一种基于多端柔性互联技术的交直流混合优质配电系统的制作方法

本发明属于电网装备与运行控制技术领域，特别涉及一种基于多端柔性互联技术的交直流混合优质配电系统。

背景技术：

近年来,随着我国经济的快速发展,城市化建设的深入,现代工业园区用电负荷日益密集,电力走廊的规划布置愈加紧张,对传统配电网供电能力提出了更高要求。同时，随着新能源、电力电子技术等多元化负荷的发展,传统配电网中出现大批直流、变频交流等新形式电源,系统中直流或含有直流环节的负荷占比也迅速增长。虽然直流配电网为直流发电单元和负荷提供了高效的接入方式，然而采用单一供电架构难以满足多类型分布式发电单元和负荷及储能单元的集成。

随着高新技术的发展，敏感负荷的应用越来广泛，电能质量扰动成为用户和电力企业都无法忽视的重要问题。对于电能质量要求较高且负荷相对集中的敏感电力用户，工业园区不失为一种高效的电能质量解决方案。目前，国内外工业界对优质工业园区供电方案的内容还没有形成统一的认识，存在多种拓扑结构及定制电力设备的配置方法，且对于园区用户电能质量多元需求的分析，供电质量分级等基础性问题研究不足，造成优质工业园区投资浪费，且无法满足用户电能质量需求等问题。

针对上述问题对配电网带来的新需求和新挑战，目前研究的主要方案包括储能、主动配电网以及虚拟电厂等，这些思路和方案仍是基于现有网络结构，通过采用先进的储能、信息和控制技术，实现配电网运行能力和经济性的提升。但是，由于现有配电网网架结构限制，这些方案难以进一步在可再生能源功率波动分担、潮流灵活控制、供电可靠性提升等方面发挥更大的作用。

智能配电柔性开关装置的基本理念在于代替多分段多联络配电系统中的馈线常开联络开关，使馈线间形成常态化“软连接”。一般以全控型电力电子装置为基础，能够根据控制指令实时调整相连馈线间的功率流动，从而改变整个系统的潮流分布，使配电系统的运行调度更加“柔性”。与传统基于常规开关的联络方式相比，柔性开关避免了开关频繁变位造成的安全隐患，极大地提高了配电系统运行控制的灵活性和快速性，带来了多方面的益处：调节能力强、动作速度更快、动作成本更低、故障影响更小。随着大容量、低损耗电力电子元件的不断涌现以及单位容量价格的不断降低，柔性开关装置在中低压配网层面的接入将更加广泛，从而彻底改变传统配电网“闭环设计、开环运行”的供电方式，使系统同时具备开环网络和闭环网络的两方面优点。

为了进一步提升多个交流供电区域可靠性，从结构上改变目前配电网的联络和供电方式是一种新的方案，通过引入具有高度可控性和灵活性的柔性直流技术，构成交直流混合配电系统，能够较好地解决交流配电网目前面临的以上问题。采用柔性互联装置构建多个交流区域互联，通过直流线路实现多个交流区域相互支持，并且直流线路中可以集成大量的直流负载、分布式发电与储能系统。在不增加短路电流的条件下，实现城市分区间的电能互供，以充分发挥各分区的供电能力，提升系统的可靠性；在正常运行状态下，实现分区间的负荷均衡，提升电网的运行效率；在异常或故障状态下，可向系统提供动态有功功率或者无功功率支撑，增强电网运行的功角稳定性和电压稳定性；当故障消除后，分区间能够实现快速有效的电能支援，避免系统的连锁故障。

配电网在电力系统中担负着分配电能的重要任务，利用柔性分区互联装置实现城市高压配电网的互联，构成交直流混合配电网，不仅可以更方便直流负荷和分布式电源的接入，还能够缓解电力工业园区网络站点走廊有限与负荷密度高的矛盾，在负荷中心提供动态无功支持，提高配电系统的电能质量、安全性、稳定性和运行效率，使电力工业园区配电网运行更加灵活、可控，是未来工业园区配电网的重要发展方向。

技术实现要素：

本发明的目的是基于多端柔性互联技术，具备高度可靠性和灵活性、满足各类能源和负荷接入、交直流混合配电网互联和环网闭环运行特性，实现负荷优质供电的交直流混合优质配电系统，提高配电网运行安全性、可靠性和经济性。

