CN111371093B - 一种非隔离型混合柔性合环装置及控制方法 - Google Patents
一种非隔离型混合柔性合环装置及控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种非隔离型混合柔性合环装置及控制方法,包括第一电压源型变换器、第二电压源型变换器、第一开关、第二开关、第三开关、第一直流链电容、第二直流链电容、超级电容和第四开关;第一电压源型变换器与第二电压源型变换器并联,输出侧连接第一断路器和第二断路器;第一开关和第二开关串联在第一电压源型变换器和第二电压源型变换器之间;第三开关和超级电容串联后与第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的直流侧并联;第四开关与第一电压源型变换器和第二电压源型变换器并联。本发明节省了混合型柔性合环装置的隔离变压器,有效提升了装置的运行效率,降低了设备的体积和成本。
Description
技术领域
本发明属于电力电子自动控制技术领域,具体涉及一种非隔离型混合柔性合环装置及控制方法。
背景技术
近年来,分布式电源在配网的渗透率逐步提升,给配网的运行和控制带来了巨大的挑战。并且,用户对供电可靠性以及故障恢复时间要求也更为苛刻。我国配网普遍采用“闭环设计、开环运行”的原则,并在此基础上,通过控制配网开关实现故障等情形下的负载转供,维持配网的可靠、经济运行。但是开关操作的动作成本大、响应时间慢且对电网暂态冲击大。为此,研究者提出了基于电力电子变换器的柔性直流合环技术,可有效解决机械开关硬合环带来的冲击,并可灵活、精确、实时调控配网潮流,综合提升配网的供电可靠性、经济性以及供电质量。
柔性合环装置作为全功率型器件,其典型的劣势为装置体积大、效率低。为此,申请号为201810635456.3的中国发明专利申请中公开了一种混合型背靠背智能软开关、控制***及控制方法,提出了一个由背靠背工频隔离变换器与机械开关的混合式结构,如图1所示,由电压源型变换器VSC1、VSC2以及机械开关组成,若VSC1或者VSC2输出不含隔离变压器,则对于图示结构,若机械开关闭合,且开关S2A、S1A’闭合,则直流电容C被短路,设影响设备的正常运行。因此,为实现VSC1、VSC2正常运行,需在VSC1或者VSC2输出安装隔离变压器。隔离变压器的安装增加了设备的体积和成本,降低了设备的整体运行效率。
发明内容
针对上述问题,本发明提出一种非隔离型混合柔性合环装置及控制方法,通过提出新型的拓扑结构和控制方法,节省了混合型柔性合环装置的隔离变压器,有效提升了装备的运行效率,降低了设备的体积和成本。
为了实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明通过以下技术方案实现:
第一方面,本发明提供了一种非隔离型混合柔性合环装置,包括:
第一电压源型变换器和第二电压源型变换器,二者的直流侧并联,二者的输出侧分别连接第一断路器和第二断路器;
第一开关和第二开关,二者串联在所述第一电压源型变换器和第二电压源型变换器之间;
第一直流链电容,并联在所述第一电压源型变换器的直流侧;
第二直流链电容,并联在所述第二电压源型变换器的直流侧;
第三开关和超级电容,二者串联后与所述第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的直流侧并联,且位于第一开关和第二开关之间;
第四开关,其两端分别与所述第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的输出侧相连。
可选地,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于正常运行状态时,则所述第一开关、第二开关、第一断路器和第二断路器闭合,第三开关和第四开关断开,通过第一电压源型变换器和第二电压源型变换器输出功率建立分别与之相连的线路一、线路二之间的功率、能量的智能交换,所述第一电压源型变换器和第二电压源型变换器同时可灵活输出无功功率,维持交流母线电压的稳定。
可选地,所述第一电压源型变换器采用电压控制模式;所述第二电压源型变换器采用PQ功率控制模式。
可选地,所述第一电压源型变换器的输出端通过顺次相连的第一断路器、线路一和第五开关连接至第一变压器,所述第二电压源型变换器通过顺次相连的第二断路器、线路二和第六开关连接至第二变压器;
当某变压器出现故障时,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于故障隔离状态,与该变压器相连的电压源型变换器保持一段时间的不脱网,若该变压器为永久性故障,则与该变压器相连的电压源型变换器闭锁,并断开所述第一电压源型变换器和第二电压源型变换器之间的连接,实现故障隔离。
可选地,待完成故障隔离后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于供电恢复状态,跳开与该变压器相连的第五开关或第六开关,并闭合第四开关,实现供电恢复。
可选地,当第一变压器出现故障,且故障恢复后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于双电源供电状态:
将第一电压源型变换器切换至整流模式,并将位于第一电压源型变换器直流侧的第一直流链电容的电压调节成超级电容的电压,闭合第三开关;
柔性调节第一电压源型变换器的输出功率,直至第四开关的电流为零,断开第四开关,由所述超级电容经第一电压源型变换器为线路一供电;
调节第二电容的电压,使得第二电容与第一电容的电压相等,等第四开关断开后,闭合第二开关;
第一电压源型变换器切换至电压控制模式,并通过调节其出口电压,将第五开关两侧电压幅值、相位调控至近乎相等,闭合第五开关;
第一电压源型变换器和第二电压源型变换器均运行至PQ控制模式,通过调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的功率差,给超级电容充电,当超级电容的荷电状态达到上限值后,控制第一电压源型变换器和第二电压源型变换器,满足超级电容充电功率为零,第一电压源型变换器切换至电压控制模式,断开第三开关,恢复至正常运行模式;
