主動(dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)在光伏高滲透工業(yè)新區(qū)電網(wǎng)的應(yīng)用

郁家麟，肖龍海，江明強(qiáng)，劉繼文，施海峰，方鑫勇

（國(guó)網(wǎng)浙江海寧市供電有限公司，浙江 海寧 314400）

0 引言

近年來，隨著國(guó)家清潔能源政策的推動(dòng)，分布式光伏大量接入配電網(wǎng)，其高滲透率、隨機(jī)波動(dòng)性對(duì)配電網(wǎng)造成廣泛的影響，主要表現(xiàn)在： 改變配電網(wǎng)的電壓水平、提高配電網(wǎng)的短路容量、增加繼電保護(hù)策略的復(fù)雜度、影響網(wǎng)絡(luò)的供電可靠性以及加劇電能質(zhì)量的惡化等[1]。在工業(yè)高新區(qū)中，高精密負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性的要求往往更高，使這一問題更加突出。

傳統(tǒng)主配電網(wǎng)規(guī)劃思路是增加區(qū)域供電能力，包括通過變電站新建或增容擴(kuò)建，線路單輻射網(wǎng)架結(jié)構(gòu)升級(jí)等，通過變壓器有載調(diào)壓、電容器投切、改變開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行電壓與潮流控制。被動(dòng)的傳統(tǒng)改造方式無(wú)法根本上解決配電網(wǎng)中分布式光伏高滲透帶來的影響。

2008 年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）C6 委員會(huì)C6.11 項(xiàng)目組發(fā)表的《主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行與發(fā)展》研究報(bào)告中首次提出主動(dòng)配電網(wǎng)[2]，其基本定義是： 通過靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[3]，利用先進(jìn)的信息、通信以及電力電子技術(shù)，能夠主動(dòng)協(xié)調(diào)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)分布式電源、分布式儲(chǔ)能單元與可控負(fù)荷的關(guān)系，對(duì)局部的分布式能源進(jìn)行主動(dòng)控制和主動(dòng)管理的配電系統(tǒng)。主動(dòng)配電網(wǎng)能有效提升區(qū)域電網(wǎng)分布式電源消納能力[4]，提升配電網(wǎng)資產(chǎn)的利用率、延緩配電網(wǎng)的升級(jí)投資[5]，提高配電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性與供電可靠性，是配電網(wǎng)未來的發(fā)展模式和方向之一[6]。

目前國(guó)際上已廣泛開展主動(dòng)配電網(wǎng)項(xiàng)目研究，但均以交流電網(wǎng)為主[7]。國(guó)內(nèi)也密切跟蹤主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)前沿，廣東、北京、廈門、貴州等地先后開展試點(diǎn)建設(shè)，但對(duì)工業(yè)高新區(qū)光伏高滲透區(qū)域應(yīng)用分析較少。

本文以浙江海寧尖山工業(yè)高新區(qū)配電網(wǎng)為研究對(duì)象，探索柔性互聯(lián)技術(shù)、分布式儲(chǔ)能技術(shù)、交直流混合微電網(wǎng)技術(shù)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制技術(shù)在工業(yè)高新區(qū)光伏高滲透區(qū)域配電網(wǎng)的應(yīng)用模式與實(shí)踐成效，展望主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)在區(qū)域配電網(wǎng)發(fā)展中的應(yīng)用前景。

1 研究對(duì)象與總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 研究對(duì)象的確定

海寧尖山工業(yè)高新區(qū)年最大負(fù)荷約140 MW，工業(yè)負(fù)荷占比85%以上，芯片制造、精密機(jī)械等高精尖產(chǎn)業(yè)密集，負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量、供電可靠性敏感度極高。2016 年起，區(qū)域內(nèi)分布式電源點(diǎn)大量接入，其中分布式光伏電站達(dá)83 座，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)22.48 萬(wàn)kW，已超過區(qū)域內(nèi)單一電源點(diǎn)尖山變電站的主變?nèi)萘?。而區(qū)域內(nèi)采用10 kV 和20 kV 配電網(wǎng)混合供電，聯(lián)絡(luò)水平不足。

