功率交换节点及中压配电网主动潮流控制电网与控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及中压配电网优化运行领域，具体在中压配电网中引入配网“功率交换节点”，对中压配电网潮流进行主动控制。
技术背景
[0002]电力系统中的中压配电网上承输电网络下接电力用户，在电力网络中承担分配电能的重要作用。与其他电力网络相比，中压配电网络最显著的特点是作为电网的末端，能够敏锐反应电力负荷的变化。在电能的输送和分配过程中，中压配电网中的变压器、线路元件都要消耗一定的电能，其中目前中国覆盖率最高的是1kV线路的网损更占了整个电网网损的相当大比例，据统计高达60%以上。中压配电网的负荷变化频繁且剧烈，经常有部分线路轻载、部分线路过载的情况，线路长期过载运行会大大增加线损率，加速线路和设备的老化，甚至引发电力故障。
[0003]随着环境问题的日益突出和电池技术壁皇的克服，电动汽车的民众接受度越来越高，在由工信部牵头制定的《节能与新能源汽车产业发展规划(2011-2020年)》中提出，到2020年，我国电动汽车保有量应达到500万辆。未来电动汽车必将沿着电池容量增大，续航能力增强，配套服务逐步完善的趋势不断发展。在2014年I月16日召开的电动汽车充换电设施标准体系完善研讨会上，国家电网推出“主导快充、兼顾慢充、引导换电、经济实用”的建设原则。为了满足电动汽车电池的快充需求，电池充电功率会越来越大，随着电动汽车渗透率的提高，未来电动汽车作为配电网的重负荷，其充电时间、地点的随机性会对配网的安全经济运行带来很大的挑战，严重影响电网的经济运行，在极端情况下甚至会恶化配网供电可靠性。
[0004]近年来，我国政府也把光伏并网发电项目作为重点，出台了各种政策来积极支持光伏并网项目。2012年底，在科技部公布的2012年第二批“金太阳示范工程”项目目录中，各项目装机总容量达2.83GW。大型集中式光伏电站由于投资和城市占地问题，不宜在城市配电网中推广，因而分布式光伏发电一直是近年来研宄的热点。2012年12月19日召开的国务院常务会议提出，着力推进分布式光伏发电，鼓励单位、社区和家庭安装、使用光伏发电系统。然而光伏发电并网后，由于其发电本身的一些特点，将对配电网的潮流、电压、保护、电能质量、规划设计以及可靠性等带来诸多不确定因素和问题。
[0005]经过十余年的探索与实践，我国的配电自动化技术日趋成熟，通信技术也得到了革命性的进展，已经能够实现准确的故障定位和交互式或全自动故障隔离及健全区域快速恢复供电，而且还具有一定的容错性。然而目前配电自动化的水平尚处于故障处理完善阶段，在进一步提高配电网安全经济运行的区域不平衡负荷转供、区域均衡配电、提高配网线路资源利用率等方面问题尚待解决。城市供配电网络常采用供电可靠性高的环式网络结构，在正常工况下各线路分列运行，一旦发生故障，则通过倒闸操作迅速恢复供电，因此线路上的功率通常具有单向流动性。当配网中某条线路过载时，若通过直接合上并列开关由两条或多条线路分担重负荷，由于自由并列运行下潮流受电网参数影响无法有效控制，且容易使不同电压等级的线路通过变压器形成电磁环网，造成潮流分布复杂、保护配置困难、短路电流增大等问题，因此该方法在实际运行中不予采用。此外，配电网中电缆线路比例增大，部分线路轻载时会向变电站输送容性无功，然而大多数城市110kV、220kV变电站基本没有配置电抗器，从而在轻载时容易造成城市配电网电压过高，极端情况下甚至威胁电力设备的安全稳定运行。
[0006]目前解决中压配电网上述问题的措施主要是在规划阶段准确负荷预测加强中压配电线路建设、增加补偿装置、优化调度、以及实时网络重构等技术措施来应对负荷增长、线路损耗大、末端电压低等问题。如:专利申请201410630097.4 (—种含分布式光伏并网的主动配电网规划方法)、专利申请201410662732.7 (一种主动配电网优化配置结构及其配置方法)、专利申请201310755765.1 (配电网主动重构策略及其预防控制方法)、专利申请201410643725.2(—种适用于主动配电网的多目标网络重构方法)等。上述技术措施存在一系列问题，如:投资大、建设周期长、不能大幅度提高配电可靠性、缺乏潮流调节的灵活性。
【发明内容】
[0007]本发明旨在克服上述【背景技术】的不足，提供一种功率交换节点及中压配电网主动潮流控制电网与控制方法。
[0008]一种基于功率交换节点的中压配电网主动潮流控制方法，在配电网中配置功率交换节点，功率交换节点将两条及以上的中压配电线路联接起来，并通过功率交换节点中的AC/DC变流器实现对所连接的中压配电线路的有功和无功潮流进行主动的控制；所述功率交换节点包括两个或以上中压配电线路进线开关，两个或以上和进线开关相对应的配电降压变压器，两个或以上和配电降压变压器相对应的AC/DC变流器，一条直流母线，一个节点状态监控系统。