当第二变压器出现故障,且故障恢复后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于双电源供电状态:
将第二电压源型变换器切换至整流模式,并将位于第二电压源型变换器直流侧的第二直流链电容的电压调节成超级电容的电压,闭合第三开关;
柔性调节第二电压源型变换器的输出功率,直至第四开关的电流为零,断开第四开关,由所述超级电容经第二电压源型变换器为线路二供电;
调节第一电容的电压,使得第一电容与第二电容的电压相等,等第四开关断开后,闭合第一开关;
第二电压源型变换器切换至电压控制模式,并通过调节其出口电压,将第六开关两侧电压幅值、相位调控至近乎相等,闭合第六开关;
第一电压源型变换器和第二电压源型变换器均运行至PQ控制模式,通过调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的功率差,给超级电容充电,当超级电容的荷电状态达到上限值后,控制第一电压源型变换器和第二电压源型变换器,满足超级电容充电功率为零,第一电压源型变换器切换至电压控制模式,断开第三开关,恢复至正常运行模式。
可选地,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第二变压器单独供电,则调节第一直流链电容、第二直流链电容的电压等于超级电容电压,闭合第三开关;
第二电压源型变换器输出有功功率调至零,则流经第二开关电流为零,随后断开第二开关;
控制第一电压源型变换器的输出功率,满足第一变压器输出电流为零时,断开第五开关,第一电压源型变换器切换至离网运行模式;
闭合第四开关,第一电压源型变换器调节至并网运行模式,柔性调节第一电压源型变换器功率,给超级电容充电,充电满足要求后,断开第三开关,第一电压源型变换器、第二电压源型变换器相当于两个无功补偿装置,切换至第二变压器单独供电;
或者,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第一变压器单独供电,则调节第一直流链电容、第二直流链电容的电压等于超级电容电压,闭合第三开关;
第一电压源型变换器输出有功功率调至零,则流经第一开关电流为零,随后断开第一开关;
控制第二电压源型变换器的输出功率,满足第二变压器输出电流为零时,断开第六开关,第二电压源型变换器切换至离网运行模式;
闭合第四开关,第二电压源型变换器调节至并网运行模式,柔性调节第二电压源型变换器功率,给超级电容充电,充电满足要求后,断开第三开关,第一电压源型变换器、第二电压源型变换器相当于两个无功补偿装置,切换至第一变压器单独供电。
可选地,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第二变压器单独供电切换至第一变压器和第二变压器同时供电,则闭合第三开关,将第四开关电流调控至零,潮流由第四开关转移至第一电压源型变换器;
断开第四开关,闭合第二开关;
调节第一电压源型变换器的输出电压,满足第五开关两侧电压幅值和相位后,闭合第五开关,投运第一变压器;
调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器输出功率,待超级电容荷电状态达到上限时,断开第三开关;
或者,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第一变压器单独供电切换至第一变压器和第二变压器同时供电,则闭合第三开关,将第四开关电流调控至零,潮流由第四开关转移至第二电压源型变换器;
断开第四开关,闭合第一开关;
调节第二电压源型变换器的输出电压,满足第六开关两侧电压幅值和相位后,闭合第六开关,投运第二变压器;
调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器输出功率,待超级电容荷电状态达到上限时,断开第三开关。
第二方面,本发明提供了一种基于第一方面中的非隔离型混合柔性合环装置的控制方法,包括:
监测非隔离型混合柔性合环装置的运行状态;
基于所述非隔离型混合柔性合环装置的运行状态控制所述非隔离型混合柔性合环装置。
可选地,当所述非隔离型混合柔性合环装置的运行状态为正常运行状态时,则闭合所述第一开关、第二开关、第五开关和第六开关,断开第三开关和第四开关,通过第一电压源型变换器和第二电压源型变换器输出功率建立分别与之相连的线路一、线路二之间的功率、能量的智能交换,所述第一电压源型变换器和第二电压源型变换器同时可灵活输出无功功率,维持交流母线电压的稳定。
可选地,所述第一电压源型变换器采用电压控制模式;所述第二电压源型变换器采用PQ功率控制模式。
可选地,所述第一电压源型变换器通过顺次相连的第一断路器、线路一和第五开关连接至第一变压器,所述第二电压源型变换器通过顺次相连的第二断路器、线路二和第六开关连接至第二变压器;
当某变压器出现故障时,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于故障隔离状态,与该变压器相连的电压源型变换器保持一段时间的不脱网,若该变压器为永久性故障,则与该变压器相连的电压源型变换器闭锁,并断开所述第一电压源型变换器和第二电压源型变换器之间的连接,实现故障隔离。
可选地,待故障隔离后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于供电恢复状态,跳开与该变压器相连的第五开关或第六开关,并闭合第四开关,实现供电恢复。
可选地,当第二变压器出现故障,且故障恢复后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于双电源供电状态:
将第二电压源型变换器切换至整流模式,并将位于第二电压源型变换器直流侧的第二直流链电容的电压调节成超级电容的电压,闭合第三开关;
柔性调节第二电压源型变换器的输出功率,直至第四开关的电流为零,断开第四开关,由所述超级电容经第二电压源型变换器为线路二供电;
调节第一电容的电压,使得第一电容与第二电容的电压相等,等第四开关断开后,闭合第一开关;
第二电压源型变换器切换至电压控制模式,并通过调节其出口电压,将第六开关两侧电压幅值、相位调控至近乎相等,闭合第六开关;
