CN113972680A - 一种高频隔离的中压配电网柔性互联*** - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高频隔离的中压配电网柔性互联***，其特征在于，所述***包括：第一模块化多电平换流器、直流变压器以及第二模块化多电平换流器；其中：第一模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第一直流端口相连；第二模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第二直流端口相连；所述直流变压器的输入全桥变换器以及输出全桥变换器通过高频变压器耦合连接。通过本申请的技术方案，构建灵活性更强、可靠性更高的高频隔离的中压配电网柔性互联***，有效降低了设备的总体体积和重量，实现电气隔离及为直流***提供可靠接地。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电力技术，尤其涉及一种高频隔离的中压配电网柔性互联***。
背景技术
随着电网建设的不断发展与完善，中压配电网正面临着一系列发展瓶颈：一是配电网用电负荷快速增长，一些区域的配电网出现了配电走廊紧张、配变负载率过高、馈线负荷分布不均衡等问题；二是开环运行影响了中压配电网供电可靠性的提升，统计表明80％以上的用户停电都是由配电网侧引起的，经配电自动化改造的开环配电网，在故障倒闸操作时仍避免不了短时的停电；三是随着分布式能源的发展和大规模普及，以及高精尖产业的发展，用户对于供电可靠性和供电质量的要求也日益提高，配电网呈现运行方式多样、潮流分布形式复杂等特点，开环运行限制了中压配电网消纳清洁能源的能力，无法满足大规模分布式电源的接入。对于中压配电网的合环运行，不同电源间的合环互联会显著增加配电网的短路容量，同时由于不同变电站馈线出口处电位差及短路阻抗差的影响，***中可能出现很大的合环电流，构成电磁环网，直接影响电网的安全可靠运行。
因此，如何实现多电源间的安全合环，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种高频隔离的中压配电网柔性互联***，构建灵活性更强、可靠性更高的高频隔离的中压配电网柔性互联***，有效降低了设备的总体体积和重量，实现电气隔离及为直流***提供可靠接地。
第一方面，本发明实施例提供了一种高频隔离的中压配电网柔性互联***，其特征在于，所述***包括：第一模块化多电平换流器、直流变压器以及第二模块化多电平换流器；其中，
第一模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第一直流端口相连；第二模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第二直流端口相连；
所述直流变压器的输入全桥变换器以及输出全桥变换器通过高频变压器耦合连接。
进一步的，所述直流变压器第一直流端口对应于输入全桥变换器；直流变压器第二直流端口对应于输出全桥变换器。
进一步的，所述第一模块化多电平换流器的交流侧与第一交流配电网相连；第二模块化多电平换流器的交流侧与第二交流配电网相连。
进一步的，所述第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器的直流端口分别与直流变压器的输入全桥变换器与输出全桥变换器的直流端口相连，构成独立的两段直流母线，第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器的交流端口则分别接入两条不同的中压交流配电线路。
进一步的，所述第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器分别控制两侧的直流母线电压稳定，直流变压器控制由第一模块化多电平换流器传递到第二模块化多电平换流器的功率，以实现第一交流配电网与第二交流配电网之间的有功功率互济。
进一步的，所述第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器各自单独控制其交流端口发出的无功功率，以对第一交流配电网与第二交流配电网进行无功功率调节。
进一步的，所述直流变压器为基于双主动全桥输入串联输出串联构成的直流变压器，其各个双主动全桥中高频交流环节的变比为1。
本发明实施例提供了一种高频隔离的中压配电网柔性互联***，包括：第一模块化多电平换流器、直流变压器以及第二模块化多电平换流器；其中：第一模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第一直流端口相连；第二模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第二直流端口相连；所述直流变压器的输入全桥变换器以及输出全桥变换器通过高频变压器耦合连接。通过本申请的技术方案，采用紧凑化设计的直流变压器替代常规柔直背靠背方案中的联接变压器，直流变压器基于双主动全桥变换技术，其交流环节采用高频变压器，可有效降低设备的总体体积和重量，同时又可实现互联两侧交流配电网的电气隔离。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的一种高频隔离的中压配电网柔性互联***的结构示意图；
图2是本发明实施例中提供的另一种高频隔离的中压配电网柔性互联***的结构示意图；
图3是本发明实施例中提供的一种高频隔离的中压配电网柔性互联***的一次回路拓扑结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
为了限制电力***的短路容量，避免电磁环网的出现，同地区的高压配电网通常采用分区运行的方法，正常运行时，不同区域之间的联络开关处于断开状态，其中，高压配电网主要包括110kV以及220kV电压等级。而中压配电网采用“闭环设计，开环运行”的方法，正常运行时配电线路间的联络开关处于断开状态，其中，中压配电网主要包括35kV以及10kV电压等级。
