一种10kV高可靠性配电网系统以及协同控制方法与流程

本发明涉及10kv配网自动化以及储能领域，特别是涉及一种10kv高可靠性配电网系统以及协同控制方法，能够用于提升配电网系统的可靠性和稳定性，优化电网运行效率，提高能源利用率。

背景技术：

1、随着配电网的逐步发展，10kv配电网接入的负荷需求越来越多，负荷或电源种类形态也越来越丰富，包括分布式电源、交直流充电桩、储能设备等广泛接入，使得配电网面临较为紧张的运行状况和亟待解决的技术问题，例如配电自动化程度较低导致负荷管理不足，部分台区负载率较高容易越限，配电网内负荷运行不均衡，配电网电能质量较差，供电可靠性较低，并且缺乏对配电网的有效实施监测。

2、因此，对配电网的智能化水平以及供电可靠性提出了新的要求，其中，配电自动化系统是电力系统现代化的关键组成部分，它涉及到利用先进的信息技术、通信技术、自动控制技术以及电力电子技术，能够实现对配电网络的监控、控制和优化管理。配电自动化的主要目的是提高电力供应的可靠性、安全性和经济性，同时提升供电服务质量和操作效率并且随着智能电网的发展，配电自动化将更加注重系统的智能化、网络化和服务个性化，以满足未来电力系统的需求。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明首先提出了一种10kv高可靠性配电网系统，10kv配电网通过电源进线连接电网，构成环网结构，电源进线经降压变压器连接配电网，配电网通过转供出线连接转供负荷；

2、配电网环网内连接有多个储能台区和配电台区，储能台区通过储能变压器连接主储能单元，储能变压器通过储能断路器连接配电环网，主储能单元和储能终端一一连接，储能终端用于对主储能单元以及储能变压器的运行状态以及潮流情况进行监测，同时能够控制主储能单元的运行状态，即控制主储能单元进行充电或放电，并能控制储能断路器的通断；

3、所述配电台区通过配电变压器连接次级储能单元、光伏发电单元和负载单元，配电变压器通过配电断路器连接配电环网，每个配电台区配备有配变终端，所述配变终端用于对配电变压器、次级储能单元、光伏发电单元以及负载单元运行状态以及潮流情况进行监测，并对次级储能单元、光伏发电单元的运行状态进行控制，即控制次级储能单元进行充电或者放电，控制光伏发电单元并网运行或离网运行，并能控制配电断路器的通断；

4、电源进线和转供出线分别配备进线终端和转供终端，分别用于对电源进线和出线处的潮流情况进行监测；

5、所述储能终端、配变终端、进线终端和转供终端分别与云服务平台通信连接，能够将配电网的运行数据上传至云服务平台，同时能够接收云服务平台的协同控制指令，通过控制指令对主储能单元和次级储能单元生成调度指令。

6、优选的，所述配电台区下包括多个次级储能单元，以及发电单元和直流负载单元、交流负载单元，每个次级储能单元通过一一对应的双向交直流变换器和断路器连接交流母线，发电单元通过逆变器和断路器连接交流母线，直流负载通过整流器和断路器连接交流母线，交流负载通过断路器连接交流母线，配变终端采集各次级储能单元的充放电电流、发电单元的供电电流以及交直流负载的输出电流，用以对次级储能单元、光伏发电单元和负载单元的运行状态进行监测，配变终端能够基于云服务平台的协同控制指令对所述配变台区下的各个变换器或断路器进行控制，能够控制次级储能单元进行充电、放电或者断开与电网的连接。

7、优选的，所述储能台区下包括多个储能单元，每个储能单元通过双向交直流变换器和断路器与交流母线连接，储能终端采集各储能单元的充放电电流，用以对储能单元运行状态进行监测，储能终端还能够基于云服务平台的协同控制指令对所述储能台区下的各个变换器或断路器进行控制，能够控制各储能单元进行充电、放电或者断开与电网的连接。

8、优选的，各配变终端、储能终端以及进线终端和出线终端分别对相应节点的潮流进行监测，采集各个节点的有功功率和无功功率，所述节点包括储能变压器的低压侧、配电变压器的低压侧、进线变压器的低压侧以及转供出线输出端，云服务平台根据采集的潮流数据计算任意两个台区运行的关联程度。

9、优选的，所述任意两个台区运行的关联程度的计算式如下：

10、其中，表示台区i对应的节点与台区j对应的节点之间的运行关联程度，分别表示台区i、j对应的节点的有功功率和无功功率，所述台区为储能台区或配变台区。

11、本发明还提出了一种10kv高可靠性配电网系统的协同控制方法，云服务平台制定台区的协同运行策略，根据运行策略向各终端下发控制指令，控制各个台区的运行状态，具体步骤为：