第一电压源型变换器和第二电压源型变换器均运行至PQ控制模式,通过调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的功率差,给超级电容充电,当超级电容的荷电状态达到上限值后,控制第一电压源型变换器和第二电压源型变换器,满足超级电容充电功率为零,第一电压源型变换器切换至电压控制模式,断开第三开关,恢复至正常运行模式;
当第一变压器出现故障,且故障恢复后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于双电源供电状态:
将第一电压源型变换器切换至整流模式,并将位于第一电压源型变换器直流侧的第一直流链电容的电压调节成超级电容的电压,闭合第三开关;
柔性调节第一电压源型变换器的输出功率,直至第四开关的电流为零,断开第四开关,由所述超级电容经第一电压源型变换器为线路一供电;
调节第二电容的电压,使得第二电容与第一电容的电压相等,等第四开关断开后,闭合第二开关;
第一电压源型变换器切换至电压控制模式,并通过调节其出口电压,将第五开关两侧电压幅值、相位调控至近乎相等,闭合第五开关;
第一电压源型变换器和第二电压源型变换器均运行至PQ控制模式,通过调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的功率差,给超级电容充电,当超级电容的荷电状态达到上限值后,控制第一电压源型变换器和第二电压源型变换器,满足超级电容充电功率为零,第一电压源型变换器切换至电压控制模式,断开第三开关,恢复至正常运行模式。
可选地,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第二变压器单独供电,则调节第一直流链电容、第二直流链电容的电压等于超级电容电压,闭合第三开关;
第二电压源型变换器输出有功功率调至零,则流经第二开关电流为零,随后断开第二开关;
控制第一电压源型变换器的输出功率,满足第一变压器输出电流为零时,断开第五开关,第一电压源型变换器切换至离网运行模式;
闭合第四开关,第一电压源型变换器调节至并网运行模式,柔性调节第一电压源型变换器功率,给超级电容充电,充电满足要求后,断开第三开关,第一电压源型变换器、第二电压源型变换器相当于两个无功补偿装置,切换至第二变压器单独供电;
或者,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第一变压器单独供电,则调节第一直流链电容、第二直流链电容的电压等于超级电容电压,闭合第三开关;
第一电压源型变换器输出有功功率调至零,则流经第一开关电流为零,随后断开第一开关;
控制第二电压源型变换器的输出功率,满足第二变压器输出电流为零时,断开第六开关,第二电压源型变换器切换至离网运行模式;
闭合第四开关,第二电压源型变换器调节至并网运行模式,柔性调节第二电压源型变换器功率,给超级电容充电,充电满足要求后,断开第三开关,第一电压源型变换器、第二电压源型变换器相当于两个无功补偿装置,切换至第一变压器单独供电。
可选地,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第二变压器单独供电切换至第一变压器和第二变压器同时供电,则闭合第三开关,将第四开关电流调控至零,潮流由第四开关转移至第一电压源型变换器;
断开第四开关,闭合第二开关;
调节第一电压源型变换器的输出电压,满足第五开关两侧电压幅值和相位后,闭合第五开关,投运第一变压器;
调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器输出功率,待超级电容荷电状态达到上限时,断开第三开关;
或者,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第一变压器单独供电切换至第一变压器和第二变压器同时供电,则闭合第三开关,将第四开关电流调控至零,潮流由第四开关转移至第二电压源型变换器;
断开第四开关,闭合第一开关;
调节第二电压源型变换器的输出电压,满足第六开关两侧电压幅值和相位后,闭合第六开关,投运第二变压器;
调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器输出功率,待超级电容荷电状态达到上限时,断开第三开关。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明提出一种非隔离型混合柔性合环装置及控制方法,通过提出新型的拓扑结构和控制方法,节省了混合型柔性合环装置的隔离变压器,有效提升了装备的运行效率,降低了设备的体积和成本。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解,下面根据具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中:
图1为现有技术中混合型背靠背智能软开关的结构示意图;
图2为本发明中的非隔离型混合柔性合环装置的结构示意图;
图3为本发明第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的控制示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明提供了一种非隔离型混合柔性合环装置,通过控制直流母线侧的第一开关LC1、第二开关LC2的状态,实现任何工作模式下第一电压源型变换器VSC1、第二电压源型变换器VSC2的电气隔离,具体地,如图2所示,所述非隔离型混合柔性合环装置包括:
第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2,二者的直流侧并联,二者的输出侧分别连接第一断路器LV1和第二断路器LV2;
第一开关LC1和第二开关LC2,二者串联在所述第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2之间;
第一直流链电容C1,并联在所述第一电压源型变换器VSC1的直流侧;
第二直流链电容C2,并联在所述第二电压源型变换器VSC2的直流侧;
第三开关LS和超级电容C3,二者串联后与所述第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2的直流侧并联,且位于第一开关LC1和第二开关LC2之间;