海寧尖山工業(yè)高新區(qū)分布式光伏滲透率極高，2017 年日光伏功率滲透率最大值超過100%的達(dá)177 天，給該區(qū)域配電網(wǎng)帶來一系列問題：一是光伏消納不良，變電站主變及大量配電網(wǎng)線路出現(xiàn)功率倒送現(xiàn)象，繼電保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)加大，時(shí)有偶發(fā)性跳閘，供電可靠性保障難度加大。二是分布式光伏出力受天氣條件影響極大，會(huì)引起電壓隨機(jī)性波動(dòng)[8]，低負(fù)荷期間，饋線末端電壓反而高于首端，電壓越上限（1.07 p.u.）情況突出，如圖1 所示。三是分布式光伏裝置引入大量諧波，加之尖山區(qū)域化工、冶金、電子制造等工業(yè)負(fù)荷諧波源，區(qū)域電能質(zhì)量劣化，5 次諧波電壓超標(biāo)嚴(yán)重。四是為實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)無(wú)功平衡，網(wǎng)側(cè)斷路器、電容器頻繁投切帶來了電壓閃變等問題。

圖1 某典型日各時(shí)段尖山20 kV 節(jié)點(diǎn)電壓最大值

鑒于海寧尖山工業(yè)高新區(qū)分布式光伏高滲透的典型特征，考慮高精尖產(chǎn)業(yè)電力敏感負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量、供電可靠性的高需求，在該區(qū)域進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)改造和關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用分析具有重要意義。

1.2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

通過2018—2019 年2 年時(shí)間，應(yīng)用主動(dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)海寧尖山區(qū)域配電網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)改造，探索主動(dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)增加區(qū)域電網(wǎng)分布式能源消納、提高供電可靠性和改善電能質(zhì)量的實(shí)踐效果，總體架構(gòu)如圖2 所示。

通過柔直互聯(lián)和配電自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)分區(qū)安全可控、靈活柔性。

通過電網(wǎng)側(cè)、線路側(cè)、用戶側(cè)儲(chǔ)能促進(jìn)分布式光伏優(yōu)質(zhì)消納。

通過并網(wǎng)側(cè)設(shè)備諧波治理改造、加裝電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)施監(jiān)測(cè)、抑制用戶側(cè)諧波接入。

通過交直流混合微電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、分布式電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能廣泛互聯(lián)、智能互動(dòng)。

通過區(qū)域源網(wǎng)荷儲(chǔ)技術(shù)，提高電網(wǎng)資源配置能力，提升調(diào)控效率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)對(duì)資源的無(wú)時(shí)延調(diào)控。

1.3 工程項(xiàng)目

圖2 海寧尖山主動(dòng)配電網(wǎng)總體架構(gòu)

本文研究基于浙江海寧尖山基于柔性互聯(lián)的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)成果，項(xiàng)目由海寧尖山主動(dòng)配電網(wǎng)柔性互聯(lián)換流站、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制建設(shè)和新能源并網(wǎng)設(shè)備改造3 個(gè)工程構(gòu)成。

2 主動(dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

2.1 柔性互聯(lián)技術(shù)應(yīng)用

在尖山區(qū)域分布式電源高滲透率的情況下，柔性互聯(lián)環(huán)節(jié)通過有功潮流動(dòng)態(tài)調(diào)控，能夠使得饋線負(fù)載分布在計(jì)及分布式光伏出力波動(dòng)的情況下趨向均衡，促進(jìn)分布式電源的就地消納，縮短分布式電源跨區(qū)域傳輸?shù)穆窂?，提高?jīng)濟(jì)性的同時(shí)，有助于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1.1 聯(lián)絡(luò)點(diǎn)選取

基于正常運(yùn)行時(shí)負(fù)載均衡、靜態(tài)安全性、動(dòng)態(tài)無(wú)功電壓穩(wěn)定、供電能力、短路電流水平、供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性7 個(gè)指標(biāo)開展層次分析法，用于分區(qū)柔性電網(wǎng)選址評(píng)估[9]?；诖朔椒?，海寧尖山換流站聯(lián)絡(luò)點(diǎn)選擇尖山變1 號(hào)主變饋線10 kV 鳳凰線和3 號(hào)主變饋線20 kV 富江線，提出了柔性互聯(lián)裝備與配電網(wǎng)供區(qū)深度契合的“靈活雙向互聯(lián)”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3 所示。

