交直流混合主动配电网规划与运行

2020-06-19邹家阳

中国新技术新产品 2020年6期

邹家阳

（国网金华供电公司，浙江金华 321000）

随着电网运行中电力负荷的日益多样化发展与电力用户需求的不断转变，传统配电网规划与建设与当前电网规划与建设实际需求已经不符，传统配电网供电运行的可靠性、高效性及经济性方面都面临着巨大挑战。基于此，对我国配电网建设不断进行优、改造与升级，促使自动化、智能化电网建设，对我国配电网运动的安全性与可靠性具有重要意义。另一方面，由于当前电力发用电技术的日益多样化发展，导致电网工程建设中交直流电源供电情况也不断增加，而直流供电电源在交流配电网中的接入应用，都需要通过DA/AC以及AC/DC、DC/DC变流器的辅助作用进行相应电压等级的交流配电网接入应用，或者是在交直流混合配电网中通过直流微电网组网建设后，再采用变流器将电源负荷接入交流配电网，完成交直流配电网建设，为配电网的安全运行提供技术支撑。该文将对交直流混合主动配电网规划的意义进行分析，结合交直流混合主动配电网的网络架构，对其电网运行的关键技术进行研究，以供参考。

1 交直流混合主动配电网规划与建设的意义分析

在社会经济的快速发展影响下，在生产与生活中，人类对电力能源的需求也不断增加，从而推动了电网供电配技术的研究和发展。但是，结合当前我国电网规划与建设的实际情况，电网建设的供配电技术发展与提升变化仍不能满足当前社会经济环境条件下电网规划与建设技术需求，表现出配电网规划与建设中常规交流配电技术水平较低/网络架构的布局设计落后/电网规划与设计不合理情况突出等，不仅对电网供电运行能力带来较大的不利影响，而且导致电网运行成本增加，严重制约了我国电力事业的建设与发展。另一方面，当前发电技术呈多样化发展趋势，直流负荷、直流电源日益增加，风力发电、光伏发电、储能单元及燃料电池等多数产生的是直流电。在交流配电中，上述直流源均需通过AC/DC、DC/AC、DC/DC交流其接入相应的交流配电网，或现组网为直流微电网再经变流器接入交流配电网。此外，在交直流混合配电网中，直流部分不存在同步问题，对交流侧动扰与故障可有效隔离，提高供电的可靠性。因此，针对交直流混合主动配电网规划与运行的关键技术开展研究，以促进我国电网规划与建设的不断发展，具有十分突出的积极作用和意义。

2 交直流混合主动配电网的网络架构

在交流配电网电网架构设计中，对高压配电网主要以链式、环网状以及辐射状网络结构形式最为突出；而中压交流配电网的网络结构形式则以双环式、多分段适度联络、单环式以及辐射状为主；低压交流配电网则主要以辐射状的网络结构形式进行电网规划设计与建设实施。此外，电网工程中较为常见的10 kV配电网网络架构设计中，根据其电网的架空网与电缆网具体类型不同，网络架构的具体设计也存在较大的差异。其中，架空网主要以辐射状与多分段适度联络网络接线架构模式最为常见，而电缆网则以单环式与双环式网络架构为主。在直流配电网的网络架构设计中，则以两端供电型与辐射型、环型网络结构形式为主。辐射型的直流配电网是由不同电压等级的直流母线来组成电网的骨干网络部分，而分布式与交流式、直流式电源负载需要通过电力电子装置以及直流母线进行连接，这种网络架构的整体结构较为简单，且对控制保护的要求较低，其电网供电可靠性也比较低；直流配电网的两端供电型网络架构中，能够在电网的一侧电源出现故障情况下，利用联络开关的操作实现另一侧电源供电与负荷转换实现，其电网供电运行可靠性相对较高；与上述2种直流配电网的网络架构形式相比，环型电网架构在电网运行中能够对故障进行快速定位和隔离实现，并且其电网运行方式和两端供电型较为相似，电网的供电运行可靠性相对较高。

结合上述交流配电网与直流配电网网络架构设计类型及特点，在交直流混合配电网规划与设计中，其电网的网络架构应根据具体应用需求不同进行合理设置。其中，交直流混合配电网的网络结构形式主要包含含柔性直流装置的交直流混合配电网与含直流网的交直流混合配电网2种。上述第一种在直流电源负荷较小的交直流混合配电网规划中具有较好的适用性，第二种则进行具有较高密度的直流负荷接入交直流混合配电网规划中应用较多。此外，含直流网的交直流混合配电网中，其电网线路连接的主要模式则又包含辐射型和多分段适度联络型等不同模式。而含柔性直流装置的交直流混合配电网中，根据其端口数量不同，对配电网的网络架构划分主要包含两端互联以及三端、四端、六端互联等不同模式，在具体规划应用中，需要结合实际情况进行合理选择和设计分析。

3 交直流混合主动配电网运行的关键技术分析

结合上述对交直流混合配电网的网络架构进行分析，在交直流混合主动配电网规划与建设中，对所构建的配电网的后期运行管理，其关键技术主要包含配电网运行调度与电网运行控制技术措施等。

3.1 交直流混合主动配电网的运行调度技术

在交直流混合配电网的运行调度管理中，随着国家智能电网建设的不断发展，对配电网运行的调度与控制管理要求也不断提高，而在传统交流配电网运行中，由于其电网运行可控性表现较差，但对交直流混合配电网则能够利用柔性直流换流器进行电网运行的有功与无功功率调节，从而对电网运行进行有效调节和控制，其电网运行可控性明显提升，同时导致对电网运行的调度与控制要求也更高。因此，在进行交直流混合配电网的运行调度管理中，需要结合其电网分布式电源与储能设备、电网运行的实际负荷特征等，进行综合考虑与设计分析。需要注意的是，由于与传统配电网的网络架构与电网运行方式不同，交直流混合配电网的运行调度方案设计中，其具体内容也存在较大的差别。一般情况下，进行交直流混合配电网的运行调度方案设计，可通过对其电网中的柔性互联装置应用，来实现电网运行的多区域之间不同潮流的广域调度与管理实现，从而满足交直流混合配电网的运行调度需求。图1为交直流混合配电网运行的分层分布式优化调度技术方案示意图。在该电网运行调度技术方案设计中，通过对基于分析目标级联的分布式优化计算分析方法应用，对交直流混合配电网运行的优化调度问题，在交流配电网与直流配电网区域中进行分解以及分别计算分析，从而实现较好的电网运行调度目标方案确定。

图1 交直流混合配电网运行分层分布式优化调度技术方案

3.2 交直流混合主动配电网的运行控制技术

在进行交直流混合配电网的运行协调与控制分析中，由于多端柔性直流配电网作为交直流混合配电网规划与建设的重要内容之一，而对电网运行的有效协调与控制方案，在交直流混合配电网稳定、可靠供电运行中具有重要的保障和支持作用。其中，在交直流混合配电网规划设计中，由于对多端柔性直流配电网的运行协调与控制设计多采用分层设计方案，通过系统级控制和换流站级控制进行电网运行协调和控制实现，而系统级控制在直流电网功率平衡以及电压稳定控制中具有重要的作用和效果，换流站级控制则能够对配电网各换流站对上级运行指令的快速响应以及对其运行点进行迅速调整具有重要影响，因此，对交直流混合配电网的运行协调与控制设计，可通过上述多端柔性直流配电网协调控制的系统级、换流站级控制和交直流混合配电网运行调度方案共同结合，以形成其电网运行的协调控制策略。