第四开关LN,两端分别与所述第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2的输出侧相连。
在本发明实施例的一种具体实施方式中,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于正常运行状态时,则所述第一开关LC1、第二开关LC2、第一断路器LV1和第二断路器LV2闭合,第三开关LS和第四开关LN断开,通过第一电压源型变换器和第二电压源型变换器输出功率建立与之相连的线路一和线路二(即不同线路)间的功率、能量的智能交换,所述第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2同时可灵活输出无功功率,维持交流母线电压的稳定。
图3为正常运行阶段下本发明实施例中的非隔离型混合柔性合环控制框图,第一电压源型变换器VSC1、第二电压源型变换器VSC2可向电网侧注入的正负/大小可控的无功功率;既可以向电网提供无功功率以优化网损,改善电能质量,也可吸收无功功率抑制节点电压暂升,并且第一电压源型变换器VSC1、第二电压源型变换器VSC2的输出无功功率控制相互独立。同理,非隔离型混合性柔性合环装置与线路一、线路二的有功流动也是双向的;其中第一电压源型变换器VSC1采用直接功率控制,而第二电压源型变换器VSC2通过控制其与线路二进行有功交换以维持直流链电压Vdc的稳定。需要指出的是,图2所示的结构,第一开关LC1、第二开关LC2闭合时,第一直流链电容C1的电压Vdc1、第二直流链电容C2的电压Vdc2满足Vdc1=Vdc2=Vdc。因此,正常模式下,其中一电压源型变换器采用图示的电压制模式,而另一电压源型变换器则采用PQ功率控制模式。
在本发明实施例的一种具体实施方式中,所述第一电压源型变换器VSC1通过顺次相连的第一断路器、线路一和第五开关LT1连接至第一变压器T1,所述第二电压源型变换器VSC2通过顺次相连的第二断路器、线路二和第六开关LT2连接至第二变压器T2;
当某变压器出现故障时,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于故障隔离状态,与该变压器相连的电压源型变换器保持一段时间的不脱网,若该变压器为永久性故障,则与该变压器相连的电压源型变换器闭锁,并断开所述第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2之间的连接,实现故障隔离。
待完成故障隔离后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于供电恢复状态,跳开与该变压器相连的第五开关LT1或第六开关LT2,并闭合第四开关LN,实现供电恢复。
当第一变压器T1出现故障,且故障恢复后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于双电源供电状态:
将第一电压源型变换器VSC1切换至整流模式,并将位于第一电压源型变换器VSC1直流侧的第一直流链电容C1的电压调节成超级电容C3的电压VSC,闭合第三开关LS;
柔性调节第一电压源型变换器VSC1的输出功率,直至第四开关LN的电流为零,断开第四开关LN,由所述超级电容C3经第一电压源型变换器VSC1给线路二供电;
调节第二电容的电压,使得第二电容与第一电容的电压相等,等第四开关LN断开后,闭合第二开关LC2;
第一电压源型变换器VSC1切换至电压控制模式,并通过调节其出口电压,将第五开关LT1两侧电压幅值、相位调控至近乎相等,闭合第五开关LT1;
第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2均运行至PQ控制模式,通过调节第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2的功率差,给超级电容C3充电,当超级电容C3的荷电状态达到上限值后,控制第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2,满足超级电容C3充电功率为零,第一电压源型变换器VSC1切换至电压控制模式,断开第三开关LS,恢复至正常运行模式;
当第二变压器T2出现故障,且故障恢复后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于双电源供电状态:
将第二电压源型变换器VSC2切换至整流模式,并将位于第二电压源型变换器VSC2直流侧的第二直流链电容C2的电压调节成超级电容C3的电压,闭合第三开关LS;
柔性调节第二电压源型变换器VSC2的输出功率,直至第四开关LN的电流为零,断开第四开关LN,由所述超级电容C3经第二电压源型变换器VSC2实现供电;
调节第一电容的电压,使得第一电容与第二电容的电压相等,等第四开关LN断开后,闭合第一开关LC1;
第二电压源型变换器VSC2切换至电压控制模式,并通过调节其出口电压,将第六开关LT2两侧电压幅值、相位调控至近乎相等,闭合第六开关LT2;
第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2均运行至PQ控制模式,通过调节第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2的功率差,给超级电容C3充电,当超级电容C3的荷电状态达到上限值后,控制第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2,满足超级电容C3充电功率为零,第一电压源型变换器VSC1切换至电压控制模式,断开第三开关LS,恢复至正常运行模式。
在本发明实施例的一种具体实施方式中,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第二变压器T2单独供电,则调节第一直流链电容C1、第二直流链电容C2的电压等于超级电容C3电压,闭合第三开关LS;
第二电压源型变换器VSC2输出有功功率调至零,则流经第二开关LC2电流为零,随后断开第二开关LC2;