2.1.2 柔性直流換流閥拓?fù)溥x取

圖3 柔直換流站接線

適用于柔性直流（以下簡(jiǎn)稱“柔直”）的拓?fù)浒ù?lián)兩電平、功率模塊級(jí)聯(lián)兩電平、三電平、MMC（模塊化多電平）等[10]，MMC 拓?fù)溥€有幾種改進(jìn)型的拓?fù)?，主要是全橋子模塊MMC、半橋子模塊和箝位雙子模塊MMC 等[11]。綜合考慮區(qū)域配電網(wǎng)電壓等級(jí)、可靠性、功率轉(zhuǎn)移效率、占地面積與經(jīng)濟(jì)成本，參考舟山、南澳、廈門等國(guó)內(nèi)已投運(yùn)柔直工程，選擇采用半橋MMC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，器件采用普通封裝IGBT。

2.1.3 關(guān)鍵參數(shù)選取

考慮交流系統(tǒng)配合、絕緣水平、線路輸送容量、電壓波動(dòng)抑制、冗余和經(jīng)濟(jì)性，選取柔直換流裝置關(guān)鍵參數(shù)，如表1 所示。

2.2 分布式儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用

分布式儲(chǔ)能技術(shù)可以使能量的時(shí)空轉(zhuǎn)移和能量流的有序流動(dòng)成為可能，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著調(diào)峰、電壓補(bǔ)償、頻率調(diào)節(jié)、電能質(zhì)量管理等重要作用[12]。在海寧尖山區(qū)域布局分布式儲(chǔ)能裝置，讓多種形式分布式儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，參與分布式光伏消納。

表1 柔直換流裝置關(guān)鍵參數(shù)

2.2.1 電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能

換流站作為聯(lián)絡(luò)尖山區(qū)域配電網(wǎng)的重要樞紐，在換流站建設(shè)儲(chǔ)能裝置，可以實(shí)現(xiàn)換流站兩側(cè)有功在不同時(shí)間尺度上進(jìn)行轉(zhuǎn)移，增加了柔性互聯(lián)的靈活性。工程在換流站±10 kV 直流母線上接入100 kW/200 kW 時(shí)的分布式儲(chǔ)能電站。以充放電效率、空間利用率為主要指標(biāo)，選取磷酸鐵鋰電池作為儲(chǔ)能介質(zhì)。

2.2.2 線路側(cè)儲(chǔ)能

根據(jù)尖山區(qū)域線路潮流分布特點(diǎn)和光伏接入情況，建設(shè)線路級(jí)交流儲(chǔ)能電站選址20 kV 安江線，考慮20 kV 線路功率輸送能力，容量確定為1 MW/2 MWh，直流側(cè)接儲(chǔ)能電池，交流側(cè)接380 V 交流母線，并通過380 V/20 kV 變壓器并網(wǎng)。以經(jīng)濟(jì)性和安全性為重要參考指標(biāo)，兼顧儲(chǔ)能效率，儲(chǔ)能站采用鉛碳電池作為儲(chǔ)能介質(zhì)。

2.2.3 用戶側(cè)儲(chǔ)能

在用戶側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)安裝百千瓦級(jí)儲(chǔ)能裝置，可有效降低分布式電源側(cè)光伏波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響。基于不同技術(shù)，配合并網(wǎng)裝置組成光伏虛擬同步發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能雙向變流器，使分布式電源具有機(jī)械慣量、阻尼、一次調(diào)頻、無(wú)功調(diào)壓等并網(wǎng)運(yùn)行外特性，克服傳統(tǒng)并網(wǎng)逆變器無(wú)慣性給電網(wǎng)帶來的沖擊[13]。

2.3 用戶側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)改造

電力電子設(shè)備大規(guī)模使用后帶來了配電網(wǎng)電能質(zhì)量方面的衍生性問題，經(jīng)過技術(shù)分析，用戶側(cè)并網(wǎng)裝置給電網(wǎng)引入了大量奇次諧波，是尖山區(qū)域電網(wǎng)電能質(zhì)量較差的元兇之一。電網(wǎng)側(cè)和光伏電站出口處的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)采集不夠全面，為相關(guān)電能質(zhì)量分析和治理帶來困難。

