本发明属于柔性电力控制技术领域，具体地说是一种柔性多状态开关的交流故障穿越方法。
背景技术：
当前，随着光伏、风电等新型电源，以及电动汽车等新型负荷的接入，配电网内电压波动越限、馈线功率失衡等现象日趋严重。常规调控手段（如投切电容器、倒闸操作等）无法有效解决以上问题。柔性多状态开关采用电力电子新技术，能够准确控制其所连接馈线的有功功率与无功功率，还具备电能质量治理功能，能够有效应对分布式电源和负荷带来的随机性和波动性给配电网带来的一系列问题。
柔性多状态开关可采用交-直-交、直接交交等变流器结构，但是从目前相关设备的制造工艺来看，以电压源型换流器（voltagesourceconverter，vsc）为首的交-直-交变换技术更为成熟经济。vsc通常采用联结变压器与交流相连，联结变压器可以实现交直流系统的故障隔离，提高系统运行的可靠性。但是，联结变压器的配置将使得柔性多状态开关的成本和占地大幅度增加。柔性多状态开关一般离城市负荷中心较近，紧张的土地资源对设备的紧凑化设计要求较高，因此，柔性多状态开关去变压器的方式能够更好地契合其应用场合的需求。
柔性多状态开关在无变压器的情况下，交流配电网的零序分量将不能被天然隔离，零序分量将通过柔性多状态开关从一个故障供区传递至其他配电网正常供区，使得故障的影响范围大大增加。当柔性多状态开关的一侧交流配电网发生单相接地故障时，交流侧的零序分量会以共模形式出现在直流侧，并通过直流母线传递至非故障侧的换流器，非故障交流系统会出现类似故障的特征，产生零序电压。该零序分量所引起的过电压和过电流将对柔性多状态开关及所相连的交流配电网产生直接影响，需要采取一定的措施进行抑制。
技术实现要素：
针对柔性多状态开关去变压器后存在的上述问题，本发明提供一种柔性多状态开关的交流故障穿越方法，以有效抑制零序分量的发生和传递，使得无变压器的柔性多状态开关具有交流故障穿越能力，保障交直流系统的长期稳定运行。
为此，本发明采用如下的技术方案：一种柔性多状态开关交流故障穿越方法，所述的柔性多状态开关与多个配电网供区相连，且位于每条馈线的末端，中间无联结变压器；与柔性多状态开关直接相连的馈线及柔性多状态开关本身所在的范围称为区内，配电网其余部分称为区外；
所述的交流故障穿越方法包括如下步骤：
1）交流故障发生后，利用配电网线路保护装置，确定故障发生位置，并将故障位置信息发送至柔性多状态开关；
2）柔性多状态开关接收到故障信息后，向故障供区内与柔性多状态开关相连馈线的出线断路器下发断开指令；
3）出线断路器断开后，柔性多状态开关内与故障供区相连的换流器从有源控制运行状态切换为无源控制运行状态；
若故障发生在区内，则进行如下步骤：
4）与故障供区相连的换流器在切换为无源控制的同时开启限流限压模式；
5）换流器切换为无源控制后，柔性多状态开关根据故障定位信息，将故障线路上距离故障点最近的两侧负荷开关断开，将故障隔离；
6）完成故障隔离后，换流器解除限压限流模式，继续以无源控制方式向故障位置和柔性多状态开关之间的负荷供电；与此同时，柔性多状态开关向出线断路器发送闭合指令；
7）出线断路器完成闭合后，故障位置和断路器之间的负荷由配电网供电，至此，完成区内交流故障穿越，系统恢复稳定；
若故障发生在区外，则进行如下步骤：
8）与故障供区相连的换流器长期处于无源运行状态，为出线断路器和柔性多状态开关之间的负荷持续供电；若故障点已被配电网隔离，柔性多状态开关向出线断路器发送闭合指令；
9）出线断路器完成闭合后，与故障供区相连的换流器从无源控制转为有源定功率控制，至此，完成区外交流故障穿越，系统恢复稳定。
进一步地，所述的步骤1)中，所述配电线路保护装置具有过流保护功能和在区内的电流差动保护功能，以确保区内故障的准确定位。
进一步地，步骤3）中，若该换流器为定直流电压控制站，则该换流器在切换为无源控制前，依据事先约定的换流器直流电压接管顺序，由其他换流器接管直流电压控制。
进一步地，步骤4）中，将故障电流限制于1.1pu及以下，零序电压限制于0.2pu及以下。
进一步地，步骤3)和9）中，在馈线有源无源状态的判别上，为增加状态判别的准确性，保障系统在有源无源转换过渡的平滑，在现有有源无源状态监测方法的基础上，引入了出线断路器的分合位置作为辅助信号进行状态判别。
进一步地，步骤4)中，所述的无源控制状态下的限压限流模式是指，在电压外环的输出环节加入限幅环节，以实现限流目的；在电流内环中，增加零序电压控制环节，以实现限压目的。
进一步地，所述的柔性多状态开关包括多个通过背靠背形式连接的变换器，变换器采用电压源型换流器拓扑结构；正常情况下，所述的柔性多状态开关内，只有一个换流器处于定直流电压控制状态，其余换流器都采用定功率控制。
进一步地，所述的电压源型换流器使用两电平vsc、三电平vsc、模块化多电平换流器mmc中的一种或多种混合。
本发明具有的有益效果如下：
1)本发明所基于的无变压器柔性多状态开关相比于使用变压器的情况，投资成本更低、占地面积更小，能够进一步促进柔性多状态开关在城市负荷中心地区的应用，并进一步推进柔性多状态开关的发展。
2)本发明柔性多状态开关的交流故障穿越方法，能够在短时间内快速有效地抑制供区内交流不对称故障所引发的直流电压波动、正常供区交流电压波动和零序过流现象，将故障影响区域限制在一定范围内，有效提升配电网安全稳定运行能力，提高配电网供电可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例中柔性多状态开关的系统接线示意图；
