CN115173395B - 一种基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置,包括:并联补偿模块、串联补偿模块、动态阻抗补偿模块、合环开关、第一接入开关、第二接入开关以及联络开关;闭合第一接入开关和第二接入开关,将无缝合环转电装置接入配电网,对串联补偿模块供电;根据从第一配电网和第二配电网采集的电压信息调节串联补偿模块输出的电压,使得合环开关两端的电压差逐渐减小为0,闭合合环开关;调节串联补偿模块输出的电压,并调节动态阻抗补偿模块的输出阻抗,使得串联补偿模块输出的电压和输出电流同相;当输出的电流值增加到等于负荷的电流值时,将第二配电网与负荷断开。本发明实现最小的容量配置,降低无缝合环转电装置的成本和体积。
Description
技术领域
本发明属于无缝合环转电领域,更具体地,涉及一种基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置。
背景技术
为实现中国在2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和的目标,能源的开发和利用需要走绿色低碳的道路,这将促进以电力为主的能源转型进程,大力发展可再生能源发电。越来越多的储能和分布式电源接入配电网,这对配电网的安全、稳定、可靠运行提出了更高的要求。此外,随着经济的快速增长,用电负荷的增长呈现出不可阻挡的趋势,人们对供电可靠性的高度需求引起了供电部门的高度重视,0.4kV低压配电网作为电力***的末端,直接面向各大电力用户,故安全、优质、可靠供电比以往更加重要。
目前,国内配电网采用“闭环设计,开环运行”的理念,负荷由单一电源供电,不同电源点之间通过联络开关隔离。正常情况下,联络开关处于常开状态,供电可靠性严重依赖于上级电源的健全程度和馈线的故障率,国内大部分低压停电事故都是由于馈线故障造成的,对于重要负荷而言,一次短暂的停电就可能带来经济上的巨大损失。当上级电源发生故障或馈线在负荷高峰满载时,通常会考虑采用合环转电的方法提高供电的可靠性和连续性。传统的合环转电采用先停电后转电的操作,由于存在停电间隙,用户会有停电感知,供电可靠性无法得到保障。当采用直接合环的方式,由于合环点两侧的电压幅值差、相位差不一致,再加上两台配变挡位、配变阻抗、负荷率的差异,直接合环会产生很大的合环电流,并存在至少1.8倍的合环冲击电流,在不利的情况下,过大的线路电流会引起继电保护动作,造成合环失败,有时还会扩大停电范围。因此,直接合环的方式存在一定的合环风险,目前只是在双公变房配变之间或相邻不超过150m的台区临时建立低压联络进行合环转电。显然,常规低压合环转电在合环点的选择方面具有一定的局限性,还不曾有真正意义上的无缝合环转电。
随着配电网的改造升级与用户对供电可靠性的高要求,发展无缝合环转电技术成为一种趋势。无缝合环转电不存在停电间隙,是一种安全有效的保供电技术。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置,旨在解决现有技术还未实现真正意义上的无缝合环转电的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置,包括:并联补偿模块、串联补偿模块、动态阻抗补偿模块、合环开关、第一接入开关、第二接入开关以及联络开关;
所述第一接入开关的一端连接第一配电网,另一端连接合环开关的一端和并联补偿模块的交流端;所述并联补偿模块的直流端与串联补偿模块的直流端共直流母线;所述串联补偿模块包括:三相电压源型变换器和耦合变压器,其耦合变压器的一端连接合环开关的另一端,另一端连接动态阻抗补偿模块的一端;所述动态阻抗补偿模块的另一端连接第二接入开关的一端;第二接入开关的另一端连接第二配电网母线;所述联络开关的一端连接第一配电网母线,另一端连接第二配电网母线;
对第二配电网的负荷进行无缝合环转电的过程为:闭合第一接入开关和第二接入开关,将无缝合环转电装置接入配电网,使所述并联补偿模块从第一配电网获取能量,将交流电整流为直流电,以对串联补偿模块供电;根据从第一配电网和第二配电网采集的电压信息调节串联补偿模块输出的电压,使得所述合环开关两端的电压差逐渐减小为0,此时闭合所述合环开关,实现无缝合环;通过所述三相电压源型变换器调节所述串联补偿模块输出的电压,并调节所述动态阻抗补偿模块的输出阻抗,使得所述串联补偿模块输出的电压和输出电流同相,且所述串联补偿模块输出的电流逐渐增加;当所述串联补偿模块输出的电流值增加到等于所述负荷的电流值时,断开第二配电网的出线断路器,所述第一配电网通过无缝合环转电装置对负荷供电;控制动态阻抗补偿模块输出的阻抗逐渐减小为0,并通过三相电压源型变换器调节串联补偿模块输出的电压,使得所述联络开关两端的电压差逐渐减小为0,此时闭合所述联络开关,以将串联补偿模块上的电流转移至联络开关所在线路,之后断开第一接入开关和第二接入开关,使第一配电网单独对负荷供电,将无缝合环转电装置退出配电网。