2.3.1 并網(wǎng)逆變調(diào)控一體機(jī)

對(duì)尖山重要光伏并網(wǎng)用戶進(jìn)行并網(wǎng)裝置改造，采用并網(wǎng)逆變調(diào)控一體機(jī)，該裝置在實(shí)現(xiàn)電能變換的同時(shí)，具備公共耦合點(diǎn)電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，確保公共耦合點(diǎn)電壓穩(wěn)定，保障用戶供電質(zhì)量；具有主動(dòng)諧波抑制功能，可代替部分有源濾波器抑制并網(wǎng)點(diǎn)諧波。此外，具有接受上級(jí)調(diào)度功能，按照上級(jí)控制指令發(fā)出/吸收無(wú)功功率，對(duì)配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)起到支撐作用。

2.3.2 全場(chǎng)景電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)治理

建成全場(chǎng)景電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系，范圍涉及電網(wǎng)變電站、饋線、用電客戶、發(fā)電客戶，建設(shè)衛(wèi)星對(duì)時(shí)體系，可實(shí)現(xiàn)諧波源責(zé)任量化分析。選擇中低壓光伏并網(wǎng)點(diǎn)，目前已安裝電源電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)治理裝置67 臺(tái)，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)諧波監(jiān)測(cè)與治理。

2.4 交直流混合微電網(wǎng)技術(shù)研究

針對(duì)配電網(wǎng)供需平衡問題，探索用戶側(cè)資源主動(dòng)響應(yīng)配電網(wǎng)需求規(guī)律，從負(fù)荷特性、關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備研發(fā)、應(yīng)用驗(yàn)證等方面出發(fā)，試點(diǎn)建設(shè)低壓交直流混合微電網(wǎng)。

通過研究分布式電源、儲(chǔ)能、柔性負(fù)荷運(yùn)行特性，分析需求側(cè)響應(yīng)規(guī)律，為探索用戶主動(dòng)響應(yīng)激勵(lì)機(jī)制，制定需求側(cè)響應(yīng)策略提供大量理論實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2.4.1 多端口電力能量路由器

基于第四代碳化硅電力電子元件[14]，首次研制并示范應(yīng)用能量路由器2 套，開關(guān)頻率提高至20 kHz，采用ISOP（輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)型）結(jié)構(gòu)，高壓側(cè)采用±10 kV 直流端口，低壓側(cè)采用±375 V直流、380 V 交流、直流通用端口，所有端口具備雙向功率控制能力，是交直流混合微電網(wǎng)能量交換中心。

針對(duì)碳化硅器件斷路承受能力弱，驅(qū)動(dòng)響應(yīng)時(shí)間短的難題，提出了“電流積分檢測(cè)”加“退飽和檢測(cè)”雙重判據(jù)層級(jí)配合驅(qū)動(dòng)保護(hù)技術(shù)，避免了碳化硅快速開關(guān)震蕩導(dǎo)致的誤檢測(cè)。

2.4.2 多元負(fù)荷拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)

建設(shè)100 kW/150 kWh 直流儲(chǔ)能和47.9 kW屋頂光伏直接接入直流通用端口，100 kW/200 kWh 交流儲(chǔ)能接入380 V 交流饋線，4 個(gè)60 kW雙向快速充電樁接入±375 V 直流饋線，接入尖山體育館空調(diào)、照明負(fù)荷，并預(yù)留380 V 安保電源通用接口1 個(gè)，能夠適應(yīng)分布式能源、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能、交流負(fù)荷等多元負(fù)荷接入。

2.4.3 微電網(wǎng)運(yùn)行模式

微電網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)交直流系統(tǒng)故障的快速隔離，能夠按正常、孤網(wǎng)、安保3 種運(yùn)行模式自動(dòng)切換。正常模式下，微電網(wǎng)通過換流站±10 kV 直流母線提供功率。孤網(wǎng)模式下，微電網(wǎng)中斷與高壓直流系統(tǒng)間的功率交換，通過屋頂光伏電站、交直流儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)短期離網(wǎng)運(yùn)行。安保模式下，接入380 V 安保電源，通過能量路由器實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)部功率交換，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)長(zhǎng)期穩(wěn)定離網(wǎng)運(yùn)行。

