CN110556813B - 一种直流配电***高可靠运行方式切换方法 - Google Patents

一种直流配电***高可靠运行方式切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种直流配电***高可靠运行方式切换方法,所述方法首先将直流配电***运行方式划分为三端供电模式、双端隔离模式、双端供电模式、单端供电模式和STATCOM模式五种,然后所述***根据拓扑结构变化,在五种运行方式之间中自由切换。所述方法实现了直流配电***中各可控设备进行运行方式快速地平滑切换以满足***当前的拓扑结构或运行状态,提高了直流配电***内负荷的供电可靠性,保证了直流配电***长期稳定工作。

Description

一种直流配电***高可靠运行方式切换方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域,尤其涉及一种直流配电***高可靠运行方式切换方法。
背景技术
相对于交流配电网概念而言,同样存在直流配电网。直流配电网提供给负荷的是直流母线,直流负荷可以直接由直流母线供电;而交流负荷需要经过逆变设备后供电。如果负荷中直流负荷比例较大,直流配电将会有较大优势。对比交流配电网,直流配电网线损小、可靠性高、无需相频控制、接纳分布式电源能力强。
随着直流配电技术的广泛运用,对直流配电***的研究也愈加深入。直流配电***通过换流器与交流配电***交换能量,既可由直流***中各个端口的电压源换流器向***供电,又可在其中一端或两端电压源换流器退出运行时,由剩余的电压源换流器维持直流***的正常运行。其中,电压源换流器(voltage source converter,简称VSC)由具有关断能力的器件组成的换流器。直流配电***内的线路断开、部分可控设备退出运行都可能导致运行方式的改变。如果直流配电***无法快速、准确、可靠地进行运行方式的切换,可能导致电力电子设备的损坏,甚至造成整个直流配电***无法正常工作。
发明内容
为了解决现有技术中直流配电***运行方式切换问题,本发明提出了一种直流配电***高可靠运行方式切换方法。
一种直流配电***高可靠运行方式切换方法,包括:
将直流配电***运行方式划分为三端供电模式、双端隔离模式、双端供电模式、单端供电模式和STATCOM模式;
所述直流配电***根据拓扑结构变化,在不同运行方式之间中自由切换。
进一步地,所述直流配电***在不同运行方式之间自由切换包括:
处于三端供电模式的所述直流配电***出现T接线路故障,所述直流配电***自动切换为双端隔离模式,或所述直流配电***中T接线路故障恢复,所述直流配电***从所述双端隔离模式自动切换回所述三端供电模式;和/或
处于三端供电模式的所述直流配电***中任意一个电压源换流器退出运行、其余电压源换流器正常工作,所述直流配电***运行方式自动切换为双端供电模式,或所述直流配电***中退出运行的电压源换流器恢复运行,所述直流配电***从所述双端供电模式自动切换回所述三端供电模式;和/或
处于三端供电模式的所述直流配电***中任意两个电压源换流器退出运行、只剩余一个电压源换流器正常工作,所述直流配电***自动切换为单端供电模式,或所述直流配电***中所述两个退出运行的电压源换流器全部恢复运行,所述直流配电***从所述单端供电模式自动切换回所述三端供电模式;和/或
处于三端供电模式的所述直流配电***配网解列或配网停运,所述直流配电***自动切换为STATCOM模式,或所述直流配电***中任意一个电压源换流器恢复运行并带动其余电压源换流器恢复正常工作,所述直流配电***从STATCOM模式自动切换回所述三端供电模式;和/或
处于双端隔离模式的所述直流配电***中出现非T接线路故障,所述直流配电***自动切换为单端供电模式,或所述直流配电***中非T接线路故障恢复,所述直流配电***从所述单端供电模式自动切换回所述双端隔离模式;和/或
处于双端隔离模式的所述直流配电***中直流线路断开,所述直流配电***自动切换为STATCOM模式,或所述直流配电***中直流线路重新合闸,所述直流配电***从STATCOM模式自动切换回所述双端隔离模式;和/或
处于双端供电模式的所述直流配电***中正常工作的两个电压源换流器中任意一个退出运行,所述直流配电***自动切换为单端供电模式,或所述直流配电***中两个退出运行的电压源换流器中任意一个恢复运行,所述直流配电***从所述单端供电模式自动切换回所述双端供电模式;和/或
