基于多站融合的供配电系统的制作方法

本发明涉及供配电技术领域，具体涉及一种基于多站融合的供配电系统。

背景技术：

多站融合技术指的是在已有变电站资源的基础上，融合建设数据中心站(datacenter)、充换电站、储能站、通信基站和分布式新能源发电站等，以形成多站信息通信以及能源环境相关的基础设施和系统平台，“融合”即通过“多站”的建设，业务上实现能源、信息通信、政务等领域的融合，服务主体上实现电网企业、通信运营商、政府相关委办局等的协同。因而，“多站融合”以提高资源利用效率、促进业务跨界融合为目标，具备开放共享、深度协同的资源和数据服务能力。然而，由于多站融合涉及到的电力功能站(例如：数据中心站、充换电站和储能站)无论是在通信方式、供电等级、供电可靠性要求等方面存在一定差异，因而如何对每个电力功能站进行可靠供电，以保证每个电力功能站都能够稳定运行是多站融合技术亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决如何提高多站融合内每个电力功能站的供电可靠性的技术问题的基于多站融合的供配电系统，所述系统包括第一变压器、第二变压器、第一电能变换装置、第二电能变换装置、第一柔性多状态开关、第二柔性多状态开关、后台服务器以及多个电力功能站；

所述第一变压器的高压侧与第一交流电网连接，所述第一变压器的低压侧与第一交流母线连接；所述第二变压器的高压侧与第二交流电网连接，所述第二变压器的低压侧与第二交流母线连接；

所述第一电能变换装置的交流侧与所述第一交流母线连接，所述第一电能变换装置的直流侧与负载接入端连接；所述第二电能变换装置的交流侧与所述第二交流母线连接，所述第二电能变换装置的直流侧与直流母线连接；所述多个电力功能站分别与所述负载接入端口和/或所述直流母线连接，用于接收所述负载接入端口和/或所述直流母线输出的电能；

所述第一柔性多状态开关的第一端口与所述第一变压器的高压侧连接，所述第一柔性多状态开关的第二端口与所述第二变压器的高压侧连接；所述第二柔性多状态开关的第一端口与所述第一交流母线连接，所述第二柔性多状态开关的第二端口与所述第二交流母线连接；

所述后台服务器分别与所述第一柔性多状态开关以及第二柔性多状态开关通信连接，所述后台服务器被配置成根据负载需求或者上级控制系统发送的控制指令控制所述第一柔性多状态开关与所述第二柔性多状态开关进行工作模式切换。

在上述系统的一个技术方案中，所述电力功能站包括数据中心站，所述数据中心站包括数据服务器和储能装置；所述负载接入端包括第一接入端口和第二接入端口，所述第一接入端口与所述数据服务器连接，用于向所述数据服务器传输电能进行供电；所述第二接入端口与所述储能装置连接，用于向所述储能装置传输电能进行充电；

其中，所述储能装置分别与所述数据服务器以及所述直流母线连接，所述储能装置被配置成向所述数据服务器和/或所述直流母线输出电能，用于向所述数据服务器和/或接入所述直流母线的电力功能站供电。

在上述系统的一个技术方案中，所述第二柔性多状态开关的第三端口与第三交流母线连接；

所述电力功能站还包括分布式电源站和储能电站，所述分布式电源站与所述储能电站分别与所述第三交流母线连接；

所述数据中心站内除所述数据服务器和所述储能装置以外的其他负载与所述第三交流母线连接。

在上述系统的一个技术方案中，所述后台服务器包括顶层控制模块、中间层控制模块和底层控制模块；

所述顶层控制模块被配置成当接收到上级控制系统发送的控制指令时根据所述控制指令控制所述第一柔性多状态开关进行工作模式切换，和/或向所述中间层控制模块发送中间层控制指令；当未接收到所述控制指令时根据负载需求控制所述第一柔性多状态开关进行工作模式切换，和/或向所述中间层控制模块发送中间层控制指令；

所述中间层控制模块被配置成当接收到所述中间层控制指令时根据所述中间层控制指令控制所述第二柔性多状态开关进行工作模式切换，和/或向所述底层控制模块发送底层控制指令；当未接收到所述中间层控制指令时根据负载需求控制第二柔性多状态开关进行工作模式切换，和/或向所述底层控制模块发送底层控制指令；

所述底层控制模块被配置成当接收到所述底层控制指令时根据所述底层控制指令控制所述电力功能站进行工作模式切换；当未接收到所述底层控制指令时根据负载需求控制所述电力功能站进行工作模式切换。

在上述系统的一个技术方案中，所述第一柔性多状态开关包括第一vsc换流器、第二vsc换流器和第一电容器，所述第一vsc换流器与第二vsc换流器的交流侧分别与所述第一柔性多状态开关的第一端口和第二端口连接，所述第一vsc换流器与第二vsc换流器的直流侧分别与所述第一电容器连接；

