一种柔性多状态开关及其控制方法与流程

技术特征：

1.一种柔性多状态开关，其特征在于：所述的柔性多状态开关包含第一隔离变压器(T1)、第一受控电压源(D11)、直流母线稳压电容(C1)、第二受控电压源(D22)、第二隔离变压器(T2),以及中央控制器；第一受控电压源(D11)通过直流母线电容(C1)与第二受控电压源(D22)相连接；第一馈线(K11)连接第一隔离变压器(T1)的一端，第一隔离变压器(T1)的另一端连接第一受控电压源(D11)的一端，第一受控电压源(D11)的另一端连接直流母线稳压电容(C1)的一端，直流母线稳压电容(C17)的另一端连接第二受控电压源(D22)的一端；第二受控电压源(D22)的另一端连接第二隔离变压器(T2)的一端，第二隔离变压器(T2)的另一端连接第二馈线(K22)；中央控制器的一端连接电压电流采样检测传感器，中央控制器另外一端分别连接第一受控电压源(T1)和第二受控电压源(T2)。

2.权利要求1所述的柔性多状态开关的控制方法，其特征在于：所述的控制方法为：对第一受控电压源(D11)采用有功功率、无功功率作为反馈控制外环；内环采用解耦后的电流d轴与q分量负反馈，辅以q轴d轴电流前馈和网侧电压补偿；对第二受控电压源(D22)采用有功功率、变换器外侧交流电压作为反馈控制外环；内环采用解耦后的电流d轴与q分量负反馈，辅以q轴d轴电流前馈和网侧电压补偿。

3.根据权利要求2所述的柔性多状态开关的控制方法，其特征在于：在电网不同运行工况下，对所述的柔性多状态开关的控制方法如下：

(1)在正常运行情况下，第一受控电压源(D11)和第二受控电压源(D22)采用P-Q控制或者V-f控制；P-Q控制调节节点的有功功率潮流与柔性多状态开关发出的无功功率，保证直流母线电压稳定及无功功率的提供；

(2)单相或三相接地暂态短路时，将正常线路侧的第一受控电压源(D11)调节为P-Q控制，并采用恒功率控制，以降低电压的方式防止因短路电流过大烧毁变换器和变压器，同时对正常工作的第二受控电压源(D22)采用V-f控制，V-f控制调节输出电压和频率，实现对故障区域的供电恢复；

(3)单相或三相接地永久短路故障时，第一受控电压源(D11)向第一馈线(K11)提供电压与频率支撑，使用标准正弦电压信号作为给定值；通过Park变换，将给定标准正弦电压幅值变为网侧电压基波幅值的赋给电压环直轴控制分量，并将电压交轴分量置零；将给定标准正弦电压反Park变换后，经锁相环固定相位角和频率。

4.根据权利要求2或3所述的柔性多状态开关的控制方法，其特征在于：当所述的柔性多状态开关作为一个装置独立运行时，柔性多状态开关连接在第一馈线和第二馈线之间，由中央控制器自主判断柔性多状态开关当前的运行状态和当前需要实现的功能；

(1)当第一馈线(K11)和第二馈线线路(K22)工作正常时，柔性多状态开关的中央控制器通过检测第一馈线(K11)和第二馈线(K22)的电压电流信号，自主判断当前馈线不平衡度和需要无功补偿的量，并向第一受控电压源(D11)和第二受控电压源(D22)发出控制指令，进行馈线不平衡度调整和无功补偿；当第一馈线(K11)或第二馈线(K22)线路工作故障时，柔性多状态开关的中央控制器通过检测第一馈线(K11)和第二馈线(K22)的电压电流信号，自主判断当前馈线故障程度，并向第一受控电压源(D11)和第二受控电压源(D22)发出控制指令，通过封锁第一受控电压源(D11)或者第二受控电压源(D22)脉冲的方式隔离第一馈线(K11)或者第二馈线(K22)的故障；

(2)中央控制器通过对第一受控电压源(D11)和第二受控电压源(D22)运行状态控制，使有功功率在第一馈线(K11)和第二馈线(K22)之间双向流动，实现柔性多状态开关对两侧馈线的潮流控制；当第一馈线(K11)经过第一隔离变压器(T1)，通过对第一受控电压源(D11)向直流母线输送功率，直流母线稳压电容(C1)在接收功率的同时通过第二受控电压源(D22)向第二馈线(K22)输送功率；当输送功率与接收功率相等时，直流母线稳压电容(C1)的电压保持恒定；或者，当第二馈线(K22)通过第二受控电压源(D22)向直流母线稳压电容(C1)输送功率，直流母线稳压电容(C1)在接收功率的同时向第一馈线(K11)输送功率，当输送功率与接收功率相等时，直流母线稳压电容(C1)的电压保持恒定；