本发明的目的在于基于交直流多源协同调度技术、交直流网络相互支持技术，提出一种基于多端柔性互联技术的交直流混合优质配电系统，实现面向工业园区不同供电区域之间柔性直流互联和交直流混合环网闭环运行控制，解决高渗透率可再生能源接入问题。该类型交直流混联配电结构不仅可以提供可靠的直流供电以保障多类型直流负载、发电设备的接入，提高使用效率，而且也可以利用互联变流站调控交直流之间以及不同交流线路之间的潮流，优化系统运行，相互支撑电压，提升整体的优质供电能力、供电效率以及分布式发电接入能力。

本发明给出的技术方案是：

一种基于多端柔性互联技术的交直流混合优质配电系统，是指基于多端柔性互联技术，通过三端口交直流柔性互联开关，实现交流配电系统和直流配电系统的连接，通过柔性交直流开关和柔性直流开关，实现直流新能源和交流新能源的接入；通过对三端口交直流柔性互联开关、柔性交直流开关及柔性直流开关的相互配合，实现多变流器口间的潮流控制和中压直流母线电压、低压直流母线电压的稳定运行；三端口交直流柔性互联开关具备通和断的两种状态，而且可实现功率连续可控，当第一交流母线发生故障时，可选用备用第二母线继续进行供电，减少供电中断、合环冲击等问题，缓解电压暂降/暂升等暂态电能的现象，保障优质供电。

本发明的技术方案为一种多端柔性互联技术的交直流混合优质配电系统，其特征在于包括：第一中压交流断路器、第二中压交流断路器、交流联络开关、第一中压交流母线、第二中压交流母线、第一三端口交直流柔性互联开关、第二三端口交直流柔性互联开关、第一中压直流断路器、第二中压直流断路器、中压直流母线、储能系统、第一柔性直流开关、低压直流断路器、低压直流母线、第二柔性直流开关、柔性交直流开关、直流新能源、交流新能源。

所述第一中压交流母线与所述交流联络开关通过导线连接，所述第二中压交流母线与所述交流联络开关通过导线连接。

所述第一中压交流断路器与所述第一中压交流母线通过导线连接；所述第一中压交流母线与所述第一三端口交直流柔性互联开关的交流输入接口通过导线连接；所述第一三端口交直流柔性互联开关的直流接口与所述第一中压直流断路器通过导线连接。

所述第二中压交流断路器与所述第二中压交流母线通过导线连接；所述第二中压交流母线与所述第二三端口交直流柔性互联开关的交流输入接口通过导线连接；所述第二三端口交直流柔性互联开关的直流接口与所述第二中压直流断路器通过导线连接。

所述第一中压直流断路器与所述中压直流母线通过导线连接；所述第二中压直流断路器与所述中压直流母线通过导线连接；所述中压直流母线与所述储能系统通过导线连接；所述中压直流母线与所述第一柔性直流开关通过导线连接；所述第一柔性直流开关与所述低压直流断路器通过导线连接；所述低压直流断路器与所述低压直流母线通过导线连接；所述低压直流母线与所述第二柔性直流开关通过导线连接；所述第二柔性直流开关与所述直流新能源通过导线连接；所述低压直流母线与所述柔性交直流开关通过导线连接；所述第二柔性交直流开关与所述交流新能源通过导线连接。

作为优选，所述第一中压交流断路器用于进行中压交流保护；所述第一中压交流母线用于提供中压交流电源；所述第一三端口交直流柔性互联开关用于能量双向传输、故障隔离，可实现从交流系统到直流系统功率的变换和传输以及从交流系统到交流系统功率的变换、传输、切断故障电流；所述第一中压直流断路器用于进行中压直流保护。

作为优选，所述第二中压交流断路器用于进行中压交流保护；所述第二中压交流母线用于提供中压交流电源；所述第二三端口交直流柔性互联开关用于能量双向传输、故障隔离，可实现从交流系统到直流系统功率的变换和传输以及从交流系统到交流系统功率的变换、传输、切断故障电流；所述第二中压直流断路器用于进行中压直流保护。

所述中压直流母线用于提供中压直流电源；所述储能系统用于直流储能和直流供能；所述第一柔性直流开关用于中压直流电能控制；所述低压直流断路器用于低压直流保护；所述低压直流母线用于提供低压直流电源；所述第二柔性直流开关用于对所述直流新能源输出的直流电进行直流电能控制，直流电能控制后直流电传输至所述低压直流母线；所述柔性交直流开关用于对交流新能源输出的交流电进行整流控制，将整流控制后直流电传输至所述低压直流母线。

