用于低电压问题治理的柔性交直流切换配电系统设计

赖振宏; 易皓; 黄华; 卓放; 李雨果; 张枭

doi:10.7500/AEPS20221030003

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用于低电压问题治理的柔性交直流切换配电系统设计

智能配电网柔性互联与形态演变 | 更新时间：2025-06-16

- 用于低电压问题治理的柔性交直流切换配电系统设计
- Design of Flexible AC/DC Switching Distribution System for Solving Low-voltage Problems
- 电力系统自动化 2023年47卷第6期页码：123-132
- 作者机构：
  
  西安交通大学电气工程学院，陕西省西安市 710049
- 作者简介：
  
  赖振宏(1998—)，男，博士研究生，主要研究方向：配电网优质供电以及电能质量控制技术。E-mail：lzh2017@stu.xjtu.edu.cn
  易皓(1984—)，男，通信作者，博士，副教授，博士生导师，主要研究方向：电能质量治理与优质供电技术。E-mail：yi_hao@mail.xjtu.edu.cn
  黄华(1997—)，女，硕士，主要研究方向：配电网优质供电以及电能质量控制技术。E-mail：huanghua1201@stu.xjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家电网公司科技项目(SGSNKY00DWJS2100278)
- DOI：10.7500/AEPS20221030003
  中图分类号：
- 收稿：2022-10-30，
  
  修回：2023-01-13，
  
  网络出版：2023-02-10，
  
  纸质出版：2023-03-25
- 稿件说明：
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赖振宏,易皓,黄华等.用于低电压问题治理的柔性交直流切换配电系统设计[J].电力系统自动化,2023,47(6):123-132.

LAI Zhenhong,YI Hao,HUANG Hua,et al.Design of Flexible AC/DC Switching Distribution System for Solving Low-voltage Problems[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(6):123-132.
赖振宏,易皓,黄华等.用于低电压问题治理的柔性交直流切换配电系统设计[J].电力系统自动化,2023,47(6):123-132. DOI： 10.7500/AEPS20221030003.

LAI Zhenhong,YI Hao,HUANG Hua,et al.Design of Flexible AC/DC Switching Distribution System for Solving Low-voltage Problems[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(6):123-132. DOI： 10.7500/AEPS20221030003.

摘要

为解决用电负荷增加带来的配电系统末端低电压问题，提出了柔性交直流切换配电系统，可在提高电压质量的同时保证系统运行灵活性。该配电方案通过在配电线路首末两端装设变流器和断路器组，按需运行于直流配电模态或者交流配电模态。首先，针对交直流配电模态相互切换过程中负荷供电的可靠性，对变流器控制系统和断路器动作时序进行设计，实现切换过程中负荷电压的平滑过渡。其次，为避免极端工况下断路器组的误动作，提出了基于事件触发和非特征次谐波检测两种判断逻辑，保障系统在极端工况下稳定运行。最后，针对错误切换过程潜在的短路故障，在控制和硬件层面设计了保护措施，避免系统设备损坏。MATLAB/Simulink仿真以及实验结果验证了切换配电方案和保护方案的有效性。

Abstract

To solve the end-user low-voltage problem in the distribution system caused by increasing load

a flexible AC/DC switching distribution system is proposed

which can improve the voltage quality and ensure the system operation flexibility. The distribution scheme is designed to operate in DC distribution mode or AC distribution mode as required by installing converters and circuit breaker groups at both ends of the distribution line. First

in view of the power supply reliability of load during the switching process of AC/DC distribution modes

the converter control system and the operation sequence of circuit breakers are designed to realize the seamless transition of load voltage during the switching process. Secondly

in order to avoid the misoperation of circuit breaker groups under extreme conditions

two judgment logics based on event triggering and non-characteristic harmonic detection are proposed to ensure the stable operation of the system under extreme conditions. Finally

in view of the potential short-circuit fault during the wrong switching process

protection measures are designed at the control and hardware levels to avoid system equipment damage. MATLAB/Simulink simulation and experimental results verify the effectiveness of the switching distribution scheme and protection scheme.

关键词

Keywords

references

王建勋，张逸，张嫣，等 . 面向现代工业园区的电压暂降综合防治方案［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 14 ）： 156 - 163 .

WANG Jianxun ， ZHANG Yi ， ZHANG Yan ， et al . Comprehensive prevention and control scheme for voltage sag in modern industrial park ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 14 ）： 156 - 163 .

REED L ， MORGAN M G ， VAISHNAV P ， et al . Converting existing transmission corridors to HVDC is an overlooked option for increasing transmission capacity ［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America ， 2019 ， 116 （ 28 ）： 13879 - 13884 .

卢毓东，谢祥颖，刘周斌，等 . 基于储能电源的配电网末端电压改善方法［J］. 电网与清洁能源， 2019 ， 35 （ 6 ）： 28 - 33 .

LU Yudong ， XIE Xiangying ， LIU Zhoubin ， et al . Improvement of distribution network terminal voltage based on energy storage power source ［J］. Power System and Clean Energy ， 2019 ， 35 （ 6 ）： 28 - 33 .

MAHMOUD K ， ABDEL-NASSER M ， LEHTONEN M . Low-computational voltage-assessment approach considering fine-resolution simulations for distribution systems with photovoltaics ［J］. IEEE Systems Journal ， 2021 ， 15 （ 4 ）： 5321 - 5331 .