控制第一电压源型变换器VSC1的输出功率,满足第一变压器T1输出电流为零时,断开第五开关LT1,第一电压源型变换器VSC1切换至离网运行模式;
闭合第四开关LN,第一电压源型变换器VSC1调节至并网运行模式,柔性调节第一电压源型变换器VSC1功率,给超级电容C3充电,充电满足要求后,断开第三开关LS,第一电压源型变换器VSC1、第二电压源型变换器VSC2相当于两个无功补偿装置,切换至第二变压器T2单独供电;
或者,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第一变压器单独供电,则调节第一直流链电容、第二直流链电容的电压等于超级电容电压,闭合第三开关;
第一电压源型变换器输出有功功率调至零,则流经第一开关电流为零,随后断开第一开关;
控制第二电压源型变换器的输出功率,满足第二变压器输出电流为零时,断开第六开关LT2,第二电压源型变换器切换至离网运行模式;
闭合第四开关,第二电压源型变换器调节至并网运行模式,柔性调节第二电压源型变换器功率,给超级电容充电,充电满足要求后,断开第三开关,第一电压源型变换器、第二电压源型变换器相当于两个无功补偿装置,切换至第一变压器单独供电。
在本发明实施例的一种具体实施方式中,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第二变压器T2单独供电切换至第一变压器T1和第二变压器T2同时供电,则闭合第三开关LS,将第四开关LN电流调控至零,潮流由第四开关LN转移至第一电压源型变换器VSC1;
断开第四开关LN,闭合第二开关LC2;
调节第一电压源型变换器VSC1的输出电压,满足第五开关LT1两侧电压幅值和相位后,闭合第五开关LT1,投运第一变压器T1;
调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器功率,待超级电容C3荷电状态达到上限时,断开第三开关LS;
或者,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第一变压器单独供电切换至第一变压器和第二变压器同时供电,则闭合第三开关,将第四开关电流调控至零,潮流由第四开关转移至第二电压源型变换器;
断开第四开关,闭合第一开关;
调节第二电压源型变换器的输出电压,满足第六开关LT2两侧电压幅值和相位后,闭合第六开关LT2,投运第二变压器;
调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器功率,待超级电容荷电状态达到上限时,断开第三开关。
实施例2
本发明实施例中提供了一种基于实施例1中的非隔离型混合柔性合环装置的控制方法,包括:
监测非隔离型混合柔性合环装置的运行状态;
基于所述非隔离型混合柔性合环装置的运行状态控制所述非隔离型混合柔性合环装置。
在本发明实施例的一种具体实施方式中,当所述非隔离型混合柔性合环装置的运行状态为正常运行状态时,则闭合所述第一开关LC1、第二开关LC2、第五开关LT1和第六开关LT2闭合,断开第三开关LS和第四开关LN,通过第一电压源型变换器和第二电压源型变换器建立与之相连的线路一和线路二(即不同线路)间的功率、能量的智能交换,所述第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2同时可灵活输出无功功率,维持交流母线电压的稳定。
在本发明实施例的一种具体实施方式中,所述第一电压源型变换器VSC1采用电压控制模式;所述第二电压源型变换器VSC2采用PQ功率控制模式。
在本发明实施例的一种具体实施方式中,所述第一电压源型变换器VSC1通过顺次相连的第一断路器LV1、线路一和第五开关LT1连接至第一变压器T1,所述第二电压源型变换器VSC2通过顺次相连的第二断路器LV2、线路二和第六开关LT2连接至第二变压器T2;
当某变压器出现故障时,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于故障隔离状态,与该变压器相连的电压源型变换器保持一段时间的不脱网,若该变压器为永久性故障,则与该变压器相连的电压源型变换器闭锁,并断开所述第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2之间的连接,实现故障隔离。
在本发明实施例的一种具体实施方式中,待故障隔离后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于供电恢复状态,跳开与该变压器相连的第五开关LT1或第六开关LT2,并闭合第四开关LN,实现供电恢复。
在本发明实施例的一种具体实施方式中,当第二变压器T2出现故障,且故障恢复后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于双电源供电状态:
将第二电压源型变换器VSC2切换至整流模式,并将位于第二电压源型变换器VSC2直流侧的第二直流链电容C2的电压调节成超级电容C3的电压,闭合第三开关LS;
柔性调节第二电压源型变换器VSC2的输出功率,直至第四开关LN的电流为零,断开第四开关LN,由所述超级电容C3经第二电压源型变换器VSC2为线路二供电;
调节第一电容的电压,使得第一电容与第二电容的电压相等,等第四开关LN断开后,闭合第一开关LC1;
第二电压源型变换器VSC2切换至电压控制模式,并通过调节其出口电压,将第六开关LT2两侧电压幅值、相位调控至近乎相等,闭合第六开关LT2;
第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2均运行至PQ控制模式,通过调节第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2的功率差,给超级电容C3充电,当超级电容C3的荷电状态达到上限值后,控制第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2,满足超级电容C3充电功率为零,第一电压源型变换器VSC1切换至电压控制模式,断开第三开关LS,恢复至正常运行模式;
当第一变压器T1出现故障,且故障恢复后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于双电源供电状态:
将第一电压源型变换器VSC1切换至整流模式,并将位于第一电压源型变换器VSC1直流侧的第一直流链电容C1的电压调节成超级电容C3的电压,闭合第三开关LS;
柔性调节第一电压源型变换器VSC1的输出功率,直至第四开关LN的电流为零,断开第四开关LN,由所述超级电容C3经第一电压源型变换器VSC1为线路一供电;
调节第二电容的电压,使得第二电容与第一电容的电压相等,等第四开关LN断开后,闭合第二开关LC2;
第一电压源型变换器VSC1切换至电压控制模式,并通过调节其出口电压,将第五开关LT1两侧电压幅值、相位调控至近乎相等,闭合第五开关LT1;
第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2均运行至PQ控制模式,通过调节第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2的功率差,给超级电容C3充电,当超级电容C3的荷电状态达到上限值后,控制第一电压源型变换器VSC1和第二电压源型变换器VSC2,满足超级电容C3充电功率为零,第一电压源型变换器VSC1切换至电压控制模式,断开第三开关LS,恢复至正常运行模式。
在本发明实施例的一种具体实施方式中,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第二变压器T2单独供电,则调节第一直流链电容C1、第二直流链电容C2的电压等于超级电容C3电压,闭合第三开关LS;
第二电压源型变换器VSC2输出有功功率调至零,则流经第二开关LC2电流为零,随后断开第二开关LC2;
控制第一电压源型变换器VSC1的输出功率,满足第一变压器T1输出电流为零时,断开第五开关LT1,第一电压源型变换器VSC1切换至离网运行模式;
闭合第四开关LN,第一电压源型变换器VSC1调节至并网运行模式,柔性调节第一电压源型变换器VSC1功率,给超级电容C3充电,充电满足要求后,断开第三开关LS,第一电压源型变换器VSC1、第二电压源型变换器VSC2相当于两个无功补偿装置,切换至第二变压器T2单独供电;
或者,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第一变压器单独供电,则调节第一直流链电容、第二直流链电容的电压等于超级电容电压,闭合第三开关;
第一电压源型变换器输出有功功率调至零,则流经第一开关电流为零,随后断开第一开关;
控制第二电压源型变换器的输出功率,满足第二变压器输出电流为零时,断开第六开关LT2,第二电压源型变换器切换至离网运行模式;
闭合第四开关,第二电压源型变换器调节至并网运行模式,柔性调节第二电压源型变换器功率,给超级电容充电,充电满足要求后,断开第三开关,第一电压源型变换器、第二电压源型变换器相当于两个无功补偿装置,切换至第一变压器单独供电。
在本发明实施例的一种具体实施方式中,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第二变压器T2单独供电切换至第一变压器T1和第二变压器T2同时供电,则闭合第三开关LS,将第四开关LN电流调控至零,潮流由第四开关LN转移至第一电压源型变换器VSC1;
断开第四开关LN,闭合第二开关LC2;
调节第一电压源型变换器VSC1的输出电压,满足第五开关LT1两侧电压幅值和相位后,闭合第五开关LT1,投运第一变压器T1;
调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器功率,待超级电容C3荷电状态达到上限时,断开第三开关LS;
或者当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第一变压器单独供电切换至第一变压器和第二变压器同时供电,则闭合第三开关,将第四开关电流调控至零,潮流由第四开关转移至第二电压源型变换器;
断开第四开关,闭合第一开关;
调节第二电压源型变换器的输出电压,满足第六开关LT2两侧电压幅值和相位后,闭合第六开关LT2,投运第二变压器;
调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器功率,待超级电容荷电状态达到上限时,断开第三开关。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (14)
1.一种非隔离型混合柔性合环装置,其特征在于,包括:
第一电压源型变换器和第二电压源型变换器,二者的直流侧并联,二者的输出侧分别连接第一断路器和第二断路器;
第一开关和第二开关,二者串联在所述第一电压源型变换器和第二电压源型变换器之间;
第一直流链电容,并联在所述第一电压源型变换器的直流侧;
第二直流链电容,并联在所述第二电压源型变换器的直流侧;
第三开关和超级电容,二者串联后与所述第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的直流侧并联,且位于第一开关和第二开关之间;
第四开关,其两端分别与所述第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的输出侧相连;
所述第一电压源型变换器的输出端通过顺次相连的第一断路器、线路一和第五开关连接至第一变压器,所述第二电压源型变换器通过顺次相连的第二断路器、线路二和第六开关连接至第二变压器;
当某变压器出现故障时,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于故障隔离状态,与该变压器相连的电压源型变换器保持一段时间的不脱网,若该变压器为永久性故障,则与该变压器相连的电压源型变换器闭锁,并断开所述第一电压源型变换器和第二电压源型变换器之间的连接,实现故障隔离。
2.根据权利要求1所述的一种非隔离型混合柔性合环装置,其特征在于:当所述非隔离型混合柔性合环装置处于正常运行状态时,则所述第一开关、第二开关、第一断路器和第二断路器闭合,第三开关和第四开关断开,通过第一电压源型变换器和第二电压源型变换器输出功率建立分别与之相连的线路一、线路二之间的功率、能量的智能交换,所述第一电压源型变换器和第二电压源型变换器同时可灵活输出无功功率,维持交流母线电压的稳定。
