CN112653202B - 一种基于柔性直流配电网的供配电***及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及供配电技术领域，具体涉及一种基于柔性直流配电网的供配电***及其控制方法，所述***包括：市电网络子***、与市电网络子***连接的风电子***、光伏子***、储能子***和负荷；所述负荷还分别与所述风电子***、光伏子***、储能子***连接；所述方法为：在供配电***供电时，获取供配电***的供电模式；判断所述供电模式是市电网络***供电模式，还是孤岛供电模式；如果所述供电模式是市电网络***供电模式，则选择执行市电网络***供电控制策略；如果所述供电模式是孤岛供电模式，则选择执行孤岛供电控制策略，本发明线路选择多样，信号传输可靠，能减少设备数量和传输损耗，节省成本。

Description

一种基于柔性直流配电网的供配电***及其控制方法
技术领域
本发明涉及供配电技术领域，具体涉及一种基于柔性直流配电网的供配电***及其控制方法。
背景技术
针对大规模数据中心的应用场景，需要提供高可靠性的供电***，同时希望供电***经济优质。传统的数据中心供电方式，通常采用多电源多回路(2种及2种以上电源和回路)的交流供配电网结构，供电电源都来自市电网络，电源种类单一。交流配电网容易受市电网络影响，线路传输效率低，需要稳压滤波设备，资金投入大，运行经济效益差，采用传统的直流配电技术，控制灵活性差，谐波量多。
现有技术中的交流配电网结构复杂，市电电网接入负荷种类繁多，信号传输复杂，电压稳定性差，谐波多，为获得优质电能还需配备稳压滤波设备。另外，传统的***供电电源单一，而且要经过多层次AC/AC、AC/DC或DC/DC转换，因此转换设备数量多，效率低，成本投入大，***运行损耗高，维护成本也高，同时故障率相对也增加，因此对***的安全性带来严重影响。其次，为保障故障情况下可靠性供电，还需配备应急后备电源***，设备也会占用一定的土地空间，进一步增加了***成本。
发明内容
本发明提供一种基于柔性直流配电网的供配电***及其控制方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种基于柔性直流配电网的供配电***，所述***包括：市电网络子***、风电子***、光伏子***、储能子***和负荷；
所述市电网络子***包括第一市电电网***和第二市电电网***，所述第一市电电网***包括通过配电线路依次连接的第一供电电源、第一交流电源断路器、第一交流变压器、第一交流线路断路器、第一电压源换流器、以及第一直流线路断路器；所述第二市电电网***包括通过配电线路依次连接的第二备用供电电源、第二交流电源断路器、第二交流变压器、第二交流线路断路器、第二电压源换流器、以及第二直流线路断路器；
所述第一交流电源断路器的输出端与第二交流电源断路器的输出端通过第七支路直流断路器连接，所述第一交流变压器的输出端与第二交流变压器的输出端通过第八支路直流断路器连接；
所述第一直流线路断路器分别与风电子***、光伏子***、储能子***和负荷连接；所述第二直流线路断路器分别与风电子***、光伏子***、储能子***和负荷连接；
所述负荷还分别与所述风电子***、光伏子***、储能子***连接。
进一步，所述光伏子***包括第二支路直流变换器和第二支路直流断路器；所述第二支路直流断路器的一端通过配电线路连接第二支路直流变换器，所述第二支路直流断路器的另一端分别与第一直流线路断路器以及第二直流线路断路器连接；
所述储能子***包括第三支路直流断路器和第三支路直流变换器；所述第三支路直流断路器的一端通过配电线路连接第三支路直流变换器；所述第三支路直流断路器的另一端分别与第一直流线路断路器以及第二直流线路断路器连接；
所述负荷包括充电桩子***和数据中心子***，所述充电桩子***包括第四支路直流断路器和第四支路直流变换器；所述第四支路直流断路器的一端通过配电线路连接第四支路直流变换器；所述第四支路直流断路器的另一端分别与第一直流线路断路器以及第二直流线路断路器连接；
所述数据中心子***包括第五支路直流断路器、第五支路直流变换器、第六支路直流断路器和第六支路直流变换器；所述第五支路直流断路器的一端通过配电线路连接第五支路直流变换器，所述第五支路直流断路器的另一端分别与第一直流线路断路器以及第二直流线路断路器连接；所述第六支路直流断路器的一端通过配电线路连接第六支路直流变换器，所述第六支路直流断路器的另一端分别与第一直流线路断路器以及第二直流线路断路器连接。
