一種柔性中壓直流配電網系統架構的統一設計方法及相應的系統技術方案

本發明專利技術提供一種柔性中壓直流配電網系統架構的統一設計方法，包括梳理柔性中壓直流配電網的應用方向和需求，確定所述柔性中壓直流配電網的接入對象；根據接入對象的類型、電壓等級和容量，確定柔性中壓直流配電網的主回路結構、電壓等級和容量；確定柔性中壓直流配電網的運行方式；確定各類換流器的運行方式及技術要求；對各類換流器進行選型，明確主換流器的拓撲結構；對主接線方式進行選型，明確主接線方式；對接線方式進行選型，明確接地方式。實施本發明專利技術，能夠為直流配電網的系統規劃、能源管理、控制保護策略、絕緣配合研究等提供參考。

Unified design method and corresponding system of flexible medium voltage DC distribution network system frame

The invention provides a unified design method of flexible medium voltage system of DC power distribution network architecture, including the application direction and demand analysis of flexible medium voltage DC power distribution network, determining the access object of the flexible medium voltage DC distribution network; according to the type of access to the object, the voltage level and capacity, determine the flexible medium voltage DC distribution network structure of the main circuit and the voltage level and capacity; determine the operation mode of flexible medium voltage DC distribution network; determine the operation modes of various converters and technical requirements; for all kinds of converter selection, topology clear main converter; selection of main wiring, clear main wiring; selection of wiring, clear grounding mode. The invention can provide reference for the system planning, the energy management, the control and protection strategy, the insulation coordination study of the DC distribution network.

