一种柔性合环运行模式切换控制装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及供电网络电能转换技术领域，具体涉及一种柔性合环运行模式切换控制装置及其控制方法。


背景技术：

2.随着用户对用电需求、电能质量及供电可靠性等要求的不断提高，传统的供电网络越来越难以满足用户的供电需求。现有的供配电网络其中一条线路过负荷或者故障时，经常导致较大范围的停电。柔性合环可以实现配电网络的合环运行，提高供电可靠性，因此得到了越来越多的重视。
3.柔性合环是一种基于电力电子技术的电能转换设备。柔性合环用于连接两个交流电网，不仅可以实现不同电压等级、不同电压频率的电网互联，而且还可以控制功率的流动方向，实现故障侧转供电的功能。柔性合环是大功率半导体组件、高频隔离变压器和控制系统的结合体。
4.柔性合环具有灵活的潮流控制能力。现有的柔性控制策略方面，国内外的研究方案大部分借鉴柔性直流输电中背靠背结构的模块化多电平换流器(mmc，modular multilevel converter)变流方案。通过锁相电网电压相位，在两相静止坐标系下分别控制有功电流和无功电流，实现功率的调节。
5.柔性合环也具有快速的动态特性。当电网出现异常时，合环装置具备快速模式切换的能力，一方面维持合环装置本体的稳定运行，另一方面实现快速的转供电，减小系统的停电范围和停电时间。目前针对柔性合环运行模式切换控制策略的研究不多。因此，研究柔性合环的动态运行控制策略，实现系统故障状态下的稳定、快速过渡，对柔性合环相关技术、产业的发展具有重要的现实意义。