图2为本发明实施例中三类vsc拓扑的结构示意图；
图3为本发明实施例中交流故障穿越方法的流程示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合说明书附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其相关原理进行详细说明。
如图1所示的无变压器柔性多状态开关（fmss），其包括多个通过直流母线直接连接的变换器，所属的变换器个数依需要而建，大于等于2个。柔性多状态开关可连接同一个供区内的多条馈线，亦可连接多个不同供区内的多条馈线，且一般连接于每条馈线的末端。每个换流站直接与交流配电网相连接，中间无联结变压器。通过变换器之间的功率协调配合，同一/不同供区内的馈线之间可实现功率的实时转供，同时，可调节所在馈线和供区的电压电流等电能质量特性。
图1所示的柔性多状态开关包含3个变换器，连接于3个供区的3条馈线末端。s11、s12、s13、s14为供区1内配电网每条馈线的出线断路器，s21、s22、s23、s24为供区2内配电网每条馈线的出线断路器，具有故障电流切断能力。q11、q12、q13、q14、q15、q16、q17为供区1内s12所连馈线上的负荷开关，具备额定电流切断能力。q21、q22、q23、q24、q25、q26、q27为供区2内s22所连馈线上的负荷开关，具备额定电流切断能力。s12、s22以及q11、q12、q13、q14、q15、q16、q17和q21、q22、q23、q24、q25、q26、q27均由柔性多状态开关控制。与柔性多状态开关相连的三条馈线及柔性多状态开关本身叫做区内范围，其他部分叫做区外范围，主要用于故障分区识别。
柔性多状态开关的变换器可采用交-直-交、直接交交等结构，但是从目前相关设备的制造工艺来看，以电压源型换流器（voltagesourceconverter，vsc）为首的交-直-交变换技术更为成熟经济。图2给出了两电平vsc(图2a)、三电平vsc(图2b)和模块化多电平换流器（modularmultilevelconverter，mmc）(图2c)的拓扑结构。柔性多状态开关的每个变换器可以采用同一种换流器结构，也可以根据实际需要选择多种换流器的组合形式。
图3为无变压器柔性多状态开关的交流故障穿越方法，包括以下步骤：
1）交流故障发生后，利用配电网线路保护装置，确定故障发生位置，并将故障位置信息发送至柔性多状态开关。
2）柔性多状态开关接收到故障信息后，向故障供区内，与柔性多状态开关相连馈线的出线断路器下发断开指令。比如，若是图1所示的供区1发生故障，则向出线断路器s12发送断开指令；若是供区2发生故障，则向出线断路器s22发送断开指令。
3）出线断路器断开后，柔性多状态开关内与故障供区相连的换流器从有源控制运行状态切换为无源控制运行状态，若该换流器原本为定直流电压控制站，则该换流器在切换为无源控制前，由其他换流器接管直流电压控制，保证柔性多状态开关本身的直流电压稳定。
以下步骤与故障发生在区内还是区外有关，需要分别描述。考虑到无论是供区1故障还是供区2故障，柔性多状态开关交流故障穿越的机理是一致的，因此，以下以图1所示的供区1内的故障f1和f2为例进行说明。根据之前的定义，f1属于区内故障，f2属于区外故障。
若是f1处发生故障，即区内故障：
4）与故障供区（供区1）相连的换流器在切换为无源控制的同时应开启限流限压模式，将供区1内的故障电流限制于1.1pu及以下，零序电压限制于0.2pu及以下。
5）换流器切换为无源控制后，柔性多状态开关根据故障定位信息，将故障线路上距离故障点最近的两侧负荷开关（q12和q13）断开，将故障隔离。
6）完成故障隔离后，换流器解除限压限流模式，继续以无源控制方式向故障位置和柔性多状态开关之间的负荷供电；与此同时，柔性多状态开关向出线断路器s12发送闭合指令。
7）出线断路器s12完成闭合后，故障位置和断路器之间的负荷由配电网继续供电，至此，完成区内交流故障穿越，系统恢复稳定。
若是f2处发生故障，即区外故障：
8）与故障供区相连的换流器可以长期处于无源运行状态，为出线断路器s12和柔性多状态开关之间的负荷持续供电。若故障点已被配电网隔离，柔性多状态开关向出线断路器s12发送闭合指令。
9）出线断路器s12完成闭合后，与故障供区相连的换流器从无源控制转为有源定功率控制，至此，完成区外交流故障穿越，系统恢复稳定。
需要说明的是，步骤1)中，配电线路保护装置一方面包含有传统配电线路方向过流保护功能，另一方面，在区内范围内，还配置有电流差动保护，以确保区内故障的准确定位。
步骤3)和9）中，有源控制转无源控制策略和无源控制转有源控制策略采用现有控制技术，但在馈线有源无源状态的判别上，为增加状态判别的准确性，保障系统在有源无源转换过渡的平滑，在现有有源无源状态监测方法的基础上，引入了出线断路器的分合位置作为辅助信号进行状态判别。
步骤4)中，无源控制状态下的限压限流模式是指，在电压外环的输出环节加入限幅环节，以实现限流目的；在电流内环中，增加零序电压控制环节，以实现限压目的。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。