处于所述单端供电模式的所述直流配电***中出现供电电缆故障,所述直流配电***自动切换为STATCOM模式,或所述直流配电***中供电电缆故障恢复,所述直流配电***从所述STATCOM模式自动切换回所述单端隔离模式。
进一步地,所述直流配电***运行方式划分包括:
所述直流配电***拓扑结构变化引起电力电子设备控制模式进行切换;
根据所述电力电子设备控制模式的切换情况,对所述直流配电***的运行方式进行划分。
进一步地,所述直流配电***拓扑结构变化包括:直流线路断开及恢复、单个电压源换流器退出运行及恢复运行和电压源换流器交流侧故障及故障恢复中的一种或多种。
本发明首先将直流配电***运行方式划分为三端供电模式、双端隔离模式、双端供电模式、单端供电模式和STATCOM模式五种,然后所述***根据拓扑结构变化,在五种运行方式之间中自由切换。本发明实现了直流配电***中各可控设备进行运行方式快速地平滑切换以满足***当前的拓扑结构或运行状态,提高了直流配电***内负荷的供电可靠性,进而保证了直流配电***长期稳定工作。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的直流配电***的结构示意图;
图2示出了根据本发明实施例中直流配电***运行方式切换关系的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1示出了根据本发明实施例的直流配电***的结构示意图。如图所示,直流配电***包括三条直流母线(第一直流母线DC1、第二直流母线DC2、第三直流母线DC3)、三个电压源换流器(第一电压源换流器VSC1、第二电压源换流器VSC2、第三电压源换流器VSC3)和三端交流配电***(第一交流配电***AC1、第二交流配电***AC2、第三交流配电***AC3)。其中,第一直流母线DC1通过第一电压源换流器VSC1与第一交流配电***AC1连接。与第一直流母线DC1的连接结构相同,第二直流母线DC2、第三直流母线DC3依次通过第二电压源换流器VSC2和第三电压源换流器VSC3与第二交流配电***AC2和第三交流配电***AC3连接;同时,所述三条直流母线上均设置有直流断路器,第一直流母线DC1设置有第一直流断路器DCB1,第二直流母线DC2设置有第二直流断路器DCB2,第三直流母线DC3设置有第三直流断路器DCB3;所述三个电压源换流器与直流母线相连的一侧设有直流断路器,与交流配电***相连的一侧设有交流断路器,第一电压源换流器VSC1与第一直流母线DC1连接的一端设置直流断路器DCB4,第一电压源换流器VSC1与第一交流配电***AC1连接的一端设置交流断路器ACB1。与第一电压源换流器VSC1两端的结构类似,第二电压源换流器VSC2两端连接有直流断路器DCB5和交流断路器ACB2、第三电压源换流器VSC3两端连接直流断路器DCB6和交流断路器ACB3。需要说明的是,本发明以直流断路器和交流断路器为例进行示例性说明,但并不限于直流断路器和交流断路器,任何能够实现断路保护的器件均可用于本发明,例如:直流开关部件或交流开关部件等。
基于所述直流配电***的连接结构,实现了直流配电***与三个交流配电***地连接,三端的交流配电***可经由与其连接的电压源换流器向直流配电***供电;同时,当其中一个或多个电压源换流器退出运行或出现故障时,由剩余的电压源换流器维持直流配电***的正常运行,保证了直流配电***长期稳定地工作。优选地,在本发明实施例所述直流配电***中选择了具备双向通流能力的电力电子设备作为所述***中的组件,例如:具备双向通流能力的电压源换流器、直流断路器和交流断路器等,使得所述***在运行方式发生变化时,能够自动适应功率正向或反向的流动,即所述***具备功率双向流动的自适应功能。
图2示出了根据本发明实施例中直流配电***运行方式切换关系的示意图。如图所示,在所述直流配电***基础上,本发明实施例中直流配电***运行方式切换方法首先将直流配电***运行方式划分为三端供电模式、双端隔离模式、双端供电模式、单端供电模式和STATCOM模式(Static Synchronous Compensator,即静止同步补偿模式)五种;然后所述***根据拓扑结构变化,在五种运行方式之间中自由切换。