一种基于柔性直流配电网的供配电控制方法，应用于上述任一所述的基于柔性直流配电网的供配电***，所述方法包括以下步骤：
步骤S100、在供配电***供电时，获取供配电***的供电模式；
步骤S200、判断所述供电模式是市电网络***供电模式，还是孤岛供电模式；
步骤S300、如果所述供电模式是市电网络***供电模式，则选择执行市电网络***供电控制策略；
步骤S400、如果所述供电模式是孤岛供电模式，则选择执行孤岛供电控制策略。
进一步，所述市电网络***供电控制策略包括：
当执行市电网络***供电控制策略时，判断所述第一市电电网***是否正常运行；
在第一市电电网***正常运行状态下，控制第一市电电网***进行供电；
若所述第一市电电网***发生故障，则检测故障部位，根据故障部位调整供电路径，以避开所述故障部位进行供电。
进一步，所述根据故障部位调整供电路径，以避开所述故障部位进行供电，包括：
若检测到故障部位位于第一供电电源到第一交流电源断路器，则触发第一交流电源断路器断开，第七支路直流断路器接通，控制第二备用供电电源连接到第一市电电网***进行供电；
若检测到故障部位位于第一交流电源断路器到第一交流线路断路器之间，则触发第一交流电源断路器断开，触发第七支路直流断路器接通，控制第一供电电源连接到第二市电电网***进行供电；
若检测到故障部位位于第一交流电源断路器到第一交流线路断路器之间，则触发第一交流电源断路器断开，控制第二市电电网***进行供电；
若检测到故障部位位于第一交流线路断路器到第一直流线路断路器，则触发第一交流线路断路器断开，第八支路直流断路器接通，控制第一供电电源连接到第二市电电网***进行供电。
进一步，所述市电网络***供电控制策略还包括：
若所述第一市电电网***发生故障，则控制风电子***、光伏子***和储能子***为负荷进行供电，直至完成供电路径的调整。
进一步，所述孤岛供电控制策略包括：
检测风电子***、光伏子***和储能子***的总电能是否满足负荷需求，若是，则控制风电子***、光伏子***和储能子***为负荷进行供电，若否，则控制风电子***、光伏子***和储能子***为数据中心子***进行供电。
一种基于柔性直流配电网的供配电控制***，所述***包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述任一项所述的基于柔性直流配电网的供配电控制方法。
本发明的有益效果是：本发明公开一种基于柔性直流配电网的供配电***及其控制方法，本发明克服了传统单一电网供电方式和转换环节多、效率低、故障率高的缺点，通过结合风电子***、光伏子***和柔性直流配电网技术，提供的供配电***线路选择多样，信号传输可靠，能减少中间传输变换设备数量，***运行传输损耗小，节省了设备占地空间面积以及建设运行维护经济成本。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中基于柔性直流配电网的供配电***的拓扑结构图；
图2是本发明实施例中基于柔性直流配电网的供配电控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本申请的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参考图1，如图1所示为本申请实施例提供的一种基于柔性直流配电网的供配电***，所述***包括：市电网络子***、风电子***、光伏子***、储能子***和负荷；
所述市电网络子***包括第一市电电网***和第二市电电网***，所述第一市电电网***包括通过配电线路依次连接的第一供电电源G1、第一交流电源断路器CB11、第一交流变压器T1、第一交流线路断路器CB12、第一电压源换流器VSC1、以及第一直流线路断路器CB13；所述第二市电电网***包括通过配电线路依次连接的第二备用供电电源G2、第二交流电源断路器CB21、第二交流变压器T2、第二交流线路断路器CB22、第二电压源换流器VSC2、以及第二直流线路断路器CB23；
所述第一交流电源断路器CB11的输出端与第二交流电源断路器CB21的输出端通过第七支路直流断路器CB7连接，所述第一交流变压器T1的输出端与第二交流变压器T2的输出端通过第八支路直流断路器CB8连接；
所述第一直流线路断路器CB13分别与风电子***、光伏子***、储能子***和负荷连接；所述第二直流线路断路器CB23分别与风电子***、光伏子***、储能子***和负荷连接；
所述负荷还分别与所述风电子***、光伏子***、储能子***连接。
