功率交換節點及中壓配電網主動潮流控制電網與控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及中壓配電網優化運行領域，具體在中壓配電網中引入配網“功率交換節點”，對中壓配電網潮流進行主動控制。
技術背景
[0002]電力系統中的中壓配電網上承輸電網絡下接電力用戶，在電力網絡中承擔分配電能的重要作用。與其他電力網絡相比，中壓配電網絡最顯著的特點是作為電網的末端，能夠敏銳反應電力負荷的變化。在電能的輸送和分配過程中，中壓配電網中的變壓器、線路元件都要消耗一定的電能，其中目前中國覆蓋率最高的是1kV線路的網損更占了整個電網網損的相當大比例，據統計高達60%以上。中壓配電網的負荷變化頻繁且劇烈，經常有部分線路輕載、部分線路過載的情況，線路長期過載運行會大大增加線損率，加速線路和設備的老化，甚至引發電力故障。
[0003]隨著環境問題的日益突出和電池技術壁皇的克服，電動汽車的民眾接受度越來越高，在由工信部牽頭制定的《節能與新能源汽車產業發展規劃(2011-2020年)》中提出，到2020年，我國電動汽車保有量應達到500萬輛。未來電動汽車必將沿著電池容量增大，續航能力增強，配套服務逐步完善的趨勢不斷發展。在2014年I月16日召開的電動汽車充換電設施標準體系完善研討會上，國家電網推出“主導快充、兼顧慢充、引導換電、經濟實用”的建設原則。為了滿足電動汽車電池的快充需求，電池充電功率會越來越大，隨著電動汽車滲透率的提高，未來電動汽車作為配電網的重負荷，其充電時間、地點的隨機性會對配網的安全經濟運行帶來很大的挑戰，嚴重影響電網的經濟運行，在極端情況下甚至會惡化配網供電可靠性。
[0004]近年來，我國政府也把光伏并網發電項目作為重點，出臺了各種政策來積極支持光伏并網項目。2012年底，在科技部公布的2012年第二批“金太陽示范工程”項目目錄中，各項目裝機總容量達2.83GW。大型集中式光伏電站由于投資和城市占地問題，不宜在城市配電網中推廣，因而分布式光伏發電一直是近年來研宄的熱點。2012年12月19日召開的國務院常務會議提出，著力推進分布式光伏發電，鼓勵單位、社區和家庭安裝、使用光伏發電系統。然而光伏發電并網后，由于其發電本身的一些特點，將對配電網的潮流、電壓、保護、電能質量、規劃設計以及可靠性等帶來諸多不確定因素和問題。
[0005]經過十余年的探索與實踐，我國的配電自動化技術日趨成熟，通信技術也得到了革命性的進展，已經能夠實現準確的故障定位和交互式或全自動故障隔離及健全區域快速恢復供電，而且還具有一定的容錯性。然而目前配電自動化的水平尚處于故障處理完善階段，在進一步提高配電網安全經濟運行的區域不平衡負荷轉供、區域均衡配電、提高配網線路資源利用率等方面問題尚待解決。城市供配電網絡常采用供電可靠性高的環式網絡結構，在正常工況下各線路分列運行，一旦發生故障，則通過倒閘操作迅速恢復供電，因此線路上的功率通常具有單向流動性。當配網中某條線路過載時，若通過直接合上并列開關由兩條或多條線路分擔重負荷，由于自由并列運行下潮流受電網參數影響無法有效控制，且容易使不同電壓等級的線路通過變壓器形成電磁環網，造成潮流分布復雜、保護配置困難、短路電流增大等問題，因此該方法在實際運行中不予采用。此外，配電網中電纜線路比例增大，部分線路輕載時會向變電站輸送容性無功，然而大多數城市110kV、220kV變電站基本沒有配置電抗器，從而在輕載時容易造成城市配電網電壓過高，極端情況下甚至威脅電力設備的安全穩定運行。
[0006]目前解決中壓配電網上述問題的措施主要是在規劃階段準確負荷預測加強中壓配電線路建設、增加補償裝置、優化調度、以及實時網絡重構等技術措施來應對負荷增長、線路損耗大、末端電壓低等問題。如:專利申請201410630097.4 (—種含分布式光伏并網的主動配電網規劃方法)、專利申請201410662732.7 (一種主動配電網優化配置結構及其配置方法)、專利申請201310755765.1 (配電網主動重構策略及其預防控制方法)、專利申請201410643725.2(—種適用于主動配電網的多目標網絡重構方法)等。上述技術措施存在一系列問題，如:投資大、建設周期長、不能大幅度提高配電可靠性、缺乏潮流調節的靈活性。
【發明內容】
[0007]本發明旨在克服上述【背景技術】的不足，提供一種功率交換節點及中壓配電網主動潮流控制電網與控制方法。
[0008]一種基于功率交換節點的中壓配電網主動潮流控制方法，在配電網中配置功率交換節點，功率交換節點將兩條及以上的中壓配電線路聯接起來，并通過功率交換節點中的AC/DC變流器實現對所連接的中壓配電線路的有功和無功潮流進行主動的控制；所述功率交換節點包括兩個或以上中壓配電線路進線開關，兩個或以上和進線開關相對應的配電降壓變壓器，兩個或以上和配電降壓變壓器相對應的AC/DC變流器，一條直流母線，一個節點狀態監控系統。