所述顶层控制模块被进一步配置成当未接收到上级控制系统发送的控制指令时执行以下操作：

获取所述第一交流电网与所述第二交流电网的电网运行状态，根据所述电网运行状态控制所述第一柔性多状态开关进行工作模式切换，

若所述第一交流电网与所述第二交流电网均正常运行，则采用直流电压-无功功率外环控制与电流内环控制的恒压双闭环控制策略对所述第一vsc换流器进行运行控制，以及采用功率外环电流内环控制的功率双闭环控制策略对所述第二vsc换流器进行运行控制；

若所述第一交流电网发生故障或过载，则采用交流电压-频率外环控制与电流内环控制的压频双闭环控制策略对所述第一vsc换流器进行运行控制，以及采用所述恒压双闭环控制策略对所述第二vsc换流器进行运行控制；

若所述第二交流电网发生故障或过载，则采用所述压频双闭环控制策略对所述第二vsc换流器进行运行控制，以及采用所述恒压双闭环控制策略对所述第一vsc换流器进行运行控制；

若所述第一交流电网与所述第二交流电网均发生故障或过载，则控制所述第一柔性多状态开关停止运行。

在上述系统的一个技术方案中，所述第一vsc换流器包括第一vsc控制模块，所述第二vsc换流器包括第二vsc控制模块；

所述第一vsc控制模块与所述第二vsc控制模块均包括换流器驱动器以及多个状态跟踪双闭环控制器；每个状态跟踪双闭环控制器均包括外环控制器、内环控制器和状态跟踪控制器，并且所述外环控制器的输出端与所述状态跟踪控制器的输出端分别通过模式逻辑开关与所述内环控制器的输入端连接，所述内环控制器的输出端分别与所述外环控制器的信号反馈端和所述状态跟踪控制器的信号反馈端连接，以及通过主逻辑开关与所述换流器驱动器连接；所述换流器驱动器被配置成根据所述状态跟踪双闭环控制器的输出信号生成驱动信号，以驱动所述第一vsc换流器或所述第二vsc换流器工作；所述每个状态跟踪双闭环控制器分别被配置成执行各自对应的双闭环控制策略；

所述第一vsc控制模块与所述第二vsc控制模块均被配置成：

响应于所述顶层控制模块根据所述电网运行状态对所述第一柔性多状态开关进行工作模式切换输出的切换指令，根据所述切换指令指定的双闭环控制策略控制相应的状态跟踪双闭环控制器内与外环控制器连接的模式逻辑开关导通、与状态跟踪控制器连接的模式逻辑开关断开、与内环控制器连接的主逻辑开关导通，以及控制其他状态跟踪双闭环控制器内与外环控制器连接的模式逻辑开关关断、与状态跟踪控制器连接的模式逻辑开关导通、与内环控制器连接的主逻辑开关关断。

在上述系统的一个技术方案中，所述第二柔性多状态开关包括第三vsc换流器、第四vsc换流器、第五vsc换流器和第二直流母线电容，所述第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器的交流侧分别与所述第二柔性多状态开关的第一端口、第二端口和第三端口连接，所述第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器的直流侧分别与所述第二直流母线电容连接；

所述中间层控制模块被进一步配置成当未接收到中间层控制指令时执行以下操作：

响应于接收到的所述第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器各自对应的运行控制指令，根据所述运行控制指令并且采用直流电压外环电流内环控制的恒压双闭环控制策略分别对所述第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器进行运行控制；

其中，所述第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器各自对应的运行控制指令分别是对所述第二柔性多状态开关的直流母线电压控制量以及所述第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器各自对应的有功电流参考值ist进行信号叠加生成的指令；

所述有功电流参考值ist的计算公式如下式所示：

所述udc是所述第二柔性多状态开关的直流母线电压有效值，所述udc是所述第二柔性多状态开关的直流母线电压瞬时值，所述是所述直流母线电压控制量，所述c是所述第二直流母线电容的电容值，所述t是驱动所述第二柔性多状态开关中电力电子器件导通/关断的开关周期，所述pl(t)是在t时刻所述第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器各自对应交流侧馈线中传输的负载瞬时功率。

在上述系统的一个技术方案中，所述底层控制模块包括分布式电源站控制子模块、储能电站控制子模块、电能变换装置控制子模块和负载切换开关控制子模块；

所述分布式电源站控制子模块被配置成根据所述第一交流电网与所述第二交流电网的电网运行状态控制所述分布式电源站进行工作模式切换；若所述第一交流电网与所述第二交流电网均正常运行，则控制所述分布式电源站按照最大功率点跟踪模式运行；若所述第一交流电网和/或所述第二交流电网发生故障或过载，则控制所述分布式电源站按照恒压控制模式或待机模式运行；

所述储能电站控制子模块被配置成根据所述第一交流电网与所述第二交流电网的电网运行状态控制所述储能电站进行工作模式切换；若所述第一交流电网与所述第二交流电网均正常运行，则控制所述储能电站按照充电模式或待机模式运行；若所述第一交流电网和/或所述第二交流电网发生故障或过载，则控制所述储能电站按照放电模式或待机模式运行；