直流配电***运行方式的划分原则主要是依据直流配电***拓扑结构变化引起地电力电子设备控制模式的切换情况。所述***内部的功率方向不作为运行方式的判断标准,并且由于所述***具备了功率双向流动的自适应功能,功率方向也不会影响各电力电子设备的控制模式。所述***拓扑结构包括:直流线路断开及恢复、单个电压源换流器退出运行及恢复运行或电压源换流器交流侧故障及故障恢复等变化情况。依据所述运行方式划分原则,所述直流配电***拓扑结构变化会使所述***出现以下5种运行方式:三端供电模式、双端供电模式、双端隔离模式、单端供电模式和STATCOM模式。其中,三端供电模式为所述直流配电***中所有电力电子设备正常工作且连接关系完好,所述直流配电***与三个交流配电***之间正常供电;双端供电模式为一个交流配电***退出运行,所述直流配电***与其余两个交流配电***之间正常供电;单端供电模式则是两个交流配电***退出运行,所述直流配电***仅与剩余一个交流配电***进行正常供电;双端隔离模式是基于***进行三端供电模式时出现T接线路故障或需对T接线路上直流断路器进行检修,其余两个交流配电***通过所述直流配电***进行供电。所述T接线路是指从甲方向乙方供电的线路中间接出一条线路,向第三方丙供电,示例性地,见图1第三直流母线DC3;所述***的STATCOM模式相当于一个可控的无功电源,其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化,自动补偿所述***所需无功功率,对直流配电***无功功率实现动态无功补偿。
直流配电***运行方式划分完成后,所述***根据其拓扑结构变化,在五种运行方式之间中自由切换,以满足变化后的***拓扑结构。所述在五种运行方式之间中自由切换方式如下:
当直流配电***正常工作时,所述***与三个交流配电***AC1、AC2和AC3之间正常供电时,所述***处于三端供电模式。当直流配电***保持三端供电模式情况下,所述***中T接线路DC3出现故障、需要对T接线路DC3上的直流断路器DCB3进行检修时,第三电压源换流器VSC停止工作,第一电压源换流器VSC1和二电压源换流器VSC2依然正常运行,所述***的运行方式将由三端供电模式自动切换为双端隔离模式,即第一交流配电***AC1和第二交流配电***AC2与所述直流配电***之间正常供电;或者当T接线路故障恢复时,所述三个交流配电***AC1、AC2和AC3与所述***正常供电,则所述***自动从双端隔离模式切换回三端供电模式。
当直流配电***处于三端供电模式下,所述***中任意一个电压源换流器退出运行、其余电压源换流器正常工作,所述***的运行方式将自动切换为双端供电模式;或者当所述***处于双端供电模式,所述***中退出运行的电压源换流器恢复运行,所述***自动切换为三端供电模式。
当所述***处于三端供电模式下,所述***中任意两个电压源换流器退出运行、只剩一个电压源换流器正常工作,所述***运行方式将从三端供电模式直接切换为单端供电模式;或者当所述***处于单端供电模式,所述***中两个退出运行的电压源换流器全部恢复运行,所述***直接切换回三端供电模式。
当处于三端供电模式的所述***配网解列或配网停运,所述***断开与所述三个交流配电***AC1、AC2和AC3之间的连接,所述***自动切换为STATCOM模式;或者当所述***中任意一个电压源换流器恢复运行,并带动其余电压源换流器恢复正常工作,所述***恢复与所述三个交流配电***AC1、AC2和AC3之间的连接,则所述***从STATCOM模式自动切换回三端供电模式。
当直流配电***处于双端隔离模式时,如果所述***中再出现非T接线故障,例如:第二直流母线DC2出现非T接线故障,只有第一交流配电***AC1与所述***正常供电,所述***将自动切换为单端供电模式;或者当非T接线故障恢复,第一交流配电***AC1与所述***正常供电、第二交流配电***AC2与所述***恢复供电、第三交流配电***AC3与所述***断开连接时,所述***则自动从单端供电模式切换回双端隔离模式。
当所述***处于双端隔离模式时,如果第一直流母线DC1和第二直流母线DC2都断开,即第一交流配电***AC1、第二交流配电***AC2和第三交流配电DC3都与所述***断开连接,所述***切换为STATCOM模式;或者当两条直流母线重合闸后,所述***自STATCOM模式切换回双端隔离模式。