[0009]所述中壓配電線路，是來自同一個上級變電站的同一條或不同中壓母線，或是來自不同上級變電站的中壓母線；所述的中壓配電線路的進線電壓允許存在因上級變電站主變壓器接線組別引起的30°以上的大相位差，或因配電線路上的有功功率差異而引起的小相位差。
[0010]所述的中壓配電線路進線開關的進線側和對應的中壓配電線路連接；所述的中壓配電線路進線開關的出線側和對應的降壓變壓器的高壓側連接；所述的配電降壓變壓器的低壓側和對應的AC/DC變流器的交流側連接；所述的配電降壓變壓器的低壓側連接低壓交流負載，或沒有低壓交流負載；所有所述的AC/DC變流器的直流側和同一條直流母線連接；所述的直流母線連接直流負載或直流電源，或沒有任何直流流負載或直流電源；所述節點狀態監控系統實時監控所述功率交換節點內各線路的潮流情況，與配網調度中心雙向通信，通過發送節點狀態信息、獲得調度指令來控制所述功率交換節點的運行。
[0011]所述的AC/DC變流器包括電力電子開關器件組成的主電路和相應的控制保護電路，所述主電路的拓撲為三相兩電平變流器、二極管箝位型多電平變流器、飛跨電容型多電平變流器或MMC型換流器；所述主電路的拓撲為一個三相變流器或多個三相變流器并接組成；所述主電路既可以采用全控電力電子器件(如IGBT，GTO，IGCT等)，也可以采用半控電力電子開關器件。
[0012]所述的每個AC/DC換流器均有其對應的控制器，總的控制策略是:其中一個AC/DC變流器控制其相應線路的無功功率和直流母線電壓，稱為(M UJ變流器；其余AC/DC變流器根據調度指令控制其相應線路的有功潮流和無功潮流，稱為(P，0)變流器。
[0013]所述的AC/DC變流器工作在STATCOM模式，根據配電網調度指令向配電線路輸送或吸收無功功率，解決因線路輕載或重載引起的配電網電壓過高或過低的問題。
[0014]所述直流母線可并接一個及以上直流負載，包括但不限于電動汽車快速充電機；可并接I個及以上直流電源，包括但不限于儲能蓄電池、光伏發電裝置；所述直流電源提供的電能通過公共的直流母線直接供給所述直流負載消耗，或通過所述AC/DC變流器轉換后送入交流配電線路。
[0015]所述的節點狀態監控系統:1)實現對功率交換節點內的AC/DC換流器、降壓變壓器、進線斷路器的狀態進行實時監測；對功率交換節點內部的負荷、電源出力進行實時采集；2)與配網調度中心的EMS或SCADA系統進行信息交互；3)根據配網調度中心下發的潮流指令和檢測到的功率交換節點內部的負荷、電源出力經過計算后，發送相應的調節指令給每個AC/DC換流器的控制器。所述的控制器可以是一個獨立的計算機系統，也可以由各個換流器的控制器來實現。
[0016]一種功率交換節點，包括兩個或以上中壓配電線路進線開關，兩個或以上和進線開關相對應的配電降壓變壓器，兩個或以上和配電降壓變壓器相對應的AC/DC變流器，一條直流母線，一個節點狀態監控系統；所述的中壓配電線路進線開關的進線側和對應的中壓配電線路連接；所述的中壓配電線路進線開關的出線側和對應的降壓變壓器的高壓側連接；所述的配電降壓變壓器的低壓側和對應的AC/DC變流器的交流側連接；所述的配電降壓變壓器的低壓側連接低壓交流負載，或沒有低壓交流負載；所有所述的AC/DC變流器的直流側和同一條直流母線連接；所述的直流母線連接直流負載或直流電源，或沒有任何直流流負載或直流電源；所述節點狀態監控系統實時監控所述功率交換節點內各線路的潮流情況，與配網調度中心雙向通信，通過發送節點狀態信息、獲得調度指令來控制所述功率交換節點的運行。
[0017]一種基于所述的功率交換節點的中壓配電網主動潮流控制電網。
[0018]本發明的有益效果在于:1)本發明所提出的功率交換節點能夠連續平滑控制各條連接線路的有功潮流和無功潮流，避免開關的頻繁開斷，增加設備利用率，延長設備使用壽命，提高供電可靠性。2)能夠均衡各條連接線路的負荷，將重載線路上的一部分負載轉移到輕載線路上，可以提高配電網線路資源的利用率，降低配電網絡的降損。3)功率交換節點的直流母線處可以并接直流負載或直流電源，直流電源發出的電能可以直接由直流負載消耗，避免了電能在供電線路傳輸過程中的能量損耗，提高了能量的利用效率。4)當光伏發電陣列等直流電源并入直流母線時，可以將所發的電能通過多條中壓配電線路輸送到配電系統中，解決了較大容量分布式光伏等可再生能源的送出能力問題，對于配電網安全經濟運行具有十分重要的意義。5)功率交換節點中的AC/D