所述电能变换装置控制子模块被配置成根据负载功率需求控制所述第二电能变换装置将所述第二交流母线中传输的交流电转换成直流电并且输出至所述直流母线，或者将所述直流母线中传输的直流电转换成交流电并且输出至所述第二交流母线；

所述负载切换开关控制子模块被配置成根据所述系统的实际输出功率以及负载功率需求，选择性地控制所述系统中每个负载各自对应的开关装置导通或关断，以将相应负载接入系统或从系统中切除。

在上述系统的一个技术方案中，所述电力功能站包括通信基站、和/或充换电站、和/或智能建筑，所述通信基站、和/或充换电站、和/或智能建筑分别与所述直流母线连接。

在上述系统的一个技术方案中，所述系统还包括微型燃气轮机，所述微型燃气轮机被配置成在所述第一交流电网与所述第二交流电网均发生断电故障时向所述数据中心站供电。

本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

在实施本发明的技术方案中，通过变压器、电能变换装置和柔性多状态开关等装置将电源、电网、负荷和储能相关的系统、装置、设备等高度融合与集成，可以显著提高供配电系统的供电可靠性，并且有利于对具有不同电压波动敏感程度的敏感负荷(如果电压发生变动或者突然变化将导致其不能正常工作或者功能下降的负荷)进行分级供电，以保证能够对电压波动敏感程度较高的负荷进行持续稳定的可靠供电。通过控制柔性多状态开关等装置可以实现第一交流电网和第二交流电网之间，以及各个交流母线之间的潮流互济与功率支撑，不仅可以提高负载的供电可靠性，还提高了分布式电源站的消纳能力，以及克服了分布式电源站和电动汽车等即插即用负载接入系统带来的潮流变化较大，不利于系统稳定运行的缺陷。

进一步，在一个技术方案中，数据中心站的储能装置可以分别与数据服务器以及第二电能变换装置的直流侧连接的直流母线连接，该储能装置可以被配置成向数据服务器和/或直流母线输出电能，用于向数据服务器和/或接入直流母线的电力功能站供电。如果电网发生断电故障可以利用储能装置向数据服务器供电，保证其在电网断电时还能够稳定运行。如果供配电系统正常运行，可以控制储能装置向直流母线连接的电力功能站等直流负载进行供电，以达到提高储能装置的利用率，削峰填谷以及电压波动抑制等目的。通过控制储能装置向直流母线输出电能进行负载供电、削峰填谷等操作，不仅有利于提高储能装置的利用率，还可以获取一定的金钱收益，有利于供配电系统的维护方/建设方收回储能装置的投资成本。此外，在储能装置每次放电完成后，都可以根据放电后的截止电压分析储能装置的健康状态，以便于对储能装置进行维修或更换。

进一步，在一个技术方案中，基于通信基站如5g基站的高数据速率、低延迟、超大网络容量等优点，可以实现对供配电系统内各设备进行可视化操作，同时基于监控中心能够实现智能配电自动化、用电负荷需求侧响应、分布式能源调控、高级计量和智能电网大视频应用。

附图说明

下面参照附图来描述本发明的具体实施方式，附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的基于多站融合的主要结构框图；

图2是图1所示系统的功率流动示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的第一柔性多状态开关的主要结构示意图；

图4是图3所示第一柔性多状态开关内vsc控制模块的主要结构示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的第二柔性多状态开关的主要结构示意图；

图6是图5所示第一柔性多状态开关内vsc控制模块的主要结构示意图一；

图7是图5所示第一柔性多状态开关内vsc控制模块的主要结构示意图二；

附图标记列表：

11：第一变压器；12：第二变压器；13：第一电能变换装置；14：第二电能变换装置；15：第一柔性多状态开关；16：第二柔性多状态开关；17：后台服务器；18：第一交流电网；19：第二交流电网；20：第一交流母线；21：第二交流母线；22：直流母线；23：第三交流母线。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，“模块”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。术语“a和/或b”表示所有可能的a与b的组合，比如只是a、只是b或者a和b。术语“至少一个a或b”或者“a和b中的至少一个”含义与“a和/或b”类似，可以包括只是a、只是b或者a和b。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。

这里先解释本发明涉及到的一些术语。

柔性多状态开关(softnormallyopenpoint，snop)指的是，基于电力电子器件构建的具有潮流互济与电压支撑等功能的电力电子装置。根据采用的电能变换结构的类型，柔性多状态开关包括但不限于：基于交-直-交电能变换结构(ac/dc/ac)的柔性多状态开关、基于交-交电能变换结构(ac/ac)的柔性多状态开关、基于交-直电能变换结构(ac/dc)的柔性多状态开关、基于直-直电能变换结构(dc/dc)的柔性多状态开关等。进一步，根据柔性多状态开关内部电力电子器件与电网的连接方式，柔性多状态开关主要包括背靠背电压源型换流器(backtobackvoltagesourceconverter，b2bvsc)、统一潮流控制器(unifiedpowerflowcontroller，upfc)和串联补偿器(staticseriessynchronouscompensator，sssc)等。