本发明提供的实施例中，与传统直流输电技术相比较，基于电压源换流器直流输电没有无功补偿和换相失败的问题，而且有功、无功能够快速、独立的控制，运行灵活，扩展性好，被称为柔性直流输电***(Voltage Source Converter based High VoltageDirect Curre nt Transmission，VSC-HVDC)，柔性直流输电***优越的扩展性，输出高质量电压，在工程中广泛应用。
本发明提供的实施例中，采用的风电子***、光伏子***等新能源电网***控制灵活，能源利用效率高，而且光、风能取之不尽，将新能源电网***接入供电***，减少对市电电网***的依赖，同时风光等自然能源的利用下，节约电力能源成本，长期运行具有较好的经济性。基于柔性直流配电网和风、光等***的新能源电网相结合的技术应用，是提高供配电网络***的经济和可靠性的主要方式。
本实施例中的供配电***包括至少一个风电子***、至少一个光伏子***、以及至少一个储能子***，所述储能子***包括至少一个储能站；本实施例中，电源经电压源换流器(voltage source converter，VSC)向负荷供电，由于电压源换流器没有换相失败、无功补偿问题，能独立调节功率且可控性好，谐波水平低，进一步提高供配电***的安全性和稳定性。本实施例提供的供配电***线路选择多样，信号传输可靠，能减少中间传输变换设备数量，***运行传输损耗小，大量节省了设备占地空间面积以及建设运行维护经济成本。
在一个改进的实施例中，所述风电子***包括第一支路直流断路器CB1和第一支路直流变换器；所述第一支路直流断路器CB1的一端通过配电线路连接第一支路直流变换器；所述第一支路直流断路器CB1的另一端分别与第一直流线路断路器CB13以及第二直流线路断路器CB23连接；
所述光伏子***包括第二支路直流变换器和第二支路直流断路器CB2；所述第二支路直流断路器的一端通过配电线路连接第二支路直流变换器，所述第二支路直流断路器CB2的另一端分别与第一直流线路断路器CB13以及第二直流线路断路器CB23连接；
所述储能子***包括第三支路直流断路器CB3和第三支路直流变换器；所述第三支路直流断路器CB3的一端通过配电线路连接第三支路直流变换器；所述第三支路直流断路器CB3的另一端分别与第一直流线路断路器CB13以及第二直流线路断路器CB23连接；
所述负荷包括充电桩子***和数据中心子***，所述充电桩子***包括第四支路直流断路器CB4和第四支路直流变换器；所述第四支路直流断路器CB4的一端通过配电线路连接第四支路直流变换器；所述第四支路直流断路器CB4的另一端分别与第一直流线路断路器CB13以及第二直流线路断路器CB23连接；
所述数据中心子***包括第五支路直流断路器CB5、第五支路直流变换器、第六支路直流断路器CB6和第六支路直流变换器；所述第五支路直流断路器CB5的一端通过配电线路连接第五支路直流变换器，所述第五支路直流断路器CB5的另一端分别与第一直流线路断路器CB13以及第二直流线路断路器CB23连接；所述第六支路直流断路器CB6的一端通过配电线路连接第六支路直流变换器，所述第六支路直流断路器CB6的另一端分别与第一直流线路断路器CB13以及第二直流线路断路器CB23连接。
参考图2，如图2所示为本申请实施例提供的一种基于柔性直流配电网的供配电控制方法，应用于上述任一实施例所述的基于柔性直流配电网的供配电***，所述方法包括以下步骤：
步骤S100、在供配电***供电时，获取供配电***的供电模式；
步骤S200、判断所述供电模式是市电网络***供电模式，还是孤岛供电模式；
步骤S300、如果所述供电模式是市电网络***供电模式，则选择执行市电网络***供电控制策略；
步骤S400、如果所述供电模式是孤岛供电模式，则选择执行孤岛供电控制策略。
如图2所示，在一个改进的实施例中，所述市电网络***供电控制策略包括：
当执行市电网络***供电控制策略时，判断所述第一市电电网***是否正常运行；
在第一市电电网***正常运行状态下，控制第一市电电网***进行供电；
若所述第一市电电网***发生故障，则检测故障部位，根据故障部位调整供电路径，以避开所述故障部位进行供电。
在一个改进的实施例中，所述根据故障部位调整供电路径，以避开所述故障部位进行供电，包括：
若检测到故障部位位于第一供电电源G1到第一交流电源断路器CB11，则触发第一交流电源断路器CB11断开，第七支路直流断路器CB7接通，控制第二备用供电电源G2连接到第一市电电网***进行供电；