12、步骤s1：数据采集与监测，各储能终端、配变终端、进线终端和转供终端实时监测各自所对应变压器的运行状态，采集各个节点的潮流数据，包括电压、电流、频率、有功功率、无功功率，所述节点包括储能变压器的低压侧、配电变压器的低压侧、进线变压器的低压侧以及转供出线输出端；同时，各终端也负责采集光伏发电单元的发电数据和主储能单元以及次级储能单元的运行数据；

13、步骤s2：数据上传与分析，收集到的数据通过通信网络上传至云服务平台；云服务平台对数据进行分析处理，计算任意两个台区运行的关联程度，所述台区为储能台区或配变台区；

14、步骤s3：生成运行策略，根据数据分析结果，云服务平台生成多层次储能协同控制的运行策略；

15、步骤s4：协同控制指令下发，云服务平台将多层次储能协同控制的运行策略转换为具体的协同控制指令，通过通信网络下发给各储能终端、配变终端、进线终端和转供终端；

16、步骤s5：执行与调整，各终端接收到协同控制指令后，执行相应操作，控制主储能单元和次级储能单元的充放电状态，以及优化发电单元的输出；在执行过程中，所有操作和系统运行状态的变化都会被实时监测并反馈给云服务平台，从而控制终端将根据实际运行情况进行实时调整，以进一步优化所述多层次储能协同控制的运行策略，云服务平台根据这些反馈信息对初始的优化策略进行迭代和优化，形成一个持续优化的闭环控制机制。

17、优选的，所述步骤s3所述的多层次储能协同控制的运行策略，则是以降低时段内进线变压器以及各台区变压器负载率为优化目标。

18、优选的，所述步骤s3包括：

19、步骤s31：云服务平台根据采集的潮流数据计算任意两个台区运行的关联程度，所述台区为储能台区或配变台区；

20、步骤s32：根据进线变压器的低压侧的运行数据以及配电环网内任意两个台区运行的关联程度制定多层次储能协同控制的运行策略。

21、优选的，所述步骤s32包括：

22、步骤s321：对于各配电台区，根据所述配电台区内的次级储能单元充放电情况进行分类，分为放电单元a、充电单元b、以及其他状态单元c；

23、步骤s322：判断配电台区变压器的负载率是否在预设允许范围内，若负载率过高，则控制充电单元b降低对有功功率的消耗，同时控制放电单元a提高对有功功率的输送，包括：通过控制降低对应台区中次级储能单元的充电电流以及提高对应台区中次级储能单元的放电电流；

24、步骤s323：根据各台区节点处的潮流情况将储能台区和配电台区进行分类，分为放电储能台区a、充电集合台区b、吸收电能配电台区c、释放电能配电台区d以及其他状态台区e，计算放电储能台区a、释放电能配电台区d与充电集合台区b、吸收电能配电台区c中各个台区之间的关联程度，将关联程度趋近于-1的台区进行配对，动态的控制配对台区的运行，通过调整台区充放电电流使配对台区在时段内保持关联程度趋近于-1；

25、步骤s324：判断电源进线变压器的负载率是否在预设允许范围内，若负载率过高，则控制充电集合台区b和吸收电能配电台区c降低对有功功率的消耗，同时控制放电储能台区a、释放电能配电台区d提高对有功功率的输送，包括：通过控制降低对应台区中储能单元的充电电流以及提高对应台区中储能单元的放电电流；

26、步骤s325:再次判断电源进线变压器的负载率是否在预设允许范围内，若负载率过高，则计算满足负载率的有功需求，然后根据有功需求控制其他状态台区e中的主储能单元开向配电环网进行放电。

27、本发明相对于现有技术具有的有益技术效果包括：

28、在10kv配电网系统中设置多个储能台区、配电台区，构成多层次储能的环网结构，即在10kv线路上设置储能台区，在各低压配电台区内再设置储能单元，通过调配储能单元以及储能台区的运行状态，实现对储能资源和配电资源的有效管理和优化利用，不仅能实现配电环网内供需平衡，还能为转供负荷供电；

29、通过设置储能终端、配变终端、进线终端和转供终端分别与云服务平台通信连接，能够将配电网的运行数据上传至云服务平台，同时能够接收云服务平台的协同控制指令，通过控制指令对主储能单元和次级储能单元生成调度指令，能够更加全面的实现配电自动化。

30、在本发明提出的多层次储能的10kv高可靠性配电网系统基础上，提出了一种协同控制方法，云服务平台通过计算两台区对应节点之间的运行关联程度，制定台区的协同运行策略，根据运行策略向各终端下发控制指令，从而控制各个台区的运行状态，达到配电环网协同运行的技术效果，实现配电环网内供需平衡，保证了配电网内各层次变压器运行在合理的负载率区间，从而提高配电网运行能效，减少损耗，同时保证系统的稳定性和可靠性。