在一个可选的示例中,所述串联补偿模块还包括:LC滤波器;
所述串联补偿模块的输入端与并联补偿模块连接;
所述串联补偿模块的输出端连接LC滤波器和耦合变压器的一侧;
所述耦合变压器另一侧的一端连接合环开关的另一端,另一端连接动态阻抗补偿模块的一端。
在一个可选的示例中,所述动态阻抗补偿模块包括:三组晶闸管控制电抗器TCR和与所述TCR并联的电容;
所述TCR包括:一对反并联晶闸管。
在一个可选的示例中,所述动态阻抗补偿模块与串联补偿模块相互串联接入配电网;
通过改变晶闸管的触发延迟角调节所述动态阻抗补偿模块输出的等效串联阻抗,以便所述串联补偿模块输出的电压和输出电流同相,使得阻抗补偿后的串联补偿模块与配电网只进行有功功率交换。
在一个可选的示例中,当检测到所述串联补偿模块输出电压和输出电流的相位差大于设定值后,启动动态阻抗补偿模块,以对串联补偿模块进行阻抗补偿,补偿串联补偿模块的无功功率,使串联补偿模块只与配电网进行有功功率交换。
在一个可选的示例中,所述并联补偿模块包括:三相电压源型变换器与LC滤波器。
在一个可选的示例中,所述耦合变压器一次侧采用Y型接线。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:
本发明提供一种基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置,可以在一定补偿范围内实现两个台区的无缝合环操作,而且还能够实现两个低压台区之间负荷的无缝转供,动态阻抗补偿模块能够根据***运行状态提供一个在容性和感性范围内的可调无功功率,使得合环转电装置的两个变换器之间只流通有功功率,以实现对无缝合环转电装置最小的容量配置,降低无缝合环转电装置的成本和体积。
附图说明
图1为本发明一实施例的应用示意图;
图2为图1所示实施例的三相电压源型变换器的拓扑结构图;
图3为图1所示实施例的动态阻抗补偿的拓扑结构图。
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,以下结合附图及实施例,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用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明涉及一种基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置,它由并联补偿模块、串联补偿模块、动态阻抗补偿模块构成。并联补偿模块包括三相电压源型变换器和LC滤波器,串联补偿模块包括三相电压源型变换器、LC滤波器和串联隔离变压器;动态阻抗补偿模块包含三组晶闸管控制电抗器(TCR)和并联电容;并联补偿模块与串联补偿模块直流侧通过背靠背的方式连接,动态阻抗补偿模块与串联补偿模块相互串联接入两个低压配电柜之间。本发明可以在一定补偿范围内实现无缝合环操作,而且还能够实现两个低压台区之间负荷的无缝转供,动态阻抗补偿模块能够根据***运行状态提供一个在容性和感性范围内的可调无功功率,使得两个变换器之间只流通有功功率,以实现最小的容量配置,降低无缝合环转电装置的成本和体积。
本发明的目的在于提供一种基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置,该装置不但具备无缝合环转电的功能,而且综合了两种串联补偿的功能,一个是基于全控器件的可控串联补偿,另一个是基于晶闸管的相控补偿。由于串联补偿电压与负荷电流相位几乎相差90度。导致变换器需要提供大量的无功功率,这大大加重了变换器的容量和体积。本发明提出的基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置,在动态阻抗补偿的调节下,变换器只提供有功功率,不与交流电网进行无功功率交换,大大降低了变换器的容量和体积,进一步降低了***整体的成本。
