层次组网的交直流无缝混合全可控灵活配电系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种层次组网的交直流无缝混合全可控灵活配电系统及方法，灵活配电系统由多个层次组网的单节点系统构成，单节点系统中灵活配电核心装备包括电能交换器、交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器，交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器均与电能交换器连接；单节点系统中的电能交换器高压侧交、直流接口分别连接在高压交流配电线路和高压直流配电线路上，单节点层次组网后，各节点系统中的电能交换器通过高压交流配电线路和高压直流配电线路实现无缝互联。本发明专利技术将实现灵活配电系统层次组网及交直流无缝混合，有效降低有源配电网系统构成的复杂性，并显著提高未来配电网对分布式电源、微电网和柔性负荷等新元素的接纳能力。

【技术实现步骤摘要】
层次组网的交直流无缝混合全可控灵活配电系统及方法
本专利技术涉及一种全可控灵活配电系统，具体涉及一种层次组网的交直流无缝混合全可控灵活配电系统及方法。
技术介绍
大量间歇性分布式电源的高渗透率接入配电网，传统配电网变得“有源”，其原有结构模式(辐射状方式、馈线弱联络)如图1(a)、(b)和(c)所示，该结构模式下的配电网难以接纳大量的分布式电源、微电网和柔性负荷的接入，并且这些新元素的接入导致配电网的复杂性激增，在本已复杂的配电系统上加装各种变流器、调节器、稳定器、控制器、补偿器，虽然暂时性解决了新元素的接入问题，却导致配电网结构更加复杂，且这种方式成本昂贵，也大大增加了系统运行控制与维护的难度。随着非线性负荷、精密制造业负荷和直流负荷增加，用户对配电网电能质量和多种电能形式定制用电的要求也越来越强烈，当前依靠用户自己保证电能质量和大量分散性整流装置对直流负荷供电的方式已不是最佳和最经济的选择，这不仅增加了成本、容易产生电能质量问题，还严重的降低了能效，同时当前配电网无法满足多种形式的定制用电需求问题。若在中低压配电网侧再单独构建多种电压等级的直流配电网，其能效问题和经济性也饱受质疑，且分布式电源、微电网和柔性负荷的大量接入，配电网电源供给和用户负荷的界面已越来越模糊，电力用户深度参与配电网运行与管理的需求越来越强烈，迫切希望改变当前集中控制和被动管理的模式，并从配电网自身架构上进行创新，建立集中与分布相结合、主动控制、层次化、交直流混合的配电系统。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供层次组网的交直流无缝混合全可控灵活配电系统、关键装备及方法，本专利技术提出了一种全可控灵活配电的层次组网模型以及以该模型为基础构建的全可控灵活配电系统，从而有效地改变当前集中控制和被动管理的模式，并从配电网自身架构上建立集中与分布相结合的分层递进主动控制灵活配电，解决当前配电网框架下的相关问题。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种层次组网的交直流无缝混合全可控灵活配电系统，其改进之处在于，所述配电系统由多个层次组网的单节点系统构成，所述单节点系统由电能交换器、交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器层次组网构成；所述配电系统中各单节点系统通过电能交换器高压侧的高压交流配电线路、高压直流配电线路互联，实现横向组网，通过电能交换器到电力集能器再到电力集能器下级实现高、中、低电压等级纵向组网；所述单节点系统中的电能交换器高压侧交、直流接口分别连接在高压交、直流配电线路上，电能交换器低压交、直流侧连接具备相应等级接口的交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器。