【技術實現步驟摘要】
一種柔性中壓直流配電網系統架構的統一設計方法及相應的系統
本專利技術涉及智能配電網接入
，尤其涉及一種柔性中壓直流配電網系統架構的統一設計方法及相應的系統。
技術介紹
隨著新能源發電和電網負荷類型的發展，基于柔性直流技術的智能配電網已成為城市新型配電網的發展趨勢。柔性直流配電網系統架構的分析和設計是系統規劃、能源管理、控制保護策略、絕緣配合研究的基礎。目前，國內外針對直流配電網的研究主要集中在拓撲結構、控制方式、電壓等級和保護等方面，對基于柔性直流技術的智能配電網系統架構的統一分析和設計方法研究較少。直流輸電的系統架構相對簡單，傳統高壓直流輸電系統通過換流變壓器與交流電網之間實現連接，柔性直流輸電系統一般通過聯接變壓器與交流電網相連接，而沒有其他接入對象。柔性直流中壓配電網系統架構，目前還沒有形成統一的標準，雖然可以參考高壓直流輸電系統和柔性直流輸電系統與交流電網連接方式的設計思路和原則，但由于基于柔性直流技術的智能配電網在拓撲結構上與高壓直流輸電和柔性直流輸電系統有較大的不同，其直流線路的負荷包括了交/直流敏感負荷、含分布式電源的交/直流微網以及儲能裝置等，因此柔性中壓直流配電網系統架構的分析和設計方法需要專門分析和驗證。
技術實現思路
本專利技術實施例所要解決的技術問題在于，提供一種柔性中壓直流配電網系統架構的統一分析和設計方法及相應的系統，能夠為直流配電網的系統規劃、能源管理、控制保護策略、絕緣配合研究等提供參考。為了解決上述技術問題，本專利技術實施例提供了一種柔性中壓直流配電網系統架構的統一設計方法，所述方法包括：a、梳理柔性中壓直流配電網的應用方向和需求，確定所述柔性中壓直流配電網的接入對象；根據接入對象的類型、電壓等級和容量，確定柔性中壓直流配電網的主回路結構、電壓等級和容量；b、根據系統運行要求，確定柔性中壓直流配電網的運行方式；根據所述柔性中壓直流配電網的運行方式，確定各類換流器的運行方式及技術要求；c、根據各類換流器的運行方式及技術要求，對各類換流器進行選型，明確主換流器的拓撲結構；d、根據柔性中壓直流配電網的主回路結構和主換流器拓撲結構，對主接線方式進行選型，明確主接線方式；e、根據柔性中壓直流配電網的主接線方式以及系統可靠性需求，對接線方式進行選型，明確接地方式。優選地，所述步驟a中的接入對象包括：無功率反送的交流敏感負荷、有功率反送的交流微網、無功率反送的直流微網、有功率反送的大容量儲能；所述柔性中壓直流配電網的主回路結構為具有兩個獨立交流電源的“手拉手”直流配電網絡拓撲，中壓直流電壓等級±10kV，容量25MW。優選地，所述步驟b中的柔性中壓直流配電網的運行方式包括：雙端供電運行方式、單換流器運行方式、雙端隔離運行方式、功率支援運行方式、STATCOM運行方式。優選地，所述步驟c中主換流器主要包括：連接交流配電網與中壓直流配電網的VSC換流器，連接中壓直流配電網和低壓直流配電網的直流變壓器；所述的VSC換流器的拓撲結構包括：兩電平換流器、三電平換流器和模塊化多電平換流器；所述的直流變壓器的拓撲結構包括：器件串聯直流變壓器、多重化直流變壓器和模塊化多電平直流變壓器。優選地，所述步驟d中主接線方式主要包括：單極不對稱接線方式、單極對稱接線方式和雙極接線方式。優選地，所述步驟e中接地方式主要包括：交流側接地和直流側接地，以及高阻接地和低阻接地；當直流側存在接地點時，優先選擇直流側接地；當直流側不存在接地點時，優先選擇交流側接地；當可靠性要求較高時，選擇高阻接地，保證單極短路故障時系統持續運行，否則選擇低阻接地。實施本專利技術實施例，具有如下有益效果：在本專利技術實施例中，由于通過柔性中壓直流配電網的應用方向和需求，確定所述柔性中壓直流配電網的接入對象，從而確定柔性中壓直流配電網的主回路結構、電壓等級和容量。并根據系統運行要求，確定柔性中壓直流配電網的運行方式，以及確定各類換流器的運行方式及技術要求。根據各類換流器的運行方式及技術要求，對各類換流器進行選型，明確主換流器的拓撲結構并對主接線方式進行選型，明確主接線方式。根據主接線方式以及系統可靠性需求，對接線方式進行選型，明確接地方式。本專利技術根據柔性中壓直流配電網的系統運行要求，通過預設的分析軟件對主換流器電氣量參數進行計算，對主換流器區域接線進行設計，從而得到所需柔性中壓直流配電網的系統架構，為直流配電網的系統規劃、能源管理、控制保護策略、絕緣配合研究等提供了參考。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，根據這些附圖獲得其他的附圖仍屬于本專利技術的范疇。圖1為本專利技術實施例提供的柔性中壓直流配電網系統架構的統一設計方法的流程圖；圖2（a）為本專利技術實施例提供的柔性中壓直流配電網接入輸電系統的應用方向；圖2（b）為本專利技術實施例提供的柔性中壓直流配電網接入微電網系統的應用方向；圖3為本專利技術實施例提供的柔性中壓直流配電網的接入對象；圖4為本專利技術實施例提供的柔性中壓直流配電網的主回路結構；圖5為本專利技術實施例提供的柔性中壓直流配電網的換流器運行方式及技術要求；圖6為本專利技術實施例提供的柔性中壓直流配電網的換流器VSC1和VSC2拓撲結構示意圖；圖7為本專利技術實施例提供的柔性中壓直流配電網的換流器VSC3拓撲結構示意圖；圖8為本專利技術實施例提供的柔性中壓直流配電網的換流器UVSC拓撲結構示意圖；圖9為本專利技術實施例提供的柔性中壓直流配電網的換流器DCSST拓撲結構示意圖；圖10為本專利技術實施例提供的柔性中壓直流配電網的換流器UDCSST拓撲結構示意圖；圖11為本專利技術實施例提供的柔性中壓直流配電網的主回路接線和接地方式。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術作進一步地詳細描述。如圖1所示，為本專利技術實施例中，提供的一種柔性中壓直流配電網系統架構的統一設計方法。在步驟S10中，梳理柔性中壓直流配電網的應用方向和需求，確定所述柔性中壓直流配電網的接入對象；根據接入對象的類型、電壓等級和容量，確定柔性中壓直流配電網的主回路結構、電壓等級和容量。首先梳理柔性中壓直流配電網的應用方向和需求，如圖2（a）所示，從輸電網向配電網的發展來看，在柔性中壓直流配電網接入輸電系統存在如下的幾種應用方向和需求：其一、為直流輸電向配電的發展提供配電接口，中壓直流配電母線可以通過直流變壓器直接與直流輸電網連接，而無需經過交流電網的過渡，減少變換環節，提高系統可靠性，可參見左側的圖片所示；其二、通過AC/DC變換隔離交流輸配電系統電壓跌落、治理諧波、補償無功功率，可參見中間的圖片所示；其三、采用多端配電結構，多電源相互支撐提高供電可靠性，可參見右側的圖片所示。如圖2（b）所示，從微電網向配電網的發展來看，在柔性中壓直流配電網接入微電網系統存在如下的幾種應用方向和需求：其一、面向有高可靠性和高電能質量需求的大功率交流電力用戶、變頻負荷、直流負荷等，提供可定制性的高質量供電解決方案，可參見左側兩個圖片所示；其二為大容量電動汽車充電站（包括V2G形式）、電池儲能站和光伏發電站等提本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種柔性中壓直流配電網系統架構的統一設計方法，其特征在于，所述方法包括：a、梳理柔性中壓直流配電網的應用方向和需求，確定所述柔性中壓直流配電網的接入對象；根據接入對象的類型、電壓等級和容量，確定柔性中壓直流配電網的主回路結構、電壓等級和容量；b、根據系統運行要求，確定柔性中壓直流配電網的運行方式；根據所述柔性中壓直流配電網的運行方式，確定各類換流器的運行方式及技術要求；c、根據各類換流器的運行方式及技術要求，對各類換流器進行選型，明確主換流器的拓撲結構；d、根據柔性中壓直流配電網的主回路結構和主換流器拓撲結構，對主接線方式進行選型，明確主接線方式；e、根據柔性中壓直流配電網的主接線方式以及系統可靠性需求，對接線方式進行選型，明確接地方式。