电力功能站指的是，在电力系统中与电源、电网、负荷和储能相关的系统、装置、设备等。电力功能站可以包括电源功能站、和/或电网功能站、和/或负荷功能站、和/或储能功能站。电源功能站包括但不限于：新能源发电电源功能站如光伏电源功能站。负荷功能站包括但不限于：电动汽车充电站。

参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的基于多站融合的供配电系统的主要结构框图。如图1所示，本发明实施例中的基于多站融合的供配电系统主要包括第一变压器11、第二变压器12、第一电能变换装置13、第二电能变换装置14、第一柔性多状态开关15、第二柔性多状态开关16、后台服务器17以及多个电力功能站。其中，电力功能站包括但不限于：数据中心站、分布式电源站、储能电站、通信基站、充换电站和智能建筑等。其中，图1所示的各英文参数的含义如下：snop表示柔性多状态开关，hvdc表示基于高压直流输电技术构建的电压源型换流器(voltagesourceconverterbasedhighvoltagedirectcurrent,vsc-hvdc)，pv表示光伏电源功能站(photovoltaic)，es表示储能电站(storedenergy)，ev表示电动汽车(electricvehicle)，5g表示基于第五代移动通信技术(5thgenerationmobilenetworks)构建的通信基站。

在本实施例中第一变压器11的高压侧与第一交流电网18连接，第一变压器11的低压侧与第一交流母线20连接。第二变压器12的高压侧与第二交流电网19连接，第二变压器12的低压侧与第二交流母线21连接。第一变压器11被配置成将第一交流电网18中的电压等级较高的交流电转换成电压等级较低的交流电，并且将该转换后的交流电输出至第一交流母线20，以对接入第一交流母线20的负载(如电力功能站、交流负载等)进行供电。第二变压器12被配置成将第二交流电网19中的电压等级较高的交流电转换成电压等级较低的交流电，并且将该转换后的交流电输出至第二交流母线21，以对接入第二交流母线21的电力功能站和交流负载等进行供电。

在本实施例中第一电能变换装置13的交流侧与第一交流母线20连接，第一电能变换装置13的直流侧与负载接入端连接，该负载接入端能够用于连接电力功能站等负载，以便这些负载能够从该负载接入端获得电能。第二电能变换装置14的交流侧与第二交流母线21连接，第二电能变换装置14的直流侧与直流母线22连接。第一电能变换装置13被配置成将第一交流母线20中传输的交流电转换成直流电，以对接入第一电能变换装置13的直流侧的电力功能站如数据中心站进行供电。第二电能变换装置14被配置成将第二交流母线21中传输的交流电转换成直流电，以对接入第二电能变换装置14的直流侧的电力功能站和直流负载等进行供电。在本实施例中，一部分电力功能站可以与第一电能变换装置13的负载接入端连接，从第一电能变换装置13获取电能，一部分电力功能站可以与第二电能变换装置14连接的直流母线22连接，从第二电能变换装置14获取电能。

在本实施例中第一柔性多状态开关15的第一端口与第一变压器11的高压侧连接，第一柔性多状态开关15的第二端口与第二变压器12的高压侧连接。第二柔性多状态开关16的第一端口与第一交流母线20连接，第二柔性多状态开关16的第二端口与第二交流母线21连接。在本实施例的一个可选实施方式中，第一柔性多状态开关15以及第二柔性多状态开关16均采用背靠背电压源型换流器。

在本实施例中后台服务器17分别与第一柔性多状态开关15以及第二柔性多状态开关16通信连接，后台服务器17被配置成根据负载需求或者上级控制系统发送的控制指令控制第一柔性多状态开关15与第二柔性多状态开关16进行工作模式切换。

在本发明实施例中通过变压器、电能变换装置和柔性多状态开关等装置将电源、电网、负荷和储能相关的系统、装置、设备等高度融合与集成，可以显著提高供配电系统的供电可靠性，并且有利于对具有不同电压波动敏感程度的敏感负荷(如果电压发生变动或者突然变化将导致其不能正常工作或者功能下降的负荷)进行分级供电，以保证能够对电压波动敏感程度较高的负荷进行持续稳定的可靠供电。通过控制柔性多状态开关等装置可以实现第一交流电网和第二交流电网之间，以及各个交流母线之间的潮流互济与功率支撑，不仅可以提高负载的供电可靠性，还提高了分布式电源站的消纳能力，以及克服了分布式电源站和电动汽车等即插即用负载接入系统带来的潮流变化较大，不利于系统稳定运行的缺陷。

一个可选实施方式中，数据中心站通过第一电能变换装置13的负载接入端接入供配电系统中，从第一电能变换装置13获取电能。具体而言，数据中心站主要包括数据服务器、储能装置以及除了数据服务器和储能装置以外的其他负载如空调系统、照明系统等。负载接入端可以包括第一接入端口和第二接入端口。第一接入端口被配置成与数据服务器连接，用于向数据服务器传输电能进行供电。第二接入端口被配置成与储能装置连接，用于向储能装置传输电能进行充电。

