[发明专利]一种基于混合式配电变压器的主动配电网及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于混合式配电变压器的主动配电网及其控制方法；该配电网包括供电区域、中压交流母线、配电网综合控制中心、通信网络、混合式配电变压器、低压馈线、以及分布式电源。混合式配电变圧器具备调节其一次侧无功功率和二次侧电压的能力。针对中压母线电压波动问题，本发明通过多个混合式配电变压器之间的无功功率协调优化控制，使得各节点电压与其额定值之间的误差平方和最小化，从而减小了配电网中压母线上的电压波动。针对负载用户供电质量问题，本发明通过对混合式配电变压器二次侧电压的调节，令低压馈线上的各节点电压与额定值之间的误差平方和最小化，从而保证了对用户的供电质量。

技术领域

本发明属于配电网设计与运行控制领域，特别涉及一种基于混合式配电变压器的主动配电网及其控制方法。

背景技术

随着智能电网和能源互联网的建设不断推进，越来越多的分布式可再生电源接入配电网，使得传统意义上单纯作为负荷侧的无源配电网变为有源主动配电网，为配电网的电源侧引入了不确定性。另一方面，电动汽车等冲击性负荷的逐渐普及，增加了配电网负荷侧的不确定性。这种源-荷双重不确定性为配电网的运行控制提出了一系列挑战，其中突出的一点就是配电网的电压控制问题。源-荷双重不确定性使得配电网电压波动的幅度、持续时间、发生频率都呈上升趋势，而电压波动会严重影响配电网用户的供电质量，损坏用电设备，甚至引起系统性的电压崩溃，造成大面积停电事故。因此，提升配电网的电压调控能力对建设具有主动控制和管理能力的主动配电网具有重要意义。

目前旨在增强配电网电压调控能力的相关措施主要有两类，一类是在配电网中安装各种额外的无功补偿设备来调节电压。这些无功补偿设备包括动态电压恢复器、动态电压调节器、静止无功补偿器等。虽然这些设备可以有效降低配电网的电压波动，但同时也存在各种局限性，诸如，动态电压恢复器只能应对电压骤降而不能解决骤升问题，动态电压调节器占地面积过大，而静止无功补偿器又投资过大。另一类配电网电压调控措施，是将配电网内的传统变压器替换为具有电压调节能力的有载调压变压器或电力电子变压器。但是有载调压变压器机械结构复杂、电压调节的动态特性差，且仅能调节二次侧负荷电压，无法参与配网母线电压调节。电力电子变压器具备低压侧和高压侧无功功率解耦能力，可同时参与调节其高压侧和低压侧电压，但由于其全部功率都由电力电子器件承担，故而成本高昂且存在可靠性隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于混合式配电变压器的主动配电网及其控制方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于混合式配电变压器的主动配电网，包括供电区域、中压交流母线、配电网综合控制中心、通信网络、n_H个混合式配电变压器、n_F条低压馈线和n_G个分布式电源；主动配电网采用辐射式拓扑结构，其中压交流母线通过高压/中压变压器与高压主干输电网相连；配电网所含n_F条低压馈线中，按节点电压灵敏度区分，n_H条为关键馈线，其余nF-nH条为非关键馈线；每条关键馈线通过一台混合式配电变压器与中压交流母线相连，每条非关键馈线通过一台常规配电变压器与中压交流母线相连。

进一步的，混合式配电变压器包括主变压器、隔离变压器、串联变流器和并联变流器；主变压器一次侧绕组连接配电网中压交流母线、二次侧绕组连接低压馈线、控制绕组连接并联变流器；隔离变压器的变流器侧绕组与串联变流器相连、网侧绕组与主变压器一次侧绕组串联；串联变流器和并联变流器之间通过直流环节实现背靠背连接。

进一步的，配电网内存在分布式电源，分布式电源选自风电机组、光伏电站或微型燃气轮机中的一种或多种；各混合式配电变压器、分布式电源通过通信网络与配电网综合控制中心连接，并对各混合式配电变压器和分布式电源下达控制指令。