2.5 源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制技術(shù)應(yīng)用

基于換流站、分布式光伏并網(wǎng)設(shè)備、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)治理裝置、分布式儲(chǔ)能等可控的源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)側(cè)設(shè)備，建立高效的協(xié)調(diào)控制機(jī)制。

2.5.1 總體架構(gòu)

主動(dòng)配電網(wǎng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制采用分層分級(jí)的控制模式，即集中決策層、分布控制層、設(shè)備層3 層架構(gòu)。

設(shè)備層包括采集終端和分布式電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能控制器等；分布控制層實(shí)現(xiàn)與就地信息采集與控制層設(shè)備之間雙向信息傳遞；集中決策層根據(jù)整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)分析并合理調(diào)度配電網(wǎng)系統(tǒng)中的可控資源。

2.5.2 數(shù)據(jù)采集與挖掘

從智能監(jiān)測(cè)終端、調(diào)度自動(dòng)化、配電自動(dòng)化、營(yíng)銷管理系統(tǒng)中獲取分布式電源、負(fù)荷、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)、氣象因素等數(shù)據(jù)，建立與柔直換流站、儲(chǔ)能站、交直流微電網(wǎng)通信連接并獲取其運(yùn)行信息，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘、聚類分析等理論，對(duì)多時(shí)間尺度的多源測(cè)量信息進(jìn)行清洗、分類、聚合，剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，并進(jìn)行信息融合和深度分析。

2.5.3 分布式發(fā)電預(yù)測(cè)與負(fù)荷預(yù)測(cè)

采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法建立多模塊協(xié)作的分布式光伏發(fā)電預(yù)測(cè)模型，如圖4 所示，可實(shí)現(xiàn)超短期和短期的光伏功率預(yù)測(cè)。超短期光伏功率預(yù)測(cè)提供未來0～4 h，時(shí)間分辨為15 min 的預(yù)測(cè)結(jié)果。

以溫度、濕度、日類型為影響因素，構(gòu)建用于中期負(fù)荷預(yù)測(cè)的動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。

圖4 光伏發(fā)電預(yù)測(cè)流程

2.5.4 協(xié)調(diào)控制策略

面向多種可調(diào)資源，以最大化分布式能源消納、電能質(zhì)量、可靠性為主要指標(biāo)，分析配電網(wǎng)實(shí)時(shí)態(tài)、未來態(tài)，開展負(fù)荷預(yù)測(cè)、發(fā)電預(yù)測(cè)和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，建立多時(shí)間尺度、多目標(biāo)數(shù)學(xué)模型，如圖5 所示。精細(xì)化管理區(qū)域內(nèi)換流站、儲(chǔ)能、光伏、電能質(zhì)量治理裝置等可控資源，實(shí)現(xiàn)區(qū)域主動(dòng)配電網(wǎng)有功、無(wú)功協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。

3 影響與分析

從實(shí)踐成效層面，按分布式光伏消納、電能質(zhì)量、供電可靠性3 個(gè)重要方面，對(duì)尖山主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用后產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。

3.1 對(duì)分布式能源消納的影響

3.1.1 按配電線路分析

以110 kV 尖山變10 kV 鳳凰線為例，選取2018 年和2019 年2 個(gè)天氣、負(fù)荷狀況基本一致的典型日進(jìn)行有功潮流分析，如圖6 所示。通過柔直控制和儲(chǔ)能，光伏出力變化引起的潮流波動(dòng)明顯被抑制。

3.1.2 按主變分析

以110 kV 尖山變3 號(hào)主變高壓側(cè)為例，選取2018 年和2019 年典型周進(jìn)行有功潮流分析，如圖7 所示。尖山變3 號(hào)主變?nèi)杂泄β实顾同F(xiàn)象，但無(wú)論從倒送時(shí)長(zhǎng)、頻次還是倒送功率絕對(duì)值看，相較去年同期都有明顯改善。

3.1.3 對(duì)分布式能源消納影響小結(jié)

主動(dòng)配電網(wǎng)通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、協(xié)調(diào)光儲(chǔ)配合，促進(jìn)解決分布式光伏平衡消納問題，實(shí)現(xiàn)分布式能源“高吸收、低損耗”的優(yōu)質(zhì)消納。

