一种四端柔性直流互联双环网配电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种四端柔性直流互联双环网配电系统，通过在交流线路之间接入柔性直流互联装置构成四端交流线路之间的互联通道，使城市中压交流配电网合环运行，能够在短路电流不增大的前提下，实现能量互供及多个电源的在线热备用，提高系统供电效率及供电可靠性，有效缓解配电网供电压力。系统正常运行时，装置可以根据调度指令调整系统中的功率分布，减少损耗，提高电网的运行效率；系统不正常运行或发生故障时，装置可以迅速发出动态有功或无功，支援电网提供动态有功功率或者无功功率支援，提高系统稳定性；故障切除后，柔性环网控制装置可以帮助系统快速恢复，避免故障恶化。避免故障恶化。避免故障恶化。

【技术实现步骤摘要】
一种四端柔性直流互联双环网配电系统


[0001]本专利技术属于电力系统控制
，具体涉及一种四端柔性直流互联双环网配电系统。

技术介绍

[0002]目前的电力系统以交流电网为主体，不同电压等级之间相互配合构成了复杂的电力网络，实现系统中电能的发、输、配等任务。其中，配电网是联系输变电系统或电源系统与用户的重要环节，是实现和保障供电质量和供电能力的重要基础设施。为了限制电力系统的短路容量，避免电磁环网的出现，同地区的高压配电网(主要包括110kV、220kV电压等级)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。而中压配电网(主要包括35kV、10kV电压等级)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。
[0003]随着城市的大规模建设，企业的高速发展，以及农村城镇化改造的不断推进，配电网建设不断发展与完善，与此同时，用户对供电质量、可靠性的要求也日益增长，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。而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，系统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成为了中压配电网运行调度的新挑战。
[0004]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、交流系统异步互联、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系统更符合现代城市配电系统的发展方向，是未来配电系统升级的重要措施。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，可以显著提高系统的运行控制和优化性能。但目前柔性环网装置在交流配电网的应用还未形成成熟公认的架构方案。

技术实现思路

[0005]针对目前交流配电网合环运行需求带来的一系列挑战以及背靠背柔性环网装置在配电网中应用架构尚不明晰的问题，本专利技术提供一种四端柔性直流互联双环网配电系统。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种四端柔性直流互联双环网配电系统，包括交流电源、交流线路、直流母线、直流线路、互联装置和直流断路器；
[0008]第一交流电源通过第一交流线路和第一互联装置与第一直流母线相连，通过第八交流线路和第八互联装置与第四直流母线相连；
[0009]第二交流电源通过第二交流线路和第二互联装置与第一直流母线相连，通过第三交流线路和第三互联装置与第二直流母线相连；
[0010]第三交流电源通过第六交流线路和第六互联装置与第三直流母线相连，通过第七交流线路和第七互联装置与第四直流母线相连；
[0011]第四交流电源通过第四交流线路和第四互联装置与第二直流母线相连，通过第五交流线路和第五互联装置与第三直流母线相连；
[0012]第一直流母线通过第一直流断路器与第四直流母线相连，第二直流母线通过第二直流断路器与第三直流母线相连；第一直流断路器通过直流线路与第二直流断路器相连。
[0013]优选的，所述直流断路器采用三端口直流断路器。
[0014]优选的，每一端交流电源包括由不同配电变压器供电的两条交流配电母线，两条交流配电母线分别与连接该端交流电源的两条交流线路相连。
[0015]优选的，第一交流线路与第八交流线路、第二交流线路与第七交流线路、第三交流线路与第六交流线路、第四交流线路与第五交流线路分别同走向布置，为同一供电区域的相同用电负荷提供互为备份的双电源供电。
[0016]优选的，所述互联装置由联接变压器与电压源型换流器构成，联接变压器连接在交流线路与电压源型换流器的交流侧之间；电压源型换流器的直流侧与直流母线相连。
[0017]优选的，所述互联装置中的电压源型换流器具备直流故障自清除能力，为全桥式、混合桥式或交叉钳位式模块化多电平换流器。
[0018]优选的，每条直流母线均具有向光伏、储能、直流充电桩、直流数据中心、其他直流负载设备或系统提供接入的直流配电接口。
[0019]优选的，三端口直流断路器由三套混合式直流断路器构成，混合式直流断路器包括机械开关支路、电力电子支路、耗能支路，三个支路相互并联。
[0020]优选的，三套混合式直流断路器呈星形连接，首端相互连接，末端各自连接外部回路。
[0021]优选的，三端口直流断路器具备独立切断其任意端口电气连接的功能，用于配合电压源型换流器的闭锁。
[0022]本专利技术的有益效果如下：
[0023]本专利技术提供的四端柔性直流互联双环网配电系统通过在交流线路之间接入柔性直流互联装置构成四端交流线路之间的互联通道，使城市中压交流配电网合环运行，能够在短路电流不增大的前提下，实现能量互供及多个电源的在线热备用，提高系统供电效率
及供电可靠性，有效缓解配电网供电压力。系统正常运行时，装置可以根据调度指令调整系统中的功率分布，减少损耗，提高电网的运行效率；系统不正常运行或发生故障时，装置可以迅速发出动态有功或无功，支援电网提供动态有功功率或者无功功率支援，提高系统稳定性；故障切除后，柔性环网控制装置可以帮助系统快速恢复，避免故障恶化。
附图说明
[0024]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0025]图1是本专利技术一个实施例的四端柔性直流互联双环网配电系统架构图。
[0026]图2是本专利技术中互联装置所采用电压源型换流器的直流故障自清除拓扑图。其中，(a)为全桥式，(b)为半桥式，(c)为交叉钳位式。
[0027]图3是本专利技术中三端口直流断路器的拓扑图。
具体实施方式
[0028]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。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。
[0029]以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本专利技术提供进一步的详细说明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种四端柔性直流互联双环网配电系统，其特征在于，包括交流电源、交流线路、直流母线、直流线路、互联装置和直流断路器；第一交流电源通过第一交流线路和第一互联装置与第一直流母线相连，通过第八交流线路和第八互联装置与第四直流母线相连；第二交流电源通过第二交流线路和第二互联装置与第一直流母线相连，通过第三交流线路和第三互联装置与第二直流母线相连；第三交流电源通过第六交流线路和第六互联装置与第三直流母线相连，通过第七交流线路和第七互联装置与第四直流母线相连；第四交流电源通过第四交流线路和第四互联装置与第二直流母线相连，通过第五交流线路和第五互联装置与第三直流母线相连；第一直流母线通过第一直流断路器与第四直流母线相连，第二直流母线通过第二直流断路器与第三直流母线相连；第一直流断路器通过直流线路与第二直流断路器相连。2.根据权利要求1所述的四端柔性直流互联双环网配电系统，其特征在于，所述直流断路器采用三端口直流断路器。3.根据权利要求1所述的四端柔性直流互联双环网配电系统，其特征在于，每一端交流电源包括由不同配电变压器供电的两条交流配电母线，两条交流配电母线分别与连接该端交流电源的两条交流线路相连。4.根据权利要求1所述的四端柔性直流互联双环网配电系统，其特征在于，第一交流线路与第八交流线路、第二交流线路与第七交流线路、第三交流线路与第六交...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾亮，张頔，任宇驰，王含光，罗昆，王倜，邹乐，曾嵘，余占清，崔康生，陈政宇，屈鲁，赵彪，
申请(专利权)人：国家电网有限公司清华大学，
类型：发明
国别省市：