储能装置可以分别与数据服务器以及第二电能变换装置14的直流侧连接的直流母线22连接，该储能装置可以被配置成向数据服务器和/或直流母线输出电能，用于向数据服务器和/或接入直流母线的电力功能站供电。如果电网发生断电故障可以利用储能装置向数据服务器供电，保证其在电网断电时还能够稳定运行。如果供配电系统正常运行，可以控制储能装置向直流母线22连接的电力功能站等直流负载进行供电，以达到提高储能装置的利用率，削峰填谷以及电压波动抑制等目的。通过控制储能装置向直流母线22输出电能进行负载供电、削峰填谷等操作，不仅有利于提高储能装置的利用率，还可以获取一定的金钱收益，有利于供配电系统的维护方/建设方收回储能装置的投资成本。在储能装置每次放电完成后，都可以根据放电后的截止电压分析储能装置的健康状态，以便于对储能装置进行维修或更换。

进一步，在本实施方式中第二柔性多状态开关16还包括第三端口，该第三端口与第三交流母线23连接。分布式电源站和储能电站等电力功能站，以及数据中心站中除了数据服务器和储能装置以外的其他负载如空调系统、照明系统等可以与第三交流母线23连接，从该第三交流母线23处获取电能。在本实施方式中，根据负荷对电压波动的敏感程度，对数据中心站内的不同负荷采用不同的供电方式，能够进一步提高数据中心站的供电可靠性以及运行稳定性。此外，相较于交流供电的方式，采用直流供电的方式向数据中心站供电，可以减小电能中间变换环节，提高供配电系统的运行效率。利用分布式电源站向数据中心站供电实现了对数据中心站的绿色供电，减少环境污染。

一个可选实施方式中，后台服务器17主要包括顶层控制模块、中间层控制模块和底层控制模块。在一些实施方式中，顶层控制模块、中间层控制模块和底层控制模块中的一个或多个可以合并在一起成为一个模块。在一些实施方式中，顶层控制模块可以被配置成当接收到上级控制系统发送的控制指令时根据该控制指令控制第一柔性多状态开关15进行工作模式切换，和/或向中间层控制模块发送中间层控制指令(根据上级控制系统的指令运行)；当未接收到上级控制系统发送的控制指令时根据负载需求控制第一柔性多状态开关15进行工作模式切换，和/或向中间层控制模块发送中间层控制指令(根据负载需求自动运行)。顶层控制模块通过对第一柔性多状态开关15进行工作模式切换控制，实现第一交流电网与第二交流电网之间的能量流动、有功潮流和无功补偿等。中间层控制模块可以被配置成当接收到中间层控制指令时根据该中间层控制指令控制第二柔性多状态开关16进行工作模式切换，和/或向底层控制模块发送底层控制指令(根据顶层控制模块的指令运行)；当未接收到中间层控制指令时根据负载需求控制第二柔性多状态开关16进行工作模式切换，和/或向底层控制模块发送底层控制指令(根据负载需求自动运行)。底层控制模块可以被配置成当接收到底层控制指令时根据该底层控制指令控制电力功能站进行工作模式切换(根据中间层控制模块的指令运行)；当未接收到底层控制指令时根据负载需求控制电力功能站进行工作模式切换(根据负载需求自动运行)。例如：根据底层控制指令或负载需求控制分布式电源站的电能输出、控制储能电站进行充电或放电等。

通过顶层控制模块、中间层控制模块和底层控制模块对供配电系统进行分层控制，同时现了对电力功能站等负载的集中控制与分散控制，有利于对供配电系统进行有效且可靠的控制管理。其中，通过顶层控制模块和中间层控制模块可以对负载进行集中控制，通过底层控制模块可以对负载进行分散控制。

下面分别对顶层控制模块、中间层控制模块和底层控制模块的控制功能作具体说明。

(一)顶层控制模块

一个实施方式中，第一柔性多状态开关15可以采用图3所示的背靠背电压源型换流器，其主要包括第一vsc换流器(snop_1)、第二vsc换流器(snop_2)和第一电容器，第一vsc换流器与第二vsc换流器的交流侧分别与第一柔性多状态开关的第一端口和第二端口连接，即第一vsc换流器与第二vsc换流器的交流侧分别与第一交流电网18和第二交流电网19连接，第一vsc换流器与第二vsc换流器的直流侧分别与第一电容器连接。

在本实施方式中，如果没有接收到上级控制系统发送的控制指令，顶层控制模块则可以被进一步配置成获取第一交流电网18与第二交流电网19的电网运行状态，根据电网运行状态控制第一柔性多状态开关15进行工作模式切换，而在不同的电网运行状态下，第一vsc换流器和第二vsc换流器的控制策略如下表1所示。参阅附图2，图2是图1所示供配电系统中的功率流动示意图，假设功率由第一交流电网侧向第二交流电网流动的方向为正方向，那么当供配电系统处于功率平衡状态时psnop_12＝0，当第一交流电网发生故障或过载时psnop_12＜0，当第二交流电网发生故障或过载时psnop_12＞0，因此在本实施方式中可以根据psnop_12的数值来分析第一交流电网与第二交流电网的运行状态。