如图1所示,本发明提供的基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置,其包括并联补偿模块、串联补偿模块、动态阻抗补偿模块。所述并联补偿模块与串联补偿模块直流侧通过背靠背的方式连接;所述并联补偿模块包括三相电压源型变换器与LC滤波器;所述串联补偿器包括三相电压源型变换器、LC滤波器和双绕组三相串联隔离变压器;其中三相电压源型变换器如图2所示。
如图3所示,所述动态阻抗补偿模块包含三组晶闸管控制电抗器(TCR)和与所述TCR并联的电容;所述TCR由一组反并联晶闸管和电感串联组成;所述动态阻抗补偿模块与串联补偿模块相互串联接入两个低压配电柜之间。
可选地,所述串联补偿模块用于产生一个补偿电压使得合闸点A两侧的电压幅值、相位一致。
可选地,所述串联补偿模块用于将所述转移所述待停电处负荷的功率。
可选地,所述动态阻抗补偿模块能够根据***实时运行方式提供一个在容性和感性范围内的可调无功功率,以补偿所述串联补偿模块消耗的无功功率。
可选地,所述动态阻抗补偿模块还能够使得所述串联补偿模块的容量达到最小。
可选地,所述动态阻抗补偿模块还能够根据控制需要提供电压补偿或阻抗补偿。
可选地,所述串联补偿模块通过所述合环开关连接所述并联补偿模块。
可选地,所述基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置通过两组开关接入低压开关柜。
可选地,所述串联隔离变压器一次侧采用Y型接线。
可选地,根据设计需求设计所述动态阻抗补偿的电感、电容,所述变换器LC滤波器、所述串联变压器的变比和直流电压。
具体地,如图1所示,对负荷进行无缝合环转电的过程为:闭合第一接入开关和第二接入开关,使所述并联补偿模块从第一配电网获取能量,并输出直流电到串联补偿模块,以对串联补偿模块供电;串联补偿模块和第二配电网对所述负荷共同供电,调节串联补偿模块的输出电压,使得合闸点A两侧的电压差逐渐减小为零,在满足合环条件时闭合合环开关,实现无缝合环操作。所述动态阻抗补偿的控制策略应同时协调串联补偿模块,通过改变晶闸管的触发延迟角调节等效串联电抗,使得补偿后的串联电压补偿器只与***进行有功功率交换,以实现最小的容量配置,降低无缝合环转电装置的成本和体积。调节串联补偿模块输出电压的幅值和相角,使得联络线电流缓慢增大到负荷2电流。这时,负荷2由串联补偿模块和第二配电网共同供电。当负荷2完全由串联补偿模块供电时,可认为转电操作已经完成,此时可断开第二配电网,实现第二配电网的不停电检修工作。改变晶闸管的触发延迟角调节等效串联电抗为零,之后再将串联补偿模块的输出电压缓慢调节到零,此时闭合联络开关可将无缝合环转电装置旁路,断开两个接入开关后,装置从电网退出,负荷2由电网1供电。这就是最小有功容量配置的无缝合环转电装置的完整运行过程。
本发明的主要目标是提供一种基于动态阻抗补偿的无缝合环转电装置,避免电压源型变换器在合环转电过程中吸收或发出无功功率造成的不必要的无功容量。
本发明通过串联接入一组无功补偿器,补偿了电压源型变换器与***交换的无功功率,使得整个装置的容量大大降低,对无缝合环转电装置的大面积推广具有一定的现实意义。
在其中一个实施例中,一种基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置,它包括并联补偿模块、串联补偿模块、动态阻抗补偿模块。所述并联补偿模块通过快速接入开关与电网1相连,它能够从电网吸收有功功率共给所述串联补偿器使用。并且,所述并联补偿模块用于降低输入电流的谐波和稳定直流电压。所述串联补偿器能够输出一个幅值可控,相位在0到360度范围内变换的正弦电压。当线路电流流经串联补偿模块时,串联补偿模块会与***进行有功功率和无功功率的交换。所述串联补偿器还能提供电压的不对称、突变、畸变补偿,使得补偿后的电网电压三相正弦对称。所述并联补偿模块从***吸收的有功功率传递给所述串联补偿器,所述串联补偿器将这部分有功功率返环给电网。因此,在不考虑损耗的情况下,所述基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置不消耗能量。所述并联补偿模块和所述串联补偿器的交流端口都能独立的吸收或发出无功功率。
在其中一个实施例中,所述并联补偿模块在合适的控制策略下保持单位功率因数运行。所述动态阻抗补偿的控制策略应同时协调串联电压补偿器,通过改变晶闸管的触发延迟角调节等效串联电抗,使得补偿后的串联电压补偿器只与***进行有功功率交换。