3.根据权利要求2所述的一种非隔离型混合柔性合环装置,其特征在于:所述第一电压源型变换器采用电压控制模式;所述第二电压源型变换器采用PQ功率控制模式。
4.根据权利要求1所述的一种非隔离型混合柔性合环装置,其特征在于:待完成故障隔离后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于供电恢复状态,跳开与该变压器相连的第五开关或第六开关,并闭合第四开关,实现供电恢复。
5.根据权利要求1或4所述的一种非隔离型混合柔性合环装置,其特征在于:
当第一变压器出现故障,且故障恢复后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于双电源供电状态:
将第一电压源型变换器切换至整流模式,并将位于第一电压源型变换器直流侧的第一直流链电容的电压调节成超级电容的电压,闭合第三开关;
柔性调节第一电压源型变换器的输出功率,直至第四开关的电流为零,断开第四开关,由所述超级电容经第一电压源型变换器为线路一供电;
调节第二电容的电压,使得第二电容与第一电容的电压相等,等第四开关断开后,闭合第二开关;
第一电压源型变换器切换至电压控制模式,并通过调节其出口电压,将第五开关两侧电压幅值、相位调控至近乎相等,闭合第五开关;
第一电压源型变换器和第二电压源型变换器均运行至PQ控制模式,通过调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的功率差,给超级电容充电,当超级电容的荷电状态达到上限值后,控制第一电压源型变换器和第二电压源型变换器,满足超级电容充电功率为零,第一电压源型变换器切换至电压控制模式,断开第三开关,恢复至正常运行模式;
当第二变压器出现故障,且故障恢复后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于双电源供电状态:
将第二电压源型变换器切换至整流模式,并将位于第二电压源型变换器直流侧的第二直流链电容的电压调节成超级电容的电压,闭合第三开关;
柔性调节第二电压源型变换器的输出功率,直至第四开关的电流为零,断开第四开关,由所述超级电容经第二电压源型变换器为线路二供电;
调节第一电容的电压,使得第一电容与第二电容的电压相等,等第四开关断开后,闭合第一开关;
第二电压源型变换器切换至电压控制模式,并通过调节其出口电压,将第六开关两侧电压幅值、相位调控至近乎相等,闭合第六开关;
第一电压源型变换器和第二电压源型变换器均运行至PQ控制模式,通过调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的功率差,给超级电容充电,当超级电容的荷电状态达到上限值后,控制第一电压源型变换器和第二电压源型变换器,满足超级电容充电功率为零,第一电压源型变换器切换至电压控制模式,断开第三开关,恢复至正常运行模式。
6.根据权利要求1所述的一种非隔离型混合柔性合环装置,其特征在于:当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第二变压器单独供电,则调节第一直流链电容、第二直流链电容的电压等于超级电容电压,闭合第三开关;
第二电压源型变换器输出有功功率调至零,则流经第二开关电流为零,随后断开第二开关;
控制第一电压源型变换器的输出功率,满足第一变压器输出电流为零时,断开第五开关,第一电压源型变换器切换至离网运行模式;
闭合第四开关,第一电压源型变换器调节至并网运行模式,柔性调节第一电压源型变换器功率,给超级电容充电,充电满足要求后,断开第三开关,第一电压源型变换器、第二电压源型变换器相当于两个无功补偿装置,切换至第二变压器单独供电;
或者,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第一变压器单独供电,则调节第一直流链电容、第二直流链电容的电压等于超级电容电压,闭合第三开关;
第一电压源型变换器输出有功功率调至零,则流经第一开关电流为零,随后断开第一开关;
控制第二电压源型变换器的输出功率,满足第二变压器输出电流为零时,断开第六开关,第二电压源型变换器切换至离网运行模式;
闭合第四开关,第二电压源型变换器调节至并网运行模式,柔性调节第二电压源型变换器功率,给超级电容充电,充电满足要求后,断开第三开关,第一电压源型变换器、
第二电压源型变换器相当于两个无功补偿装置,切换至第一变压器单独供电。
7.根据权利要求1所述的一种非隔离型混合柔性合环装置,其特征在于:当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第二变压器单独供电切换至第一变压器和第二变压器同时供电,则闭合第三开关,将第四开关电流调控至零,潮流由第四开关转移至第一电压源型变换器;
断开第四开关,闭合第二开关;
调节第一电压源型变换器的输出电压,满足第五开关两侧电压幅值和相位后,闭合第五开关,投运第一变压器;
调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器输出功率,待超级电容荷电状态达到上限时,断开第三开关;
或者,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第一变压器单独供电切换至第一变压器和第二变压器同时供电,则闭合第三开关,将第四开关电流调控至零,潮流由第四开关转移至第二电压源型变换器;
断开第四开关,闭合第一开关;
调节第二电压源型变换器的输出电压,满足第六开关两侧电压幅值和相位后,闭合第六开关,投运第二变压器;
调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器输出功率,待超级电容荷电状态达到上限时,断开第三开关。
8.一种基于权利要求1所述的非隔离型混合柔性合环装置的控制方法,其特征在于,包括:
监测非隔离型混合柔性合环装置的运行状态;
基于所述非隔离型混合柔性合环装置的运行状态控制所述非隔离型混合柔性合环装置。