即，将供电电源由第一供电电源G1变为第二备用供电电源G2，依次通过第二备用供电电源G2、第二交流电源断路器CB21、第七支路直流断路器CB7、第一交流变压器T1、第一交流线路断路器CB12、第一电压源换流器VSC1、以及第一直流线路断路器CB13进行供电；
若检测到故障部位位于第一交流电源断路器CB11到第一交流线路断路器CB12之间，则触发第一交流电源断路器CB11断开，控制第二市电电网***进行供电；
即，依次通过第二备用供电电源G2、第二交流电源断路器CB21、第二交流变压器T2、第二交流线路断路器CB22、第二电压源换流器VSC2、以及第二直流线路断路器CB23进行供电；
若检测到故障部位位于第一交流线路断路器CB12到第一直流线路断路器CB13，则触发第一交流线路断路器CB12断开，第八支路直流断路器CB8接通，控制第一供电电源G1连接到第二市电电网***进行供电。
即，依次通过第一供电电源G1、第一交流电源断路器CB11、第一交流变压器T1、第八支路直流断路器CB8、第二交流线路断路器CB22、第二电压源换流器VSC2、以及第二直流线路断路器CB23进行供电。
在一个改进的实施例中，所述市电网络***供电控制策略还包括：
若所述第一市电电网***发生故障，则控制风电子***、光伏子***和储能子***为负荷进行供电，直至完成供电路径的调整。
本实施例中，若所述第一市电电网***发生故障，通过风电子***、光伏子***和储能子***进行短时紧急供电，通过储能子***可抑制因第一市电电网***故障或线路切换对***产生的波动影响，使得第一市电电网***恢复正常后能够满足供电要求；同时，也抑制了充电桩子***负荷波动造成的影响，能够继续消纳电能。
在一个改进的实施例中，所述孤岛供电控制策略包括：
检测风电子***、光伏子***和储能子***的总电能是否满足负荷需求，若是，则控制风电子***、光伏子***和储能子***为负荷进行供电，若否，则控制风电子***、光伏子***和储能子***为数据中心子***进行供电。
本实施例中，当所述市电网络子***发生两极故障等紧急情况下，进入孤岛模式，触发第一电压源换流器VSC1和/或第二电压源换流器VSC2立即闭锁，触发第一直流线路断路器CB13和第二直流线路断路器CB23端口连接，当检测风电子***、光伏子***和储能子***的总电能满足负荷需求时，控制风电子***、光伏子***和储能子***为负荷进行供电；否则，只为数据中心子***进行供电。
当只为数据中心子***供电时，储能子***还是平衡数据中心子***电压的主要节点，协调功率控制和能量管理，为数据中心子***的核心设备供电，保障数据中心子***的安全和可靠性运行，不需要配备应急电源***装置。能充分利用自然能源，节省运行电费开支。
对于大规模数据中心子***的应用场景，相比于传统方法，本发明采用柔性直流配电网结构，柔性直流配电网线路传输效率高，能够很好与其他负荷设备并网，也没有传统交流配电网电压频率波动大，谐波多等问题，可以减少应急电源和稳压滤波设备，降低线路损耗，增加大规模数据中心子***安全和可靠性，弥补传统交流配电网的技术设备转换环节多、效率低、受市电电网影响大的缺点；同时采用与风电子***、光伏子***相结合的结构一起为数据中心子***供电的方法，节省大量电费开支，并提供多样化供电方式，提升***可靠性；通过储能子***协调功率控制和能量管理，保障数据中心子***的应急供电；另外，储能子***还可作为紧急后备电源；当市电网络***发生电压或频率波动时，储能子***根据调节指令立即响应，协调风电子***、光伏子***稳定输出电压和功率，减少对市电网络***的冲击，保障市电网络***继续安全可靠运行。充电桩子***能及时消纳电能，减少弃光弃风，获得额外经济效益，减少环境污染，提高***的经济性。
尽管本申请的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本申请的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本申请进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本申请的非实质性改动仍可代表本申请的等效改动。

Claims (3)

1.一种基于柔性直流配电网的供配电控制方法，应用于基于柔性直流配电网的供配电***，其特征在于，所述基于柔性直流配电网的供配电***包括：市电网络子***、风电子***、光伏子***、储能子***和负荷；