本发明的优点是：

中压直流母线电压浮动，可减少储能变换的损耗。所述中压直流母线与所述储能系统通过导线连接，根据储能材料的特性，所述中压直流母线电压可以向下浮动30％。

上下游故障隔离/电能质量污染问题的相互隔离。所述三端口交直流柔性互联开关能够实现多条馈线的互联，当所述三端口交直流柔性互联开关的一端出现故障或电能质量问题时，其余端口可以通过柔性切换工作模式，调整不正常端口进行故障穿越运行或直接锁闭不正常端口，消除不正常端口对其他端口的影响，保证其他端口的持续正常运行，最大限度地实现上下游故障或电能质量问题的相互隔离。

无缝转供电。使用所述三端口交直流柔性互联开关替换传统的交流开关可以平滑切换到备用母线供电，避免切换时刻的冲击，实现无缝转供电。

提供多能源接入接口。所述中压直流母线、低压直流母线便于实现储能系统、分布式发电的接入，所述中压直流母线和所述低压直流母线通过第一柔性直流开关、低压直流断路器连接。

提供优质电能。所述三端口交直流柔性互联开关除了具有故障或电能质量问题隔离功能和无缝转供电功能以外，基于其构建的交直流混合优质配电系统不仅能够提供高可靠性的持续供电，还能够提高馈线负载均衡度、改善电能质量，为未来配电网的实施提供关键技术和设备支撑。

配电灵活，分级管理。根据工业园区配电网中不同电气设备类型对供电质量的需求分为不同级别，本发明中所述配电系统通过三端口交直流柔性互联开关连接，实现配电网功率连续可控、运行的灵活控制，满足分布式电源消纳、高供电可靠性及优质供电等定制电力需求。

附图说明

图1：本发明系统结构图；

图2：本发明实施方式的用电负荷低谷示意图；

图3：本发明实施方式的用电负荷高峰示意图；

图4：本发明实施方式的单端母线故障示意图；

图5：本发明实施方式的单端负荷侧故障示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为基于多端柔性互联技术的交直流混合优质配电系统，其特征在于包括：第一中压交流断路器、第二中压交流断路器、交流联络开关、第一中压交流母线、第二中压交流母线、第一三端口交直流柔性互联开关、第二三端口交直流柔性互联开关、第一中压直流断路器、第二中压直流断路器、中压直流母线、储能系统、第一柔性直流开关、低压直流断路器、低压直流母线、第二柔性直流开关、柔性交直流开关、直流新能源、交流新能源。

本发明实施例中，所述第一中压交流母线与所述交流联络开关通过导线连接，所述第二中压交流母线与所述交流联络开关通过导线连接。

所述第一中压交流断路器与所述第一中压交流母线通过导线连接；所述第一中压交流母线与所述第一三端口交直流柔性互联开关的交流输入接口通过导线连接；所述第一三端口交直流柔性互联开关的直流接口与所述第一中压直流断路器通过导线连接。

所述第二中压交流断路器与所述第二中压交流母线通过导线连接；所述第二中压交流母线与所述第二三端口交直流柔性互联开关的交流输入接口通过导线连接；所述第二三端口交直流柔性互联开关的直流接口与所述第二中压直流断路器通过导线连接。

所述第一中压直流断路器与所述中压直流母线通过导线连接；所述第二中压直流断路器与所述中压直流母线通过导线连接；所述中压直流母线与所述储能系统通过导线连接；所述中压直流母线与所述第一柔性直流开关通过导线连接；所述第一柔性直流开关与所述低压直流断路器通过导线连接；所述低压直流断路器与所述低压直流母线通过导线连接；所述低压直流母线与所述第二柔性直流开关通过导线连接；所述第二柔性直流开关与所述直流新能源通过导线连接；所述低压直流母线与所述柔性交直流开关通过导线连接；所述第二柔性交直流开关与所述交流新能源通过导线连接。

本发明实施例中，所述第一中压交流断路器用于进行中压交流保护；所述第一中压交流母线用于提供中压交流电源；所述第一三端口交直流柔性互联开关用于能量双向传输、故障隔离，可实现从交流系统到直流系统功率的变换和传输以及从交流系统到交流系统功率的变换、传输、切断故障电流；所述第一中压直流断路器用于进行中压直流保护。