当所述***处于双端供电模式,所述***中正常工作的两个电压源换流器中任意一个再退出运行,即只剩余一个电压源换流器正常工作,所述***从双端供电模式自动切换为单端供电模式;或者当所述***处于单端供电模式时,所述***中两个退出运行的电压源换流器中任意一个恢复运行,即此时存在两个电压源换流器正常工作,所述***自动切换为双端供电模式。
当直流配电***处于单端供电模式时,如果所述***供电电缆出现故障,例如:只剩第一交流配电***AC1与所述***之间正常供电时,然后第一直流母线DC1电缆故障,所述第一交流配电***AC1与所述***也断开连接,所述***将自动切换为STATCOM模式;或者当所述第一直流母线DC1电缆故障恢复,所述第一交流配电***AC1与所述***恢复供电,而第二交流配电***AC2和第三交流配电***AC3与所述***依然无法供电时,所述***则自动从STATCOM模式切换回单端供电模式。
本发明实施例首先将直流配电***运行方式划分为三端供电模式、双端隔离模式、双端供电模式、单端供电模式和STATCOM模式五种,然后所述***根据拓扑结构变化,在五种运行方式之间中自由切换。本发明实施例实现了直流配电***中各可控设备进行运行方式快速地平滑切换以满足***当前的拓扑结构或运行状态,提高了直流配电***内负荷的供电可靠性,进而保证了直流配电***长期稳定工作。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种直流配电***高可靠运行方式切换方法,其特征在于,所述切换方法包括:
将直流配电***运行方式划分为三端供电模式、双端隔离模式、双端供电模式、单端供电模式和STATCOM模式;
所述直流配电***根据拓扑结构变化,在不同运行方式之间中自由切换,所述直流配电***拓扑结构变化包括:直流线路断开及恢复、单个电压源换流器退出运行及恢复运行和电压源换流器交流侧故障及故障恢复中的一种或多种;
所述直流配电***在不同运行方式之间自由切换包括:
处于三端供电模式的所述直流配电***出现T接线路故障,所述直流配电***自动切换为双端隔离模式,或所述直流配电***中T接线路故障恢复,所述直流配电***从所述双端隔离模式自动切换回所述三端供电模式;
处于三端供电模式的所述直流配电***中任意一个电压源换流器退出运行、其余电压源换流器正常工作,所述直流配电***运行方式自动切换为双端供电模式,或所述直流配电***中退出运行的电压源换流器恢复运行,所述直流配电***从所述双端供电模式自动切换回所述三端供电模式;
处于三端供电模式的所述直流配电***中任意两个电压源换流器退出运行、只剩余一个电压源换流器正常工作,所述直流配电***自动切换为单端供电模式,或所述直流配电***中所述两个退出运行的电压源换流器全部恢复运行,所述直流配电***从所述单端供电模式自动切换回所述三端供电模式;
处于三端供电模式的所述直流配电***配网解列或配网停运,所述直流配电***自动切换为STATCOM模式,或所述直流配电***中任意一个电压源换流器恢复运行并带动其余电压源换流器恢复正常工作,所述直流配电***从STATCOM模式自动切换回所述三端供电模式;
处于双端隔离模式的所述直流配电***中出现非T接线路故障,所述直流配电***自动切换为单端供电模式,或所述直流配电***中非T接线路故障恢复,所述直流配电***从所述单端供电模式自动切换回所述双端隔离模式;
处于双端隔离模式的所述直流配电***中直流线路断开,所述直流配电***自动切换为STATCOM模式,或所述直流配电***中直流线路重新合闸,所述直流配电***从STATCOM模式自动切换回所述双端隔离模式;
处于双端供电模式的所述直流配电***中正常工作的两个电压源换流器中任意一个退出运行,所述直流配电***自动切换为单端供电模式,或所述直流配电***中两个退出运行的电压源换流器中任意一个恢复运行,所述直流配电***从所述单端供电模式自动切换回所述双端供电模式;
处于所述单端供电模式的所述直流配电***中出现供电电缆故障,所述直流配电***自动切换为STATCOM模式,或所述直流配电***中供电电缆故障恢复,所述直流配电***从所述STATCOM模式自动切换回所述单端供电模式。
2.根据权利要求1所述的切换方法,其特征在于,所述直流配电***运行方式划分包括:
所述直流配电***拓扑结构变化引起电力电子设备控制模式进行切换;
根据所述电力电子设备控制模式的切换情况,对所述直流配电***的运行方式进行划分。
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