技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提出一种柔性合环运行模式切换控制装置及其控制方法，能够实现电网故障下柔性合环系统的稳定、快速模式切换，最大限度的减小系统的停电范围和断电时间，提高供电的可靠性。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种柔性合环运行模式切换控制装置，包括柔性合环，所述柔性合环的一侧的主干路上依次通过串联的第三分段开关s3、第二分段开关s2、第一分段开关s1连接至第一变电站电压源t1的输出端；第一分段开关s1与第二分段开关s2之间通过第一分支开关s4与第一负荷a相连接，第二分段开关s2与第三分段开关s3之间通过第二分支开关s5与第二负荷b相连接；柔性合环的另一侧的主干路上依次通过串联的第四分段开关s6、第五分段开关s7、第六分段开关s8连接至第二变电站电压源t2的输出端；第四分段开关s6与第五分段开关s7之间通过第三分支开关s9与第三负荷c相连接，第五分段开关s7与第六分段开关s8之间通过第四分支开关s10与第四负荷d相连接。
9.所述第一变电站电压源t1与第二变电站电压源t2为等效电压源。
10.所述柔性合环具备两侧启动能力，启动侧为主侧，对侧为辅侧。
11.所述柔性合环主侧控制直流环节的电压，辅侧控制交流输出电流或交流输出电压。
12.一种柔性合环运行模式切换控制装置的控制方法，具体包括以下步骤：
13.步骤1、电力系统无故障时，分段开关与分支开关闭合，第一负荷a至第四负荷d由第一变电站电压源t1与第二变电站电压源t2提供电能，柔性合环的两侧运行于电流源模式，调节系统的潮流；
14.步骤2、系统出现故障后，故障侧柔性合环闭锁，故障侧对侧的柔性合环切换为主侧运行模式，闭环控制柔性合环直流母线电压；
15.步骤3、当支路发生故障，电力系统中的继电保护设备切除对应支路后，故障侧柔性合环解锁并切换为交流侧电流控制模式，柔性合环恢复正常运行模式；
16.步骤4、当干路发生故障，电力系统中的继电保护设备切除故障点后，故障侧柔性合环解锁，柔性合环进入交流侧电压控制模式，实现转供电；
17.步骤5、干路故障修复后，继电保护设备闭合主干路分段开关前，故障侧闭锁；主干路分段开关闭合后，故障侧解锁进入交流侧电流控制模式，柔性合环恢复正常运行模式。
18.所述柔性合环第一变电站电压源t1侧是主侧，第一变电站电压源t1侧发生故障后，柔性合环第一变电站电压源t1侧闭锁，柔性合环第二变电站电压源t2侧切换为主侧。
19.所述柔性合环第二变电站电压源t2侧是主侧，第一变电站电压源t1侧发生故障后，柔性合环第一变电站电压源t1侧闭锁，柔性合环第二变电站电压源t2侧保持为主侧。
20.所述柔性合环第一变电站电压源t1侧是主侧，第二变电站电压源侧t2发生故障后，柔性合环第二变电站电压源t2侧闭锁，柔性合环第一变电站电压源t1侧保持为主侧。
21.所述柔性合环第二变电站电压源t2侧是主侧，第二变电站电压源t2侧发生故障后，柔性合环第二变电站电压源t2侧闭锁，柔性合环第一变电站电压源t1侧切换为主侧。
22.相对于现有技术，本发明有益效果如下：
23.本发明最大限度的简化了柔性合环运行的复杂度，保证柔性合环本身的稳定运行和系统供电的可靠；控制方法采用柔性互换的两侧启动、故障模式下柔性合环主侧和辅侧运行模式切换、支路故障清除后的系统恢复和干路故障清除后的系统恢复；具有切换直观，步骤简单，可以实现柔性合环的稳定运行，实现快速的转供电切换。
附图说明
24.图1为本发明的装置结构示意图。
25.图2为本发明柔性合环运行模式切换控制流程图。
26.图中：s1、第一分段开关；s2、第二分段开关；s3、第三分段开关；s4、第一分支开关；s5、第二分支开关；s6、第四分段开关；s7、第五分段开关；s8、第六分段开关；s9、第三分支开关；s10、第四分支开关；a、第一负荷；b、第二负荷；c、第三负荷；d、第四负荷；t1、第一变电站电压源；t2、第二变电站电压源。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明进一步详细说明。
28.参见图1，一种柔性合环运行模式切换控制装置，包括柔性合环，所述柔性合环的一侧的主干路上依次通过串联的第三分段开关s3、第二分段开关s2、第一分段开关s1连接至第一变电站电压源t1的输出端；第一分段开关s1与第二分段开关s2之间通过第一分支开关s4与第一负荷a相连接，第二分段开关s2与第三分段开关s3之间通过第二分支开关s5与第二负荷b相连接；柔性合环另一侧的主干路上依次通过串联的第四分段开关s6、第五分段开关s7、第六分段开关s8连接至第二变电站电压源t2的输出端；第四分段开关s6与第五分段开关s7之间通过第三分支开关s9与第三负荷c相连接，第五分段开关s7与第六分段开关s8之间通过第四分支开关s10与第四负荷d相连接。
29.所述第一变电站电压源t1与第二变电站电压源t2为等效电压源。
30.所述柔性合环具备两侧启动能力，启动侧为主侧，对侧为辅侧。
31.所述柔性合环主侧控制直流环节的电压，辅侧控制交流输出电流或交流输出电压。
32.参见图1、图2，一种柔性合环运行模式切换控制装置的控制方法，具体包括以下步骤：
33.步骤1、柔性合环连接两个10kv配电网，电力系统无故障时，分段开关与分支开关闭合，第一负荷a至第四负荷d由第一变电站电压源t1与第二变电站电压源t2提供电能，柔性合环两侧运行于电流源模式，调节系统的潮流；
34.步骤2、系统出现故障后，故障侧柔性合环闭锁，故障侧对侧的柔性合环切换为主侧运行模式，闭环控制柔性合环直流母线电压；
35.步骤3、当支路发生故障，电力系统中的继电保护设备切除对应支路后，故障侧柔性合环解锁并切换为交流侧电流控制模式，柔性合环恢复正常运行模式；
36.步骤4、当干路发生故障，电力系统中的继电保护设备切除故障点后，故障侧柔性合环解锁，柔性合环进入交流侧电压控制模式，实现转供电；
37.步骤5、干路故障修复后，继电保护设备闭合主干路分段开关前，故障侧闭锁；主干路分段开关闭合后，故障侧解锁进入交流侧电流控制模式，柔性合环恢复正常运行模式。
38.所述柔性合环第一变电站电压源t1侧是主侧，第一变电站电压源t1侧发生故障后，柔性合环第一变电站电压源t1侧闭锁，柔性合环第二变电站电压源t2侧切换为主侧。
39.所述柔性合环第二变电站电压源t2侧是主侧，第一变电站电压源t1侧发生故障后，柔性合环第一变电站电压源t1侧闭锁，柔性合环第二变电站电压源t2侧保持为主侧。
40.所述柔性合环第一变电站电压源t1侧是主侧，第二变电站电压源侧t2发生故障后，柔性合环第二变电站电压源t2侧闭锁，柔性合环第一变电站电压源t1侧保持为主侧。
41.所述柔性合环第二变电站电压源t2侧是主侧，第二变电站电压源t2侧发生故障后，柔性合环第二变电站电压源t2侧闭锁，柔性合环第一变电站电压源t1侧切换为主侧。
42.本发明的工作原理为：
43.系统无故障时，通过闭环控制调节柔性合环的潮流，实现系统的优化运行；系统故障时，采用柔性合环主侧和辅侧运行模式切换、支路故障清除后的系统恢复和干路故障清除后的系统恢复；柔性合环切换为电压源控制，实现系统的可靠运行。