近年来，电力电子技术的理论研究和制造工艺不断取得突破性进展，促进了柔性直流技术的推广和应用。基于电压源型换流器的柔性直流配电技术因具有传输容量大、传输损耗率小、电缆造价低、供电质量高、灵活友好接入、控制灵活等优势，可在配电网升级改造、交流***异步互联、分布式电源并网运行等方面发挥重要作用。研究表明，由于目前直流断路器、直流电缆等关键设备的不成熟以及建设标准的不完善，利用背靠背柔性环网装置改造已有的交流配电***更符合现代城市配电***的发展方向，是未来配电***升级的重要措施。在充分发挥配电网已有网络结构和设备潜力的基础上，通过在关键节点安装柔性环网控制装置，可以显著提高***的运行控制和优化性能。
现有的常规中压背靠背柔性互联***设计与高压直流背靠背联网***类似，采用两套交流/直流(AC/DC)柔性变换装置分别接入两条中压交流配电线路，两套AC/DC柔性变换装置的直流侧相连，构成背靠背互联拓扑，实现两侧交流功率的主动调节。这一设计方案在中压配电网互联领域应用的主要问题在于：
其一，为了实现电气隔离及为直流***提供可靠接地，两侧AC/DC装置均需配置容量匹配的工频联接变压器并在阀侧中性点设置接地，这两台联接变压器的体积和重量在***整体体积和重量中的占比较大，不利于中压配电中布置于配电房、预制舱中时的小型化、紧凑化设计；
其二，两端AC/DC装置的直流侧直接相连构成一个直流母线，当作为接口为直流形式的负荷、分布式电源提供直流接入时，只具备一个接入点，直流侧配电灵活性较差。
因此，本发明实施例提供了一种高频隔离的中压配电网柔性互联***。
图1是本发明实施例中提供的一种高频隔离的中压配电网柔性互联***的结构示意图，本发明实施例的技术方案可适用于在中压配电网柔性互联***中进行电气隔离的情况。
如图1所示，本发明实施例中提供的一种高频隔离的中压配电网柔性互联***，包括：第一模块化多电平换流器110、直流变压器120以及第二模块化多电平换流器130；其中，
第一模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第一直流端口相连；第二模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第二直流端口相连；
所述直流变压器的输入全桥变换器以及输出全桥变换器通过高频变压器耦合连接。
其中，第一模块化多电平换流器110可以是指不含隔离变压器的柔性直流变换器，在该换流器中实现直流与交流的变换。
直流变压器120可以是指基于双主动全桥的直流变压器，在该变压器中可以将固定的直流电压变换为可变的直流电压。
双主动全桥变换器主要是由输入全桥变换器、输出全桥变换器以及高频变压器组成，输入全桥变换器以及输出全桥变换器通过高频变压器耦合连接，高频变压器内没有电气连接，电流无法从输入全桥变换器流向输出全桥变换器，即可实现互联两侧交流配电网的电气隔离。
第二模块化多电平换流器130可以是指不含隔离变压器的柔性直流变换器，在该换流器中实现直流与交流的变换。
可以理解的是，第一模块化多电平换流器可以是一种代指，是为了区分实施例中前后出现执行对应逻辑的不同模块化多电平换流器，从模块化多电平换流器中选取的任意模块化多电平换流器，以便从选取的模块化多电平换流器阐述执行逻辑，因此将在本文中首次出现的模块化多电平换流器称为第一模块化多电平换流器，将后续出现的区别于第一模块化多电平换流器的其他模块化多电平换流器称为第二模块化多电平换流器，后面不再赘述。
第一模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第一直流端口相连；第二模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第二直流端口相连。所述第一模块化多电平换流器的交流侧与第一交流配电网相连；第二模块化多电平换流器的交流侧与第二交流配电网相连。其中，所述直流变压器第一直流端口对应于输入全桥变换器；直流变压器第二直流端口对应于输出全桥变换器。第一模块化多电平换流器以及第二模块化多电平换流器与直流变压器直接连接，不需配置容量匹配的工频联接变压器，降低了设备的总体体积和重量。
本发明实施例提供了一种高频隔离的中压配电网柔性互联***，第一模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第一直流端口相连；第二模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第二直流端口相连，降低了设备的总体体积和重量，利于中压配电中布置于配电房以及预制舱中时的小型化以及紧凑化设计；直流变压器的输入全桥变换器以及输出全桥变换器通过高频变压器耦合连接，实现互联两侧交流配电网的电气隔离。
在本实施例的一种可选方案中，本实施方案可以与上述一个或者多个实施例中的各个可选方案结合。图2是本发明实施例中提供的另一种高频隔离的中压配电网柔性互联***的结构示意图，在该***中还包括：
第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器分别控制两侧的直流母线电压稳定，直流变压器控制由第一模块化多电平换流器传递到第二模块化多电平换流器的功率，以实现第一交流配电网与第二交流配电网之间的有功功率互济。
其中，直流变压器内的高频变压器与输入全桥变换器以及输出全桥变换器耦合连接，电流无法流动；第一模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第一直流端口相连，形成第一条直流母线；第二模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第二直流端口相连，形成第二条直流母线。两段直流母线可分别独立为直流形式的负荷、储能以及分布式新能源等提供接入端口，构建灵活性更强以及可靠性更高的双电源直流配电***。
可选的，直流变压器控制由第一模块化多电平换流器传递到第二模块化多电平换流器的功率，例如该直流变压器的额定功率为10兆，该直流变压器可以控制电流，使功率在0兆至10兆之间变换，从而实现直流变压器两侧交流功率的主动调节。