所述第二中压交流断路器用于进行中压交流保护；所述第二中压交流母线用于提供中压交流电源；所述第二三端口交直流柔性互联开关用于能量双向传输、故障隔离，可实现从交流系统到直流系统功率的变换和传输以及从交流系统到交流系统功率的变换、传输、切断故障电流；所述第二中压直流断路器用于进行中压直流保护。

所述中压直流母线用于提供中压直流电源；所述储能系统用于直流储能和直流供能；所述第一柔性直流开关用于中压直流电能控制；所述低压直流断路器用于低压直流保护；所述低压直流母线用于提供低压直流电源；所述第二柔性直流开关用于对所述直流新能源输出的直流电进行直流电能控制，直流电能控制后直流电传输至所述低压直流母线；所述柔性交直流开关用于对交流新能源输出的交流电进行整流控制，将整流控制后直流电传输至所述低压直流母线。

所述第一中压交流断路器型号为zw32-12/630-20；所述第二中压交流断路器型号为zw32-12/630-20；所述第一中压交流母线为10kv交流母线；所述第二中压交流母线为10kv交流母线；所述第一三端口交直流柔性互联开关型号为abbpcs100-sfc；所述第二三端口交直流柔性互联开关型号为abbpcs100-sfc；所述第一中压直流断路器型号为abbvd4-1206-25m；所述第二中压直流断路器型号为abbvd4-1206-25m；所述中压直流母线为±10kv直流母线；所述储能系统为蓄电池；所述第一柔性直流开关型号为sinamicsdcp；所述低压直流断路器型号为abbt6n800/4000-8000ff；所述低压直流母线为±400v直流母线；所述第二柔性直流开关型号为sinamicsdcp；所述柔性交直流开关型号为abb4000-wind–interface-eu；所述直流新能源为光伏电池新能源；所述交流新能源为风力新能源。

下面分四种工况对本发明不同场景下的功率流动进行说明，如图2-图5所示：

如图2所示，当上级电网和配网均正常运行，且处于用电负荷低谷期间，所述第一中压交流母线、所述第二中压直流母线带负载情况均相似，所述直流新能源、所述交流新能源均处于停机状态。

本发明的功率流动方向：上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、第一一般交流母线，对第一一般交流负荷进行供电；上级电网输出功率通过第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、第一重要交流供电母线，对第一重要交流负荷进行供电；

上级电网输出功率通过所述第二中压交流断路器、所述第二中压交流母线、第二一般交流母线，对第二一般交流负荷进行供电；上级电网输出功率通过第二中压交流断路器、所述第二中压交流母线、所述第二三端口交直流柔性互联开关、第二重要交流供电母线，对第二重要交流负荷进行供电；

上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、所述第一中压直流断路器、所述中压直流母线，与上级电网输出功率通过所述第二中压交流断路器、所述第二中压交流母线、所述第二三端口交直流柔性互联开关、所述第二中压直流断路器、所述中压直流母线，共同对所述储能系统进行充电；上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、所述第一中压直流断路器、所述中压直流母线、所述第一柔性直流开关、所述低压直流母线，与上级电网输出功率通过所述第二中压交流断路器、所述第二中压交流母线、所述第二三端口交直流柔性互联开关、所述第二中压直流断路器、所述中压直流母线、所述第一柔性直流开关、所述低压直流母线，共同对重要直流负荷进行供电；第一三端口交直流柔性互联开关与第二三端口交直流柔性互联开关直流侧功率双向流动。

如图3所示，当上级电网和配网均正常运行，且处于用电负荷高峰期间，所述第一中压交流母线、所述第二中压直流母线带负载情况均相似，所述直流新能源、所述交流新能源均处于启动状态。

本发明的功率流动方向：上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、第一一般交流母线，对第一一般交流负荷进行供电；上级电网输出功率通过第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、第一重要交流供电母线，对第一重要交流负荷进行供电；

上级电网输出功率通过所述第二中压交流断路器、所述第二中压交流母线、第二一般交流母线，对第二一般交流负荷进行供电；上级电网输出功率通过第二中压交流断路器、所述第二中压交流母线、所述第二三端口交直流柔性互联开关、第二重要交流供电母线，对第二重要交流负荷进行供电；