在其中一个实施例中,所述动态阻抗补偿的调节范围应当有一定的限制,通过适当的控制策略将触发延迟角限制在合适的范围内,避免形成LC并联谐振,影响装置的安全稳定运行。在其中一个实施例中,根据台区的历史数据确定装置各个模块的元件参数,当所述串联补偿模块的补偿角度为30度时,串联线电压补偿度为51%,串联变压器的变比为460V/230V,直流侧电压为700V,这样就能够提高直流电压利用率,确保逆变器不出现过调制。
在其中一个实施例中,电网2侧需要检修,其负荷要转移到电网1。电网1的电压相位滞后于电网2,在逆功角转电的情况下变换器需要提供非常大的无功功率。此时,启动动态阻抗补偿,综合调控所述动态阻抗补偿的串联补偿电抗,其值在感性到容性范围内变化,所述动态阻抗补偿产生的无功功率恰好与未补偿之前所述串联补偿模块提供的无功功率相等,在这种情况下,所述串联补偿模块只提供有功功率。
在其中一个实施例中,电网1的电压相位超前于电网2,检测到相位差很小,串联补偿模块通过旁路开关旁路退出工作。所述动态阻抗补偿,所述动态阻抗补偿模块不提供补偿,无缝合环转电装置仍然能够正常工作。当检测到相位差大于设定的值后,启动动态阻抗补偿,控制其根据***的实时状态补偿串联模块的无功容量。因此,所述动态阻抗补偿模块可以灵活地选择投入或退出,装置的可靠性大大增强。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于动态阻抗补偿的配电网无缝合环转电装置,其特征在于,包括:并联补偿模块、串联补偿模块、动态阻抗补偿模块、合环开关、第一接入开关、第二接入开关以及联络开关;
所述第一接入开关的一端连接第一配电网,另一端连接合环开关的一端和并联补偿模块的交流端;所述并联补偿模块的直流端与串联补偿模块的直流端共直流母线;所述串联补偿模块包括:三相电压源型变换器和耦合变压器,其耦合变压器一次侧的一端连接合环开关的另一端,耦合变压器一次侧的另一端连接动态阻抗补偿模块的一端;所述动态阻抗补偿模块的另一端连接第二接入开关的一端;第二接入开关的另一端连接第二配电网母线;所述联络开关的一端连接第一配电网母线,另一端连接第二配电网母线;所述串联补偿模块还包括:LC滤波器;所述串联补偿模块的输入端与并联补偿模块连接;所述串联补偿模块的输出端连接LC滤波器和耦合变压器的二次侧;
对第二配电网的负荷进行无缝合环转电的过程为:闭合第一接入开关和第二接入开关,将无缝合环转电装置接入配电网,使所述并联补偿模块从第一配电网获取能量,将交流电整流为直流电,以对串联补偿模块供电;根据从第一配电网和第二配电网采集的电压信息调节串联补偿模块输出的电压,使得所述合环开关两端的电压差逐渐减小为0,此时闭合所述合环开关,实现无缝合环;通过所述三相电压源型变换器调节所述串联补偿模块输出的电压,并调节所述动态阻抗补偿模块的输出阻抗,使得所述串联补偿模块输出的电压和输出电流同相,且所述串联补偿模块输出的电流逐渐增加;当所述串联补偿模块输出的电流值增加到等于所述负荷的电流值时,断开第二配电网的出线断路器,所述第一配电网通过无缝合环转电装置对负荷供电;控制动态阻抗补偿模块输出的阻抗逐渐减小为0,并通过三相电压源型变换器调节串联补偿模块输出的电压,使得所述联络开关两端的电压差逐渐减小为0,此时闭合所述联络开关,以将串联补偿模块上的电流转移至联络开关所在线路,之后断开第一接入开关和第二接入开关,使第一配电网单独对负荷供电,将无缝合环转电装置退出配电网。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述动态阻抗补偿模块包括:三组晶闸管控制电抗器TCR和与所述TCR并联的电容;
所述TCR包括:一对反并联晶闸管。
3.根据权利要求2所述的装置,其特征在于,所述动态阻抗补偿模块与串联补偿模块相互串联接入配电网;
通过改变晶闸管的触发延迟角调节所述动态阻抗补偿模块输出的等效串联阻抗,以便所述串联补偿模块输出的电压和输出电流同相,使得阻抗补偿后的串联补偿模块与配电网只进行有功功率交换。
4.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,当检测到所述串联补偿模块输出电压和输出电流的相位差大于设定值后,启动动态阻抗补偿模块,以对串联补偿模块进行阻抗补偿,补偿串联补偿模块的无功功率,使串联补偿模块只与配电网进行有功功率交换。
5.根据权利要求1至4任一项所述的装置,其特征在于,所述并联补偿模块包括:三相电压源型变换器与LC滤波器。
6.根据权利要求1至4任一项所述的装置,其特征在于,所述耦合变压器一次侧采用Y型接线。
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