其中，功率互济可以是指第一交流配电网与第二交流配电网的线路是配电线路，由电源通过线路给负荷供电，使两边电源的负载是平衡的，以实现第一交流配电网与第二交流配电网之间的有功功率互济。
可选的，第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器各自单独控制其交流端口发出的无功功率，以对第一交流配电网与第二交流配电网进行无功功率调节。
其中，第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器的交流侧与交流线路的无功功率是受控制的，可以通过控制交流线路的电流，从而控制该线路的无功功率。
本发明实施例提供了一种高频隔离的中压配电网柔性互联***，通过第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器分别控制两侧的直流母线电压稳定，直流变压器控制由第一模块化多电平换流器传递到第二模块化多电平换流器的功率，以实现第一交流配电网与第二交流配电网之间的有功功率互济；两段直流母线可分别独立为直流形式的负荷、储能以及分布式新能源等提供接入端口，构建灵活性更强以及可靠性更高的双电源直流配电***；第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器各自单独控制其交流端口发出的无功功率，以实现对第一交流配电网与第二交流配电网进行无功功率调节。
在本实施例的一种可选方案中，本实施方案可以与上述一个或者多个实施例中的各个可选方案结合。图3是本发明实施例中提供的一种高频隔离的中压配电网柔性互联***的一次回路拓扑结构示意图，包括：
第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器的直流端口分别与直流变压器的输入全桥变换器与输出全桥变换器的直流端口相连，构成独立的两段直流母线，第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器的交流端口则分别接入两条不同的中压交流配电线路。
其中，所述直流变压器为基于双主动全桥输入串联输出串联构成的直流变压器，其各个双主动全桥中高频交流环节的变比为1。
在中压配电网中，第一交流配电网与第二交流配电网的电压是一样的，都是10KV，在进行交直流变换后，直流侧的电压是正负10KV，也就是说第一交流配电网与第二交流配电网的电压是20KV的直流电压，第一交流配电网与第二交流配电网的电压一样，因此变比为1。
第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器的交流侧有零序分量，耦合时直流侧就会变成共模分量；直流侧的共模分量在耦合时，交流侧就会变成零序分量。直流变压器中间电气隔离，两侧的直流不会互相传递，传递到直流母线就会停止，可以有效阻断交/直流***中的零序分量或共模分量。
本发明实施例提供了一种拓扑结构的高频隔离的中压配电网柔性互联***，直流变压器采用基于双主动全桥高频功率模块的模块化设计，可以有效阻断交/直流***中的零序分量或共模分量，实现互联两端配电线路的电气隔离。整个高频隔离的中压配电网柔性互联***可实现第一交流配电网与第二交流配电网的互联和功率互济，同时其两个直流母线还可引出直流配电端口，为直流形式的负荷、储能以及分布式新能源等提供灵活性更强、可靠性更高的直流接入和配电方式。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (7)
1.一种高频隔离的中压配电网柔性互联***，其特征在于，所述***包括：第一模块化多电平换流器、直流变压器以及第二模块化多电平换流器；其中，
第一模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第一直流端口相连；第二模块化多电平换流器的直流侧与直流变压器第二直流端口相连；
所述直流变压器的输入全桥变换器以及输出全桥变换器通过高频变压器耦合连接。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述直流变压器第一直流端口对应于输入全桥变换器；直流变压器第二直流端口对应于输出全桥变换器。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一模块化多电平换流器的交流侧与第一交流配电网相连；第二模块化多电平换流器的交流侧与第二交流配电网相连。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器的直流端口分别与直流变压器的输入全桥变换器与输出全桥变换器的直流端口相连，构成独立的两段直流母线，第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器的交流端口则分别接入两条不同的中压交流配电线路。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器分别控制两侧的直流母线电压稳定，直流变压器控制由第一模块化多电平换流器传递到第二模块化多电平换流器的功率，以实现第一交流配电网与第二交流配电网之间的有功功率互济。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一模块化多电平换流器和第二模块化多电平换流器各自单独控制其交流端口发出的无功功率，以对第一交流配电网与第二交流配电网进行无功功率调节。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述直流变压器为基于双主动全桥输入串联输出串联构成的直流变压器，其各个双主动全桥中高频交流环节的变比为1。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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