[0009]所述中压配电线路，是来自同一个上级变电站的同一条或不同中压母线，或是来自不同上级变电站的中压母线；所述的中压配电线路的进线电压允许存在因上级变电站主变压器接线组别引起的30°以上的大相位差，或因配电线路上的有功功率差异而引起的小相位差。
[0010]所述的中压配电线路进线开关的进线侧和对应的中压配电线路连接；所述的中压配电线路进线开关的出线侧和对应的降压变压器的高压侧连接；所述的配电降压变压器的低压侧和对应的AC/DC变流器的交流侧连接；所述的配电降压变压器的低压侧连接低压交流负载，或没有低压交流负载；所有所述的AC/DC变流器的直流侧和同一条直流母线连接；所述的直流母线连接直流负载或直流电源，或没有任何直流流负载或直流电源；所述节点状态监控系统实时监控所述功率交换节点内各线路的潮流情况，与配网调度中心双向通信，通过发送节点状态信息、获得调度指令来控制所述功率交换节点的运行。
[0011]所述的AC/DC变流器包括电力电子开关器件组成的主电路和相应的控制保护电路，所述主电路的拓扑为三相两电平变流器、二极管箝位型多电平变流器、飞跨电容型多电平变流器或MMC型换流器；所述主电路的拓扑为一个三相变流器或多个三相变流器并接组成；所述主电路既可以采用全控电力电子器件(如IGBT，GTO，IGCT等)，也可以采用半控电力电子开关器件。
[0012]所述的每个AC/DC换流器均有其对应的控制器，总的控制策略是:其中一个AC/DC变流器控制其相应线路的无功功率和直流母线电压，称为(M UJ变流器；其余AC/DC变流器根据调度指令控制其相应线路的有功潮流和无功潮流，称为(P，0)变流器。
[0013]所述的AC/DC变流器工作在STATCOM模式，根据配电网调度指令向配电线路输送或吸收无功功率，解决因线路轻载或重载引起的配电网电压过高或过低的问题。
[0014]所述直流母线可并接一个及以上直流负载，包括但不限于电动汽车快速充电机；可并接I个及以上直流电源，包括但不限于储能蓄电池、光伏发电装置；所述直流电源提供的电能通过公共的直流母线直接供给所述直流负载消耗，或通过所述AC/DC变流器转换后送入交流配电线路。
[0015]所述的节点状态监控系统:1)实现对功率交换节点内的AC/DC换流器、降压变压器、进线断路器的状态进行实时监测；对功率交换节点内部的负荷、电源出力进行实时采集；2)与配网调度中心的EMS或SCADA系统进行信息交互；3)根据配网调度中心下发的潮流指令和检测到的功率交换节点内部的负荷、电源出力经过计算后，发送相应的调节指令给每个AC/DC换流器的控制器。所述的控制器可以是一个独立的计算机系统，也可以由各个换流器的控制器来实现。
[0016]一种功率交换节点，包括两个或以上中压配电线路进线开关，两个或以上和进线开关相对应的配电降压变压器，两个或以上和配电降压变压器相对应的AC/DC变流器，一条直流母线，一个节点状态监控系统；所述的中压配电线路进线开关的进线侧和对应的中压配电线路连接；所述的中压配电线路进线开关的出线侧和对应的降压变压器的高压侧连接；所述的配电降压变压器的低压侧和对应的AC/DC变流器的交流侧连接；所述的配电降压变压器的低压侧连接低压交流负载，或没有低压交流负载；所有所述的AC/DC变流器的直流侧和同一条直流母线连接；所述的直流母线连接直流负载或直流电源，或没有任何直流流负载或直流电源；所述节点状态监控系统实时监控所述功率交换节点内各线路的潮流情况，与配网调度中心双向通信，通过发送节点状态信息、获得调度指令来控制所述功率交换节点的运行。
[0017]一种基于所述的功率交换节点的中压配电网主动潮流控制电网。
[0018]本发明的有益效果在于:1)本发明所提出的功率交换节点能够连续平滑控制各条连接线路的有功潮流和无功潮流，避免开关的频繁开断，增加设备利用率，延长设备使用寿命，提高供电可靠性。2)能够均衡各条连接线路的负荷，将重载线路上的一部分负载转移到轻载线路上，可以提高配电网线路资源的利用率，降低配电网络的降损。3)功率交换节点的直流母线处可以并接直流负载或直流电源，直流电源发出的电能可以直接由直流负载消耗，避免了电能在供电线路传输过程中的能量损耗，提高了能量的利用效率。4)当光伏发电阵列等直流电源并入直流母线时，可以将所发的电能通过多条中压配电线路输送到配电系统中，解决了较大容量分布式光伏等可再生能源的送出能力问题，对于配电网安全经济运行具有十分重要的意义。5)功率交换节点中的AC/D