所述市电网络子***包括第一市电电网***和第二市电电网***，所述第一市电电网***包括通过配电线路依次连接的第一供电电源、第一交流电源断路器、第一交流变压器、第一交流线路断路器、第一电压源换流器、以及第一直流线路断路器；所述第二市电电网***包括通过配电线路依次连接的第二备用供电电源、第二交流电源断路器、第二交流变压器、第二交流线路断路器、第二电压源换流器、以及第二直流线路断路器；
所述第一交流电源断路器的输出端与第二交流电源断路器的输出端通过第七支路直流断路器连接，所述第一交流变压器的输出端与第二交流变压器的输出端通过第八支路直流断路器连接；
所述第一直流线路断路器分别与风电子***、光伏子***、储能子***和负荷连接；所述第二直流线路断路器分别与风电子***、光伏子***、储能子***和负荷连接；
所述负荷还分别与所述风电子***、光伏子***、储能子***连接；
其中，所述风电子***包括通过配电线路依次连接的第一支路直流断路器和第一支路直流变换器；所述第一支路直流断路器的另一端分别与第一直流线路断路器以及第二直流线路断路器连接；
所述光伏子***包括第二支路直流变换器和第二支路直流断路器；所述第二支路直流断路器的一端通过配电线路连接第二支路直流变换器，所述第二支路直流断路器的另一端分别与第一直流线路断路器以及第二直流线路断路器连接；
所述储能子***包括第三支路直流断路器和第三支路直流变换器；所述第三支路直流断路器的一端通过配电线路连接第三支路直流变换器；所述第三支路直流断路器的另一端分别与第一直流线路断路器以及第二直流线路断路器连接；
所述负荷包括充电桩子***和数据中心子***，所述充电桩子***包括第四支路直流断路器和第四支路直流变换器；所述第四支路直流断路器的一端通过配电线路连接第四支路直流变换器；所述第四支路直流断路器的另一端分别与第一直流线路断路器以及第二直流线路断路器连接；
所述数据中心子***包括第五支路直流断路器、第五支路直流变换器、第六支路直流断路器和第六支路直流变换器；所述第五支路直流断路器的一端通过配电线路连接第五支路直流变换器，所述第五支路直流断路器的另一端分别与第一直流线路断路器以及第二直流线路断路器连接；所述第六支路直流断路器的一端通过配电线路连接第六支路直流变换器，所述第六支路直流断路器的另一端分别与第一直流线路断路器以及第二直流线路断路器连接；
所述方法包括以下步骤：
步骤S100、在供配电***供电时，获取供配电***的供电模式；
步骤S200、判断所述供电模式是市电网络***供电模式，还是孤岛供电模式；
步骤S300、如果所述供电模式是市电网络***供电模式，则选择执行市电网络***供电控制策略；
步骤S400、如果所述供电模式是孤岛供电模式，则选择执行孤岛供电控制策略；
其中，所述市电网络***供电控制策略包括：
当执行市电网络***供电控制策略时，判断所述第一市电电网***是否正常运行；
在第一市电电网***正常运行状态下，控制第一市电电网***进行供电；
若所述第一市电电网***发生故障，则检测故障部位，根据故障部位调整供电路径，以避开所述故障部位进行供电；
其中，所述根据故障部位调整供电路径，以避开所述故障部位进行供电，包括：
若检测到故障部位位于第一供电电源到第一交流电源断路器，则触发第一交流电源断路器断开，第七支路直流断路器接通，控制第二备用供电电源连接到第一市电电网***进行供电；
若检测到故障部位位于第一交流电源断路器到第一交流线路断路器之间，则触发第一交流电源断路器断开，触发第七支路直流断路器接通，控制第一供电电源连接到第二市电电网***进行供电；
若检测到故障部位位于第一交流电源断路器到第一交流线路断路器之间，则触发第一交流电源断路器断开，控制第二市电电网***进行供电；
若检测到故障部位位于第一交流线路断路器到第一直流线路断路器，则触发第一交流线路断路器断开，第八支路直流断路器接通，控制第一供电电源连接到第二市电电网***进行供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于柔性直流配电网的供配电控制方法，其特征在于，所述市电网络***供电控制策略还包括：
若所述第一市电电网***发生故障，则控制风电子***、光伏子***和储能子***为负荷进行供电，直至完成供电路径的调整。
3.根据权利要求1所述的一种基于柔性直流配电网的供配电控制方法，其特征在于，所述孤岛供电控制策略包括：
检测风电子***、光伏子***和储能子***的总电能是否满足负荷需求，若是，则控制风电子***、光伏子***和储能子***为负荷进行供电，若否，则控制风电子***、光伏子***和储能子***为数据中心子***进行供电。
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