(3)第一受控电压源(D11)与第二受控电压源(D22)在旋转坐标系下dq轴解耦控制，通过d轴控制有功功率在第一馈线(K11)和第二馈线(K22)之间的双向流动，通过对q轴控制同时实现每端馈线的无功补偿；

(4)第一受控电压源(D11)或第二受控电压源(D22)检测各自连接的馈线ABC三相之间电流的均衡度，在相间不均衡度大于10％时，中央控制器计算达到平衡状态时各相所需转换的电流值，然后将信号发送给第一受控电压源(D11)或第二受控电压源(D22)并驱动其动作，将不平衡电流从电流大的相转移到电流小的相，最后达到网侧三相电流平衡。

5.根据权利要求2或3所述的柔性多状态开关的控制方法，其特征在于：当所述的柔性多状态开关接入配电管理系统中时，柔性多状态开关连接在第一馈线(K11)和第二馈线(K22)之间，同时柔性多状态开关的中央控制器也与配电管理系统连接，接收配电管理系统发出的信号指令，控制柔性多状态开关需要实现的功能和当前的运行状态；配电管理系统计算其所管理的整个配电网潮流，按全局最优调度柔性多状态开关对第一馈线和第二馈线的潮流运行以及无功补偿功能：

(1)柔性多状态开关接收配电管理系统的信号指令，同时控制第一受控电压源(D11)和第二受控电压源(D22)的运行状态，实现有功功率在第一馈线(K11)和第二馈线(K22)之间流动；当第一馈线(K11)经过第一隔离变压(T1)，通过对第一受控电压源(D11)向直流母线输送功率，直流母线稳压电容(C1)在接收功率的同时，通过第二受控电压源(D22)向第二馈线(K22)输送功率，当输送功率与接收功率相等时，直流母线稳压电容(C1)的电压保持恒定；或者，当第二馈线(K22)通过第二受控电压源(D22)向直流母线稳压电容(C1)输送功率，直流母线电容(C1)在接收功率的同时，向第一馈线(K11)输送功率，当输送功率与接收功率相等时，直流母线稳压电容(C1)的电压保持恒定，实现配电管理系统对两侧馈线的潮流控制；

(2)柔性多状态开关的第一受控电压源(D11)与第二受控电压源(D22)在旋转坐标系下dq轴解耦控制，通过d轴控制实现第一馈线(K11)和第二馈线(K22)之间的有功双向流动，通过q轴控制同时实现每端馈线的无功补偿功能，如此同时实现柔性多状态开关的潮流控制和无功补偿功能；

(3)第一受控电压源(D11)采用电压-频率V-f控制，第二受控电压源(D22)采用恒功率P-Q控制，同时中央控制器检测三相电流与三相电压是否运行在额定区间；若第二馈线(K22)出现永久单相接地短路或者三相接地短路故障时，中央控制器检测到侧的电压急剧下降，立即切换控制策略：第一受控电压源(D11)采用P-Q控制，保证非故障侧的无功功率支撑，第二受控电压源(D22)自动封锁脉冲，阻止故障电流通过柔性多状态开关流向另外一侧馈线；若第二馈线(K11)出现暂态单相接地短路或者三相接地短路故障时，中央控制器检测到故障侧的电压急剧下降，立即切换控制策略：第一受控电压源(D11)采用P-Q控制，保证非故障侧的电压与无功支撑，当第二馈线(K22)因故障被远保护切断供电后，需要给馈线上的负载独立供电时，第二受控电压源(D22)自动切换至V-f控制，保证负载线路的频率与电压；如此，当出现暂态的故障时，通过柔性多状态开关控制策略的切换，实现非故障区域的供电恢复；

(4)第一馈线(K11)和第二馈线(K22)因各自所连接的分布式发电单元或者电动汽车等非线性负荷引起电压越限或者三相不平衡时，柔性多状态开关中的第一受控电压源(D11)和第二受控电压源(D22)由潮流和无功控制策略转换为电能质量治理控制策略，第一受控电压源(D11)和第二受控电压源(D22)具有动态电压补偿、谐波抑制和三相电流不平衡控制功能。