表1

其中，udcq控制指的是直流电压-无功功率外环控制与电流内环控制的恒压双闭环控制策略，即以换流器的直流母线电压以及换流器的无功功率作为外环控制的输入信号，将外环控制的输出信号以及换流器的电流作为内环控制的输入信号，最后根据内环控制的输出信号生成换流器的驱动信号，以驱动换流器内的电力电子器件导通/关断，调整换流器的直流母线电压和无功功率。pq控制指的是功率外环电流内环控制的功率双闭环控制策略，即以换流器的有功功率和无功功率作为外环控制的输入信号，将外环控制的输出信号以及换流器的电流作为内环控制的输入信号，最后根据内环控制的输出信号生成换流器的驱动信号，以驱动换流器内的电力电子器件导通/关断，调整换流器的有功功率和无功功率。uacf控制指的是交流电压-频率外环控制与电流内环控制的压频双闭环控制策略，即以换流器的交流电压和交流电频率作为外环控制的输入信号，将外环控制的输出信号以及换流器的电流作为内环控制的输入信号，最后根据内环控制的输出信号生成换流器的驱动信号，以驱动换流器内的电力电子器件导通/关断，调整换流器的交流电压和交流电频率。要说明的是，本实施方式中的udcq控制、pq控制和uacf控制均是电力自动控制技术领域中的常规控制模式，为了描述简洁，在此不再对udcq控制、pq控制和uacf控制的具体控制过程进行赘述。

进一步，在一个实施方式中，第一vsc换流器可以包括第一vsc控制模块，第二vsc换流器可以包括第二vsc控制模块。第一vsc控制模块与第二vsc控制模块均可以包括换流器驱动器以及多个状态跟踪双闭环控制器，每个状态跟踪双闭环控制器均被配置成执行各自对应的双闭环控制策略(udcq控制、pq控制、uacf控制)。每个状态跟踪双闭环控制器均可以包括外环控制器、内环控制器和状态跟踪控制器，并且外环控制器的输出端与状态跟踪控制器的输出端分别通过模式逻辑开关与内环控制器的输入端连接，内环控制器的输出端分别与外环控制器的信号反馈端和状态跟踪控制器的信号反馈端连接，以及通过主逻辑开关与换流器驱动器连接。换流器驱动器可以被配置成根据状态跟踪双闭环控制器的输出信号生成驱动信号，以驱动第一vsc换流器或第二vsc换流器工作。

在本实施方式中，第一vsc控制模块与第二vsc控制模块均可以被配置成执行以下操作：

响应于顶层控制模块根据电网运行状态对第一柔性多状态开关进行工作模式切换输出的切换指令，根据切换指令指定的双闭环控制策略控制相应的状态跟踪双闭环控制器内与外环控制器连接的模式逻辑开关导通、与状态跟踪控制器连接的模式逻辑开关断开、与内环控制器连接的主逻辑开关导通，以及控制其他状态跟踪双闭环控制器内与外环控制器连接的模式逻辑开关关断、与状态跟踪控制器连接的模式逻辑开关导通、与内环控制器连接的主逻辑开关关断。

参阅附图4，图4示例性示出了本实施方式中第一柔性多状态开关内vsc控制模块的主要结构。如图4所示，vsc控制模块包括三个状态跟踪双闭环控制器(udc-q状态跟踪双闭环控制器、p-q状态跟踪双闭环控制器、uac-f状态跟踪双闭环控制器)，以及一个由dq/abc坐标转换模块和pwm信号生成模块等器件组成的换流器驱动器。每个状态跟踪双闭环控制器均通过主逻辑开关si与换流器驱动器连接，当需要使用某个状态跟踪双闭环控制器时，可以控制主逻辑开关si闭合相应的动作机构。例如：当需要使用p-q状态跟踪双闭环控制器时，控制主逻辑开关si闭合第2个动作机构，就可以将p-q状态跟踪双闭环控制器与换流器驱动器进行信号连接。在状态跟踪双闭环控制器内，其外环控制器和状态跟踪控制器分别通过模式逻辑开关sij与内环控制器的输入端连接，内环控制器的输出端作为状态跟踪双闭环控制器的输出端通过主逻辑开关si与换流器驱动器连接。其中，内环控制器的输出端还与外环控制器的信号反馈端连接，以形成内外环控制的双闭环控制。内环控制器的输出端还与状态跟踪控制器的信号反馈端连接，以便于状态跟踪控制器能够根据其信号反馈端接收的信号进行信号输出并且使该输出的信号与外环控制器的输出信号保持一致。