9.根据权利要求8所述的一种非隔离型混合柔性合环装置的控制方法,其特征在于:当所述非隔离型混合柔性合环装置的运行状态为正常运行状态时,则闭合所述第一开关、第二开关、第五开关和第六开关,断开第三开关和第四开关,通过第一电压源型变换器和第二电压源型变换器输出功率建立分别与之相连的线路一、线路二之间的功率、能量的智能交换,所述第一电压源型变换器和第二电压源型变换器同时可灵活输出无功功率,维持交流母线电压的稳定。
10.根据权利要求9所述的一种非隔离型混合柔性合环装置的控制方法,其特征在于:所述第一电压源型变换器采用电压控制模式;所述第二电压源型变换器采用PQ功率控制模式。
11.根据权利要求8所述的一种非隔离型混合柔性合环装置的控制方法,其特征在于:待故障隔离后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于供电恢复状态,跳开与该变压器相连的第五开关或第六开关,并闭合第四开关,实现供电恢复。
12.根据权利要求8所述的一种非隔离型混合柔性合环装置的控制方法,其特征在于:当第二变压器出现故障,且故障恢复后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于双电源供电状态:
将第二电压源型变换器切换至整流模式,并将位于第二电压源型变换器直流侧的第二直流链电容的电压调节成超级电容的电压,闭合第三开关;
柔性调节第二电压源型变换器的输出功率,直至第四开关的电流为零,断开第四开关,由所述超级电容经第二电压源型变换器为线路二供电;
调节第一电容的电压,使得第一电容与第二电容的电压相等,等第四开关断开后,闭合第一开关;
第二电压源型变换器切换至电压控制模式,并通过调节其出口电压,将第六开关两侧电压幅值、相位调控至近乎相等,闭合第六开关;
第一电压源型变换器和第二电压源型变换器均运行至PQ控制模式,通过调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的功率差,给超级电容充电,当超级电容的荷电状态达到上限值后,控制第一电压源型变换器和第二电压源型变换器,满足超级电容充电功率为零,第一电压源型变换器切换至电压控制模式,断开第三开关,恢复至正常运行模式;
当第一变压器出现故障,且故障恢复后,则所述非隔离型混合柔性合环装置处于双电源供电状态:
将第一电压源型变换器切换至整流模式,并将位于第一电压源型变换器直流侧的第一直流链电容的电压调节成超级电容的电压,闭合第三开关;
柔性调节第一电压源型变换器的输出功率,直至第四开关的电流为零,断开第四开关,由所述超级电容经第一电压源型变换器为线路一供电;
调节第二电容的电压,使得第二电容与第一电容的电压相等,等第四开关断开后,闭合第二开关;
第一电压源型变换器切换至电压控制模式,并通过调节其出口电压,将第五开关两侧电压幅值、相位调控至近乎相等,闭合第五开关;
第一电压源型变换器和第二电压源型变换器均运行至PQ控制模式,通过调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器的功率差,给超级电容充电,当超级电容的荷电状态达到上限值后,控制第一电压源型变换器和第二电压源型变换器,满足超级电容充电功率为零,第一电压源型变换器切换至电压控制模式,断开第三开关,恢复至正常运行模式。
13.根据权利要求8所述的一种非隔离型混合柔性合环装置的控制方法,其特征在于:当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第二变压器单独供电,则调节第一直流链电容、第二直流链电容的电压等于超级电容电压,闭合第三开关;第二电压源型变换器输出有功功率调至零,则流经第二开关电流为零,随后断开第二开关;
控制第一电压源型变换器的输出功率,满足第一变压器输出电流为零时,断开第五开关,第一电压源型变换器切换至离网运行模式;
闭合第四开关,第一电压源型变换器调节至并网运行模式,柔性调节第一电压源型变换器功率,给超级电容充电,充电满足要求后,断开第三开关,第一电压源型变换器、第二电压源型变换器相当于两个无功补偿装置,切换至第二变压器单独供电;
或者,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第一变压器单独供电,则调节第一直流链电容、第二直流链电容的电压等于超级电容电压,闭合第三开关;
第一电压源型变换器输出有功功率调至零,则流经第一开关电流为零,随后断开第一开关;
控制第二电压源型变换器的输出功率,满足第二变压器输出电流为零时,断开第六开关,第二电压源型变换器切换至离网运行模式;
闭合第四开关,第二电压源型变换器调节至并网运行模式,柔性调节第二电压源型变换器功率,给超级电容充电,充电满足要求后,断开第三开关,第一电压源型变换器、
第二电压源型变换器相当于两个无功补偿装置,切换至第一变压器单独供电。
14.根据权利要求8所述的一种非隔离型混合柔性合环装置的控制方法,其特征在于:当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第二变压器单独供电切换至第一变压器和第二变压器同时供电,则闭合第三开关,将第四开关电流调控至零,潮流由第四开关转移至第一电压源型变换器;
断开第四开关,闭合第二开关;
调节第一电压源型变换器的输出电压,满足第五开关两侧电压幅值和相位后,闭合第五开关,投运第一变压器;
调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器输出功率,待超级电容荷电状态达到上限时,断开第三开关;
或者,当所述非隔离型混合柔性合环装置处于变压器经济运行模式,且由第一变压器单独供电切换至第一变压器和第二变压器同时供电,则闭合第三开关,将第四开关电流调控至零,潮流由第四开关转移至第二电压源型变换器;
断开第四开关,闭合第一开关;
调节第二电压源型变换器的输出电压,满足第六开关两侧电压幅值和相位后,闭合第六开关,投运第二变压器;
调节第一电压源型变换器和第二电压源型变换器输出功率,待超级电容荷电状态达到上限时,断开第三开关。
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GR01 | Patent grant | ||
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