周晓华，罗文广，刘胜永，等 . 静止无功补偿器自适应动态规划电压控制方法［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 3 ）： 895 - 900 .

ZHOU Xiaohua ， LUO Wenguang ， LIU Shengyong ， et al . Voltage control method of static var compensator based on adaptive dynamic programming ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 3 ）： 895 - 900 .

JIANG H ， MA S ， ZHENG B ， et al . Application of SVG to mitigate voltage sag in energizing no-load transformer ［C］// The 16th IET International Conference on AC and DC Power Transmission （ACDC 2020）， July 2 - 3 ， 2020 ： 430 - 434 .

张蕊，李铁成，李晓明，等 . 考虑设备动作损耗的配电网分布式电压无功优化［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 24 ）： 31 - 40 .

ZHANG Rui ， LI Tiecheng ， LI Xiaoming ， et al . Distributed optimization for distribution networks volt/var control considering the operation cost of equipment ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 24 ）： 31 - 40 .

孟晓芳，王俊，王英男，等 . 计及分布式电源局部调压能力的10 kV配电网低电压治理方法［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 10 ）： 65 - 72 .

MENG Xiaofang ， WANG Jun ， WANG Yingnan ， et al . Low-voltage control method for 10 kV distribution network considering distributed generation capability of local voltage regulation ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 10 ）： 65 - 72 .

黄大为，王孝泉，于娜，等 . 计及光伏出力不确定性的配电网混合时间尺度无功/电压控制策略［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 17 ）： 4377 - 4389 .

HUANG Dawei ， WANG Xiaoquan ， YU Na ， et al . Hybrid timescale voltage/var control in distribution network considering PV power uncertainty ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 17 ）： 4377 - 4389 .

SHEKHAR A ， KONTOS E ， RAMÍREZ-ELIZONDO L ， et al . Grid capacity and efficiency enhancement by operating medium voltage AC cables as DC links with modular multilevel converters ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2017 ， 93 ： 479 - 493 .

KONG X Y ， ZHANG J W ， ZHOU J Q ， et al . Power and voltage control based on DC offset injection for bipolar low-voltage DC distribution system ［J/OL］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ： 1 - 11 . ［ 2022-08-25 ］. https：//ieeexpolre.ieee.org/document/9861345 https://ieeexpolre.ieee.org/document/9861345 .

ZHANG L ， LIANG J ， TANG W ， et al . Converting AC distribution lines to DC to increase transfer capacities and DG penetration ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 10 （ 2 ）： 1477 - 1487 .

许烽，徐政 . 一种适用于交流线路改造成直流的扩展式双极直流输电结构［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 33 ）： 5827 - 5835 .

XU Feng ， XU Zheng . An extended bipole HVDC structure with three wires for conversion of AC lines to HVDC ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 33 ）： 5827 - 5835 .

XU F ， XU Z ， ZHENG H ， et al . A tripole HVDC system based on modular multilevel converters ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2014 ， 29 （ 4 ）： 1683 - 1691 .

XU F ， XU Z . Modeling and control of extended multiterminal high voltage direct current systems with three-wire bipole structure ［J］. International Transactions on Electrical Energy Systems ， 2015 ， 25 （ 10 ）： 2036 - 2057 .

张哲任，唐英杰，傅春翔 . 面向海上平台轻型化的跟网型中频远海风电场直流送出方案［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 21 ）： 139 - 148 .

ZHANG Zheren ， TANG Yingjie ， FU Chunxiang . HVDC transmission scheme of grid-following medium-frequency distant offshore wind farm for offshore platform miniaturization ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 21 ）： 139 - 148 .

ARTALE G ， CARAVELLO G ， CATALIOTTI A ， et al . A line impedance calculator based on a G3 PLC modem platform ［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ， 2022 ， 71 ： 1 - 10 .

DU J ， WU J D ， WANG R C ， et al . DC power-line communication based on power/signal dual modulation in phase shift full-bridge converters ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2017 ， 32 （ 1 ）： 693 - 702 .

雷二涛，黄华，金莉，等 . 用于电网末端低电压治理的低压交直流切换供电系统设计与分析［J］. 电工电能新技术， 2022 ， 41 （ 8 ）： 1 - 9 .

LEI Ertao ， HUANG Hua ， JIN Li ， et al . Design and analysis of low voltage AC/DC switching distribution network for low-voltage management at the end of power grid ［J］. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy ， 2022 ， 41 （ 8 ）： 1 - 9 .

国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 . 电能质量供电电压偏差： GB/T 12325—2008 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2009 .

General Administration of Quality Supervision ， Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China ， Standardization Administration of the People’s Republic of China . Power quality-deviation of supply voltage ： GB/T 12325—2008 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2009 .

王成山，宋关羽，李鹏，等 . 考虑分布式电源运行特性的有源配电网智能软开关SOP规划方法［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 7 ）： 1889 - 1897 .

WANG Chengshan ， SONG Guanyu ， LI Peng ， et al . Optimal configuration of soft open point for active distribution network considering the characteristics of distributed generation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 7 ）： 1889 - 1897 .

李岩，陈夏，李巍巍，等 . 基于智能软开关与联络开关并联的柔性配电网互联结构与控制技术研究［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 13 ）： 4749 - 4760 .

LI Yan ， CHEN Xia ， LI Weiwei ， et al . Research on interconnection structure and control technology of flexible distribution network based on soft open point in parallel with interconnection switch ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 13 ）： 4749 - 4760 .

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