC1...SCj,...SCm中的最小值和标准差计算可用容量归一化值SC1,avaible...SCj,avaible...SCm,avaible中的最小值和标准差计算可用功率归一化值PC1,avaible...PCj,avaible...PCm,avaible中的最小值和标准差第六步，计算有效站集合中第j个换流站的加权欧式距离值dCj：图5所示为本发明的换流站运行控制流程，以第j个换流站为例，换流站控制器实现的交直流混合配电网各换流站间负荷不间断安全转供运行控制方法如下：第一步，换流站控制器启动定时中断，进入判断处理；第二步，检测换流站控制标志位FCj，当换流站控制标志位FCj等于1时进入第三步，否则转入第四步；第三步，检测并网开关状态，如果并网开关处于闭合状态，则控制换流站切换为有功/无功功率控制模式，并设置换流站控制标志位FCj等于0，结束本次中断；如果并网开关处于断开状态，控制换流站仍然采用交流恒压恒频或者交流下垂控制模式，结束本次中断；第四步，判断换流站控制器是否收到换流站的优先权值减少1指令，如果接收到，则设置该换流站j的优先权值PrCj减少1，如果未接收到则无动作，并转入第五步；第五步，检测换流站的交流侧电压是否低于设定的限定值，如果不低于设定的限定值，则转入第六步；如果低于设定的限定值则转入第七步；第六步，检测直流侧电压是否在正常值范围内，如果直流侧电压在正常值范围，则结束本次中断；如果直流侧电压超越正常值范围，则判该断换流站j的优先权值PrCj，当换流站j的优先权值PrCj等于1时，控制该换流站j采用直流侧电压控制模式，当换流站j的优先权值PrCj不为1时，控制该换流站j延时其优先权值PrCj倍毫秒时间后，采用直流侧电压控制模式，并结束本次中断；第七步，检测并网开关是否断开，如果并网开关未断开，则发送并网开关保护控制器异常信号，并结束本次中断；如果并网开关断开，则转入第八步；第八步，判断换流站j优先权值PrCj，当换流站j优先权值PrCj等于1时，经实时以太网向各换流站以及交直流混合配电网调度系统广播信息，所有换流站优先权值减少1，转入第九步；当换流站j优先权值PrCj不为1时，直接转入第九步；第九步，控制换流站采用交流恒压恒频或者交流下垂控制模式，设置换流站控制标志位FCj等于1，结束本次中断。图6为本发明的并网开关保护控制器工作流程：第一步，并网开关保护控制器启动定时中断，进入判断处理；第二步，当并网开关保护控制器检测到交流系统故障以及接收到交直流混合配电网调度系统下达的断开指令时，并网开关保护控制器产生并网开关分闸信号，并转入第三步；当并网开关保护控制器接收到交直流混合配电网调度系统下达的闭合指令时，判断并网开关两侧电压幅值与相位是否满足并网要求，如满足并网要求，产生并网开关合闸信号并转入第三步，如不满足并网要求，则直接转入第三步；其余情况下直接转入第三步；第三步，当接收到异常处理信息时进行异常处理操作，并结束本次中断；当未接收到异常处理信息时直接结束本次中断。