进一步地，所述电能交换器的低压侧交流接口通过交流用电线路连接拥有相应电压等级并网接口的交流并网型电力集能器，以及接入的相应电压等级的分布式电源、储能和交流负荷；所述电能交换器的低压直流接口通过直流用电线路连接拥有相应电压等级并网接口的直流并网型电力集能器，以及接入的相应电压等级的分布式电源、储能和直流负荷；所述交流并网型电力集能器的中低压直流用电接口实现相应电压等级的分布式电源、储能、直流负荷的接入，所述直流并网型电力集能器的中、低压直流用电接口实现相应电压等级的分布式电源、储能、直流负荷的接入；所述电能交换器的高压侧交流接口、直流接口分别连接高压交流配电线路、高压直流配电线路，各节点系统中的电能交换器通过高压侧的高压交流配电线路和高压直流配电线路实现横向组网；电能交换器到交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器，再到交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器下级的不同电压等级及形式纵向组网，所述横向组网和纵向组网构建层次组网的全可控灵活配电系统。进一步地，所述电能交换器用于提供高压侧交流、直流接口以及低压侧交流、直流接口；所述交流并网型电力集能器用于提供交流侧并网接口和中低压直流用电接口；所述直流并网型电力集能器用于提供直流并网接口和中低压直流用电接口。进一步地，电能交换器提供的高压侧交流、直流接口用于分别连接高压交流配电线路AC1kV～35kV、高压直流配电线路DC1.5kV～65kV；低压侧交流接口用于连接交流用电线路AC100V～380V，低压侧直流接口用于连接直流用电线路DC150V～800V；并网型交流电力集能器则提供对应于电能交换器低压侧交流接口的交流并网接口，并提供中低压侧直流用电接口，用于连接低压直流用电线路DC5V～48V和中压直流用电线路DC100V～400V；并网型直流电力集能器则提供对应于电能交换器低压侧直流接口的直流并网接口，并提供中低压直流用电接口，用于连接低压直流用电线路DC5V～48V和中压直流用电线路DC100V～400V。进一步地，所述电能交换器内部包括相互连接的电气信息层和电气物理层；所述电气信息层包括监测模块、智能控制模块、通信模块和信息处理模块；所述电气物理层电力电子固态模块和电能接口模块；所述电气物理层中各模块互有连接；所述智能控制模块与所述电力电子固态模块连接，共同完成电能交换器和电力集能器内部交、直流电能灵活变换，从实现灵活配电系统的交直流无缝混合。进一步地，所述电能交换器电力电子固态模块包括依次连接的固态模块控制器、保护与驱动模块和测感模块；所述电能交换器电能接口模块包括高压交流接口、高压直流接口、低压交流接口和低压直流接口；所述交流并网型电力集能器电能接口模块包括交流并网接口、中压直流接口、低压直流接口；所述直流并网型电力集能器电能接口模块包括直流并网接口、中压直流接口、低压直流接口。所述电能交换器分别与交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器通过多种通讯协议的转换和多种信息交互，实现区域内电能交换器、交流并网型电力集能器、直流并网型电力集能器的智能控制及相应电压等级及形式的分布式电源、可控负荷等的即插即用。本专利技术还提供一种层次组网的交直流无缝混合全可控灵活配电系统的具体实现方法，其改进之处在于，所述系统的实现方法包括下述步骤：步骤1：确定全可控灵活配电系统单个节点层次组网模型，并构建单个节点系统；步骤2：将多个单节点系统中的电能交换器高压侧交、直流接口分别连接在高压交流配电线路和高压直流配电线路上，实现横向组网互联，结合步骤1组成层次组网的交直流无缝混合全可控灵活配电系统。进一步地，所述步骤1中，单个节点层次组网模型包括电能交换器、交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器，所述交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器均与电能交换器连接。进一步地，所述步骤2中，所述电能交换器的低压交流接口通过交流用电线路连接拥有相应电压等级并网接口的交流并网型电力集能器，以及相应电压等级的分布式电源、储能和交流负荷的接入；所述电能交换器的低压直流接口通过直流用电线路连接拥有相应电压等级并网接口的直流并网型电力集能器，以及相应电压等级的分布式电源、储能和直流负荷的接入；所述交流并网型电力集能器的低压直流用电输出接口实现相应电压等级的分布式电源、储能、交流负荷的接入，所述直流并网型电力集能器的中低压直流用电接口实现相应电压等级的分布式电源、储能、直流负荷的接入；电能交换器的高压交流接口、高压直流接口分别连接高压交流配电线路、高压直流配电线路，各节点系统中的电能交换器通过高压交、直流配电