圖5 多時(shí)間尺度多目標(biāo)優(yōu)化模型

圖6 2018 年、2019 年典型日鳳凰線有功波形

圖7 2018 年、2019 年典型周尖山變3 號(hào)主變有功波形

其中，柔性互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同供區(qū)配電網(wǎng)雙向潮流主動(dòng)控制，提供實(shí)時(shí)精細(xì)潮流優(yōu)化能力，提高分布式電源的消納能力。電網(wǎng)、線路、用戶三側(cè)分布式儲(chǔ)能布局，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)分布式光伏就近消納，有效平滑光伏出力，達(dá)到“削峰填谷”的目的，緩解了線路及主變功率倒送的問題。

3.2 對(duì)區(qū)域配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

3.2.1 對(duì)總諧波的影響

以20 kV 富江線潮韻苑小區(qū)2 號(hào)箱變3 相電壓為例，取主動(dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用前后各10天進(jìn)行諧波電壓總畸變率分析，如圖8 所示?？梢娭鲃?dòng)配電網(wǎng)的建成對(duì)諧波電壓有良好的抑制效果。

圖8 潮韻苑小區(qū)2 號(hào)箱變諧波電壓總畸變率95%值

3.2.2 對(duì)奇次諧波的影響

以20 kV 富江線潮韻苑小區(qū)2 號(hào)箱變?yōu)槔≈鲃?dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用前后各10 天進(jìn)行奇次諧波電壓含有變率分析，如圖9 所示?？梢娭鲃?dòng)配電網(wǎng)的建成對(duì)奇次諧波電壓有良好的抑制效果。

圖9 潮韻苑小區(qū)2 號(hào)箱變奇次諧波電壓含有率95%值

3.2.3 對(duì)偶次諧波的影響

以20 kV 富江線潮韻苑小區(qū)2 號(hào)箱變?yōu)槔?，取主?dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用前后各10 天進(jìn)行偶次諧波電壓含有變率分析，如圖10 所示。可見主動(dòng)配電網(wǎng)的建成對(duì)偶次諧波電壓含有變率抑制效果不明顯。

圖10 潮韻苑小區(qū)2 號(hào)箱變偶次諧波電壓含有率95%值

3.2.4 對(duì)區(qū)域配電網(wǎng)電能質(zhì)量影響小結(jié)

通過數(shù)據(jù)分析，尖山主動(dòng)配電網(wǎng)對(duì)諧波電壓總畸變率、奇次電壓諧波含有率均有明顯抑制效果，對(duì)偶次諧波影響不大，主要得益于對(duì)用戶并網(wǎng)側(cè)裝置改造和諧波治理裝置新裝，實(shí)現(xiàn)諧波就近治理，有效抑制諧波源。

此外，柔性互聯(lián)技術(shù)、分布式儲(chǔ)能提供快速精準(zhǔn)的無(wú)功補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)區(qū)域間電壓平衡，緩解局部電壓越限問題，并減少了電容器、開關(guān)頻繁投切帶來的電壓閃變問題。

3.3 對(duì)供電可靠性的影響

3.3.1 跳閘分析

以2018 年、2019 年第三季度尖山變?yōu)槔?，?duì)線路跳閘數(shù)量進(jìn)行分析，如表2 所示。尖山變線路跳閘數(shù)量明顯減少，且主要表現(xiàn)在重合閘成功的線路上。

表2 2018 年、2019 年第三季度尖山變線路跳閘統(tǒng)計(jì)

主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用有效降低了繼電保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，其中柔性互聯(lián)技術(shù)、分布式儲(chǔ)能技術(shù)減少了光伏功率倒送問題引起的無(wú)方向保護(hù)誤動(dòng)，諧波治理使尖山區(qū)域電網(wǎng)諧波超標(biāo)現(xiàn)象有所改善，減少了諧波超標(biāo)引起的保護(hù)裝置誤動(dòng)。

3.3.2 總體分析

尖山主動(dòng)配電網(wǎng)通過運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估，主動(dòng)控制潮流方向，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)供電可靠性顯著提升。