上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、所述第一中压直流断路器、所述中压直流母线，与上级电网输出功率通过所述第二中压交流断路器、所述第二中压交流母线、所述第二三端口交直流柔性互联开关、所述第二中压直流断路器、所述中压直流母线，共同对所述储能系统进行充电；上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、所述第一中压直流断路器、所述中压直流母线、所述第一柔性直流开关、所述低压直流母线，与上级电网输出功率通过所述第二中压交流断路器、所述第二中压交流母线、所述第二三端口交直流柔性互联开关、所述第二中压直流断路器、所述中压直流母线、所述第一柔性直流开关、所述低压直流母线，与通过直流型能源、第二柔性直流开关、交流新能源、柔性交直流开关、低压直流母线，共同对重要直流负荷进行供电；第一三端口交直流柔性互联开关与第二三端口交直流柔性互联开关直流侧功率双向流动。

如图4所示，当上级电网和配网非正常运行，第一交流母线重载，第二中压交流母线轻载或者第二中压交流母线故障，所述直流新能源、所述交流新能源均处于启动状态。

本发明的功率流动方向：上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、第一一般交流母线，对第一一般交流负荷进行供电；上级电网输出功率通过第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、第一重要交流供电母线，对第一重要交流负荷进行供电；

上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、所述第一中压直流断路器、所述中压直流母线，对储能系统充电；上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、所述第一中压直流断路器、所述中压直流母线、所述第一柔性直流开关、所述低压直流母线，与通过直流型能源、第二柔性直流开关、交流新能源、柔性交直流开关、低压直流母线，共同对重要直流负荷进行供电。

上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、所述第一中压直流断路器、所述中压直流母线、所述第二中压直流断路器、所述第二三端口交直流柔性互联开关、所述第二重要交流供电母线；与通过所述直流型能源、所述第二柔性直流开关、所述交流新能源、所述柔性交直流开关、所述低压直流母线、所述低压直流断路器、所述第一柔性直流开关、所述中压直流母线、所述第二中压直流断路器、所述第二三端口交直流柔性互联开关、所述第二重要交流供电母线，共同对第二重要交流负荷进行供电。

如图5所示，当上级电网和配网非正常运行，第二三端口交直流柔性互联开关负荷侧发生故障，所述直流新能源、所述交流新能源均处于启动状态。

本发明的功率流动方向：上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、第一一般交流母线，对第一一般交流负荷进行供电；上级电网输出功率通过第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、第一重要交流供电母线，对第一重要交流负荷进行供电；

上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、第一一般交流母线，对第一一般交流负荷进行供电；

上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、所述第一中压直流断路器、所述中压直流母线，与上级电网输出功率通过所述第二中压交流断路器、所述第二中压交流母线、所述第二三端口交直流柔性互联开关、所述第二中压直流断路器、所述中压直流母线，共同对所述储能系统进行充电；上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、所述第一中压直流断路器、所述中压直流母线、所述第一柔性直流开关、所述低压直流母线，与上级电网输出功率通过所述第二中压交流断路器、所述第二中压交流母线、所述第二三端口交直流柔性互联开关、所述第二中压直流断路器、所述中压直流母线、所述第一柔性直流开关、所述低压直流母线，与通过直流型能源、第二柔性直流开关、交流新能源、柔性交直流开关、低压直流母线，共同对重要直流负荷进行供电；

上级电网输出功率通过所述第一中压交流断路器、所述第一中压交流母线、所述第一三端口交直流柔性互联开关、所述第二重要交流供电母线、所述导线，对第二重要交流负荷进行供电。

上述四种工况仅为基于多端柔性互联技术的交直流混合优质配电网系统的能量流动的举例说明，本发明不以此为限，其他工况下基于多端柔性互联技术的交直流混合优质配电网系统的能量流动与上述四种工况类似，在此不再赘述。

尽管本文较多地使用了第一中压交流断路器、第二中压交流断路器、交流联络开关、第一中压交流母线、第二中压交流母线、第一三端口交直流柔性互联开关、第二三端口交直流柔性互联开关、第一中压直流断路器、第二中压直流断路器、中压直流母线、储能系统、第一柔性直流开关、低压直流断路器、低压直流母线、第二柔性直流开关、柔性交直流开关、直流新能源、交流新能源等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。