【技術特征摘要】
1.一種柔性中壓直流配電網系統架構的統一設計方法，其特征在于，所述方法包括：a、梳理柔性中壓直流配電網的應用方向和需求，確定所述柔性中壓直流配電網的接入對象；根據接入對象的類型、電壓等級和容量，確定柔性中壓直流配電網的主回路結構、電壓等級和容量；b、根據系統運行要求，確定柔性中壓直流配電網的運行方式；根據所述柔性中壓直流配電網的運行方式，確定各類換流器的運行方式及技術要求；c、根據各類換流器的運行方式及技術要求，對各類換流器進行選型，明確主換流器的拓撲結構；d、根據柔性中壓直流配電網的主回路結構和主換流器拓撲結構，對主接線方式進行選型，明確主接線方式；e、根據柔性中壓直流配電網的主接線方式以及系統可靠性需求，對接線方式進行選型，明確接地方式。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟a中的接入對象包括：無功率反送的交流敏感負荷、有功率反送的交流微網、無功率反送的直流微網、有功率反送的大容量儲能；所述柔性中壓直流配電網的主回路結構為具有兩個獨立交流電源的“手拉手”直流配電網絡拓撲，中壓直流電壓等級±10kV，容量25MW。3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟b中的柔性中壓直流...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙宇明，趙彪，劉國偉，宋強，胡子珩，姚森敬，
申請(專利權)人：深圳供電局有限公司，清華大學，
類型：發明
國別省市：廣東,44