電能質(zhì)量全方位監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)諧波實(shí)時(shí)分析與諧波源定位，為分析偶發(fā)性跳閘與負(fù)荷性質(zhì)以及分布式光伏的關(guān)聯(lián)性提供了數(shù)據(jù)支撐。柔性換流站實(shí)現(xiàn)了不同電壓等級(jí)配電線路合環(huán)運(yùn)行，解決了尖山地區(qū)10 kV 與20 kV 混合配電網(wǎng)難題，有效提高供區(qū)互濟(jì)能力。分布式儲(chǔ)能站為局部微電網(wǎng)應(yīng)急啟動(dòng)及離網(wǎng)運(yùn)行提供電源支撐，促進(jìn)了光伏就近消納，可以有效避免線路、主變功率倒送，降低了保護(hù)自動(dòng)裝置誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

4 應(yīng)用前景展望

4.1 交直流混合配電網(wǎng)自愈研究

主動(dòng)配電網(wǎng)融合變電站、換流站、分布式發(fā)電、分布式儲(chǔ)能等交直流多源混合配電網(wǎng)，對(duì)故障判斷和供電恢復(fù)提出了更高要求。基于GOOSE（面向?qū)ο笞冸娬臼录┑呐潆娋W(wǎng)智能分布式饋線自動(dòng)化快速自愈技術(shù)已在全國(guó)多個(gè)重點(diǎn)工程應(yīng)用[15]，但缺少在更加復(fù)雜的交直流多源混合配電網(wǎng)中的應(yīng)用研究。借助柔性直流系統(tǒng)故障穿越能力，通過配電網(wǎng)設(shè)備高速信息交互，判斷故障類型和位置，迅速隔離故障，實(shí)現(xiàn)周波級(jí)甚至毫秒級(jí)配電網(wǎng)自愈，將成為主動(dòng)配電網(wǎng)在區(qū)域配網(wǎng)應(yīng)用研究的重點(diǎn)課題之一。

4.2 變電站級(jí)化學(xué)儲(chǔ)能電站應(yīng)用

線路級(jí)、用戶級(jí)分布式儲(chǔ)能可有效參與電網(wǎng)電壓、頻率調(diào)節(jié)，但儲(chǔ)能規(guī)模有限，分布點(diǎn)不多，雖能平滑區(qū)域光伏出力，仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)高密度分布式光伏接入?yún)^(qū)域的光伏百分百就地消納。江蘇鎮(zhèn)江建成投運(yùn)101 MW/202 MWh 的儲(chǔ)能電站，是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的在運(yùn)電池儲(chǔ)能電站項(xiàng)目[16]。在新能源發(fā)電富集區(qū)域電網(wǎng)中，對(duì)電池儲(chǔ)能的容量要求達(dá)到數(shù)十兆瓦以上，甚至達(dá)百兆瓦以上[17]。如何將變電站級(jí)儲(chǔ)能電站應(yīng)用在工業(yè)新區(qū)區(qū)域主動(dòng)配電網(wǎng)中，發(fā)揮其區(qū)域功率、能量協(xié)調(diào)控制主動(dòng)平衡，是下階段主動(dòng)配電網(wǎng)實(shí)踐探索的重點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

在工業(yè)高新區(qū)分布式光伏滲透率較高的區(qū)域電網(wǎng)中建設(shè)主動(dòng)配電網(wǎng)，應(yīng)用柔性互聯(lián)、分布式儲(chǔ)能、交直流混合微電網(wǎng)、網(wǎng)源荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制等關(guān)鍵技術(shù)，能夠優(yōu)化區(qū)域配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，縮短潮流流動(dòng)距離，降低配電網(wǎng)線路損耗，緩解配電網(wǎng)線路與主變功率倒送問題，提升分布式光伏消納能力，有效改善電壓越限、諧波超標(biāo)等電能質(zhì)量問題，提升供電可靠性。

主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用對(duì)于高度敏感的高新產(chǎn)業(yè)電力負(fù)荷具有重要意義，在光伏高滲透工業(yè)新區(qū)配電網(wǎng)升級(jí)改造中具有良好的實(shí)踐效果和推廣價(jià)值，同時(shí)，配電網(wǎng)快速主動(dòng)自愈、區(qū)域配網(wǎng)光伏全消納儲(chǔ)能布局等將成為主動(dòng)配電網(wǎng)在區(qū)域配電網(wǎng)的重要應(yīng)用和研究方向。