下面以第一vsc控制模块将第一vsc换流器的控制策略由udcq控制切换至pq控制为例，对第一vsc控制模块的工作过程进行说明。

假设当前第一vsc换流器的控制策略是udcq控制，那么此时主逻辑开关si中的第1个动作机构闭合(udc-q状态跟踪双闭环控制器与换流器驱动器连接)，第2-3个动作机构断开(p-q状态跟踪双闭环控制器以及uac-f状态跟踪双闭环控制器均未与换流器驱动器连接)。而在udc-q状态跟踪双闭环控制器内，其模式逻辑开关sij中的第1个动作机构闭合(外环控制器与内环控制器连接)，第2个动作机构断开(状态跟踪控制器与内环控制器未连接)。在p-q状态跟踪双闭环控制器以及uac-f状态跟踪双闭环控制器内，这两个控制器的模式逻辑开关sij中的第1个动作机构均断开(外环控制器与内环控制器未连接)，第2个动作机构均闭合(状态跟踪控制器与内环控制器连接)。

在udc-q状态跟踪双闭环控制器内，外环控制器输出有功电流id_udc-q和无功电流iq_udc-q到内环控制器，内环控制器根据id_udc-q与iq_udc-q输出有功电压ud_udc-q和无功电压uq-udc-q，并且将ud_udc-q和uq-udc-q输出至主逻辑开关si，主逻辑开关si根据ud_udc-q和uq_udc-q输出有功电压设定值udref和无功定压设定值uqref至换流器驱动器。与此同时，在p-q状态跟踪双闭环控制器以及uac-f状态跟踪双闭环控制器内，状态跟踪控制器实时获取主逻辑开关si输出的udref和uqref，并且根据主逻辑开关si输出的udref和uqref进行信号控制输出至内环控制器，以使p-q状态跟踪双闭环控制器以及uac-f状态跟踪双闭环控制器的输出信号，实时与udc-q状态跟踪双闭环控制器的输出信号保持一致。

当需要将第一vsc换流器的控制策略由udcq控制切换至pq控制时，控制主逻辑开关si中的第1个动作机构断开，第2个动作机构闭合，以及控制udc-q状态跟踪双闭环控制器内的模式逻辑开关sij，使其状态跟踪控制器与内环控制器连接，控制p-q状态跟踪双闭环控制器内的模式逻辑开关sij，使其外环控制器与内环控制器连接。由于p-q状态跟踪双闭环控制器的输出信号一直是与udc-q状态跟踪双闭环控制器的输出信号相同的，因此在对上述逻辑开关进行切换操作后，可以实现udcq控制与pq控制之间的平滑切换。

(二)中间层控制模块

继续参阅附图2，根据每个交流母线上的功率流动，可以得到第一交流母线、第二交流母线、第三交流母线上的功率分别如下式(1)所示：

其中，公式(1)以及附图2中各参数含义是：

pa、pb和pc分别表示第一交流母线(母线a)、第二交流母线(母线b)、第三交流母线(母线c)上的功率，psnop_12表示第一交流电网与第二交流电网之间的交互功率，psnop_a、psnop_b和psnop_c分别表示第二电能变换装置snop输出至第一交流母线、第二交流母线、第三交流母线的功率，pl_a表示第一交流母线上交流负载的功率，pes_idc1表示数据中心站中的储能装置与第一交流母线之间的交互功率，pes_idc2表示数据中心站中的储能装置与第二交流母线之间的交互功率，pes_dg1表示第二交流母线上的储能电站与分布式电源站如光伏之间的交互功率，pdg1表示第二交流母线上的分布式电源站的输出功率，pl_b表示第二交流母线上交流负载的功率，pes_dg2表示第三交流母线上的储能电站与分布式电源站如光伏并网电站和风能并网电站之间的交互功率，pdg2表示第三交流母线上的分布式电源站如光伏并网电站和风能并网电站的输出功率，pl_c表示第三交流母线上交流负载的功率。

当第一交流母线、第二交流母线、第三交流母线之间处于功率平衡状态时pa、pb和pc均等于零，如果pa、pb和pc中的任意一个大于零或小于零，则表明这三个交流母线处于功率不平衡状态，在此情况下中间层控制模块可以根据pa、pb和pc的具体变化状态来控制第二电能变换装置进行工作模式切换。其中，pa、pb和pc的变化状态如下表2所示：

表2

一个实施方式中，第二柔性多状态开关16可以包括三个vsc换流器，如图5所示，这三个vsc换流器的交流侧分别与一个交流母线连接，这三个vsc换流器的直流侧分别与直流母线电容并联。具体而言，在本实施例中第二柔性多状态开关16可以包括第三vsc换流器、第四vsc换流器、第五vsc换流器和第二直流母线电容，第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器的交流侧分别与第二柔性多状态开关的第一端口、第二端口和第三端口连接，第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器的直流侧分别与第二直流母线电容连接。在本实施方式中，如果没有接收到中间层控制指令，中间层控制模块则可以被进一步配置成响应于接收到的第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器各自对应的运行控制指令，根据运行控制指令并且采用直流电压外环电流内环控制的恒压双闭环控制策略(ui控制)分别对第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器进行运行控制。要说明的是，本实施方式中的ui控制是电力自动控制技术领域中的常规控制模式，为了描述简洁，不再对ui控制的具体控制过程进行赘述。