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层次组网的交直流无缝混合全可控灵活配电系统，其特征在于，所述配电系统由多个层次组网的单节点系统构成，所述单节点系统由电能交换器、交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器层次组网构成；所述配电系统的单节点系统中的电能交换器高压侧交、直流接口分别连接在高压交流配电线路和高压直流配电线路上，电能交换器低压侧交、直流接口生成交流用电线路和中压直流配电线路，分别连接交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器；所述单节点层次组网后，各单节点系统中的电能交换器通过高压交流配电线路和高压直流配电线路实现互联。

【技术特征摘要】
1.一种层次组网的交直流无缝混合全可控灵活配电系统，其特征在于，所述配电系统由多个层次组网的单节点系统构成，所述单节点系统由电能交换器、交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器层次组网构成；所述配电系统的单节点系统中的电能交换器高压侧交、直流接口分别连接在高压交流配电线路和高压直流配电线路上，电能交换器低压侧交、直流接口生成交流用电线路和中压直流配电线路，分别连接交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器；所述单节点层次组网后，各单节点系统中的电能交换器通过高压交流配电线路和高压直流配电线路实现互联。2.如权利要求1所述的交直流无缝混合全可控灵活配电系统，其特征在于，所述电能交换器的低压侧交流接口通过交流用电线路连接拥有相应电压等级并网接口的交流并网型电力集能器，以及具有相应电压等级的分布式电源、储能和交流负荷的接入；所述电能交换器的低压侧直流接口通过中压直流配电线路连接拥有相应电压等级并网接口的直流并网型电力集能器，以及具有相应电压等级的分布式电源、储能和直流负荷的接入；所述交流并网型电力集能器的中低压侧直流用电接口实现相应电压等级的分布式电源、储能、直流负荷的接入，所述直流并网型电力集能器的低压侧直流用电接口实现相应电压等级的分布式电源、储能、直流负荷的接入；所述电能交换器的高压侧交流接口、直流接口连接高压交、直流配电线路，各节点系统中的电能交换器通过高压交、直流配电线路实现横向组网互联；电能交换器到交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器，再到交流并网型电力集能器和直流并网型电力集能器下级的不同电压等级及形式纵向组网，所述横向组网和纵向组网构建层次组网的全可控灵活配电系统。3.如权利要求2所述的交直流无缝混合全可控灵活配电系统，其特征在于，所述电能交换器用于提供高压侧交流、直流接口,以及低压侧交流、直流接口；所述交流并网型电力集能器用于提供交流侧并网接口和中低压侧直流用电接口；所述直流并网型电力集能器用于提供中压侧直流配电并网接口和中低压侧直流用电接口。4.如权利要求2所述的交直流无缝混合全可控灵活配电系统，其特征在于，电能交换器提供的高压侧交流、直流接口用于连接高压交流配电线路AC1kV～35kV、高压直流配电线路DC1.5kV～65kV，其低压侧的交流接口用于连接交流用电线路AC100V～380V，低压侧直流接口用于连接中压配电线路DC150V～800V；交流并网型电力集能器则提供对应于电能交换器低压侧交流接口的交流并网接口AC100V～380V，并提供中低压侧直流用电接口，用于连接低压直流用电线路DC5V～48V和中压直流用电线路DC100V～400V；直流并网型电力集能器则提供对应于电能交换器低压侧直流接口的直流并网接口DC150V～800V，并提供中低压直流用电接口，用于连接低压直流用电线路DC5V～48V和中压直流用电线路DC100V～400V。5.如权利要求2所述的交直流无缝混合全可控灵活配电系统，其特征在于，所述电能交换器内部包...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛万兴，段青，孟晓丽，史常凯，李振，沙广林，李玉凌，马春艳，赵彩虹，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11