进一步，在一个实施方式中，第二柔性多状态开关16可以包括vsc换流器控制模块(如图6所示)。该vsc换流器控制模块可以包括加法器、ip控制器和三个具有相同结构的定直流母线控制器。加法器的正向输入端接收第二柔性多状态开关16的直流母线电压的设定值udcref，加法器的负向输入端接收该直流母线电压的实际值udc，加法器的输出端与pi控制器的输入端连接，pi控制器根据加法器的输出结果进行信号控制输出第二柔性多状态开关16的直流母线电压控制量三个定直流母线控制器分别与ip控制器的输出端连接，用于根据接收到的直流母线电压控制量进行信号控制并且向每个定直流母线控制器各自对应的vsc换流器输出pwm控制信号(signal_1、signal_2、signal_3)，以调整第二柔性多状态开关16的直流母线电压。

参阅附图7，图7示例性示出了定直流母线控制器的主要结构。如图7所示，定直流母线控制器主要包括顺次连接的电压外环控制器、电流内环控制器、dq/abc坐标变换模块和pwm信号生成模块。其中，电压外环控制器包括两条支路，在一条支路中主要包括加法器和pi控制器，加法器的负向输入端接收电流内环控制器输出的无功电流iq，加法器的正向输入端接入零信号，加法器的输出端通过pi控制器与电流内环控制器的输入端连接；在另一条支路中主要包括第一加法器、第二加法器和ip控制器，第一加法器的正向输入端接收第二柔性多状态开关16的直流母线电压控制量第一加法器的负向输入端接收当前定直流母线控制器所属的vsc换流器的有功电流参考值ist，第一加法器的输出端与第二加法器的正向输入端连接，第二加法器的一个负向输入端接收电流内环控制器输出的有功电流id，第二加法器的一个负向输入端接收当前定直流母线控制器所属的vsc换流器的有功电流实际值第二加法器的输出端通过pi控制器与电流内环控制器连接。

继续参阅附图6-7可知，第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器各自对应的运行控制指令分别是对第二柔性多状态开关16的直流母线电压控制量udc以及第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器各自对应的有功电流参考值ist进行信号叠加生成的指令。其中，有功电流参考值ist的计算公式如下式(2)所示：

公式(2)中各参数含义是：udc是第二柔性多状态开关的直流母线电压有效值，udc是第二柔性多状态开关的直流母线电压瞬时值，是直流母线电压控制量，c是第二直流母线电容的电容值，t是驱动第二柔性多状态开关中电力电子器件导通/关断的开关周期，pl(t)是在t时刻第三vsc换流器、第四vsc换流器与第五vsc换流器各自对应交流侧馈线中传输的负载瞬时功率。

(三)底层控制模块

一个实施方式中，底层控制模块可以包括分布式电源站控制子模块、储能电站控制子模块、电能变换装置控制子模块和负载切换开关控制子模块。在本实施方式中，分布式电源站控制子模块可以被配置成根据第一交流电网18与第二交流电网19的电网运行状态控制分布式电源站进行工作模式切换；若第一交流电网18与第二交流电网19均正常运行，则控制分布式电源站按照最大功率点跟踪模式(maximumpowerpointtracking，mppt)运行；若第一交流电网18和/或第二交流电网19发生故障或过载，则控制分布式电源站按照恒压控制模式或待机模式运行；储能电站控制子模块可以被配置成根据第一交流电网18与第二交流电网19的电网运行状态控制储能电站进行工作模式切换；若第一交流电网18与第二交流电网19均正常运行，则控制储能电站按照充电模式或待机模式运行；若第一交流电网18和/或第二交流电网19发生故障或过载，则控制储能电站按照放电模式或待机模式运行。电能变换装置控制子模块可以被配置成根据负载功率需求控制第二电能变换装置14将第二交流母线21中传输的交流电转换成直流电并且输出至直流母线22，或者将直流母线22中传输的直流电转换成交流电并且输出至第二交流母线21。负载切换开关控制子模块可以被配置成根据供配电系统的实际输出功率以及负载功率需求，选择性地控制系统中每个负载各自对应的开关装置导通或关断，以将相应负载接入系统或从系统中切除。

继续参阅附图1，在一个实施方式中供配电系统还可以包括微型燃气轮机，该微型燃气轮机可以被配置成在第一交流电网18与第二交流电网19均发生断电故障时向数据中心站供电，以保证数据中心站能够可靠运行。在本发明实施例中，基于5g通信基站的高数据速率、低延迟、超大网络容量等优点，可以实现对供配电系统内各设备进行可视化操作，同时基于监控中心能够实现智能配电自动化、用电负荷需求侧响应、分布式能源调控、高级计量和智能电网大视频应用。

至此，已经结合附图所示的一个实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。