交直流混合主動配電網(wǎng)規(guī)劃與運行

鄒家陽

（國網(wǎng)金華供電公司，浙江 金華 321000）

隨著電網(wǎng)運行中電力負荷的日益多樣化發(fā)展與電力用戶需求的不斷轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)與當(dāng)前電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)實際需求已經(jīng)不符，傳統(tǒng)配電網(wǎng)供電運行的可靠性、高效性及經(jīng)濟性方面都面臨著巨大挑戰(zhàn)?；诖?，對我國配電網(wǎng)建設(shè)不斷進行優(yōu)、改造與升級，促使自動化、智能化電網(wǎng)建設(shè)，對我國配電網(wǎng)運動的安全性與可靠性具有重要意義。另一方面，由于當(dāng)前電力發(fā)用電技術(shù)的日益多樣化發(fā)展，導(dǎo)致電網(wǎng)工程建設(shè)中交直流電源供電情況也不斷增加，而直流供電電源在交流配電網(wǎng)中的接入應(yīng)用，都需要通過DA/AC以及AC/DC、DC/DC變流器的輔助作用進行相應(yīng)電壓等級的交流配電網(wǎng)接入應(yīng)用，或者是在交直流混合配電網(wǎng)中通過直流微電網(wǎng)組網(wǎng)建設(shè)后，再采用變流器將電源負荷接入交流配電網(wǎng)，完成交直流配電網(wǎng)建設(shè)，為配電網(wǎng)的安全運行提供技術(shù)支撐。該文將對交直流混合主動配電網(wǎng)規(guī)劃的意義進行分析，結(jié)合交直流混合主動配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，對其電網(wǎng)運行的關(guān)鍵技術(shù)進行研究，以供參考。

1 交直流混合主動配電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)的意義分析

在社會經(jīng)濟的快速發(fā)展影響下，在生產(chǎn)與生活中，人類對電力能源的需求也不斷增加，從而推動了電網(wǎng)供電配技術(shù)的研究和發(fā)展。但是，結(jié)合當(dāng)前我國電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)的實際情況，電網(wǎng)建設(shè)的供配電技術(shù)發(fā)展與提升變化仍不能滿足當(dāng)前社會經(jīng)濟環(huán)境條件下電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)技術(shù)需求，表現(xiàn)出配電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)中常規(guī)交流配電技術(shù)水平較低/網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的布局設(shè)計落后/電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計不合理情況突出等，不僅對電網(wǎng)供電運行能力帶來較大的不利影響，而且導(dǎo)致電網(wǎng)運行成本增加，嚴(yán)重制約了我國電力事業(yè)的建設(shè)與發(fā)展。另一方面，當(dāng)前發(fā)電技術(shù)呈多樣化發(fā)展趨勢，直流負荷、直流電源日益增加，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能單元及燃料電池等多數(shù)產(chǎn)生的是直流電。在交流配電中，上述直流源均需通過AC/DC、DC/AC、DC/DC交流其接入相應(yīng)的交流配電網(wǎng)，或現(xiàn)組網(wǎng)為直流微電網(wǎng)再經(jīng)變流器接入交流配電網(wǎng)。此外，在交直流混合配電網(wǎng)中，直流部分不存在同步問題，對交流側(cè)動擾與故障可有效隔離，提高供電的可靠性。因此，針對交直流混合主動配電網(wǎng)規(guī)劃與運行的關(guān)鍵技術(shù)開展研究，以促進我國電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)的不斷發(fā)展，具有十分突出的積極作用和意義。

2 交直流混合主動配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在交流配電網(wǎng)電網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計中，對高壓配電網(wǎng)主要以鏈?zhǔn)健h(huán)網(wǎng)狀以及輻射狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式最為突出；而中壓交流配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式則以雙環(huán)式、多分段適度聯(lián)絡(luò)、單環(huán)式以及輻射狀為主；低壓交流配電網(wǎng)則主要以輻射狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式進行電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計與建設(shè)實施。此外，電網(wǎng)工程中較為常見的10 kV配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計中，根據(jù)其電網(wǎng)的架空網(wǎng)與電纜網(wǎng)具體類型不同，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的具體設(shè)計也存在較大的差異。其中，架空網(wǎng)主要以輻射狀與多分段適度聯(lián)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接線架構(gòu)模式最為常見，而電纜網(wǎng)則以單環(huán)式與雙環(huán)式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為主。在直流配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計中，則以兩端供電型與輻射型、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式為主。輻射型的直流配電網(wǎng)是由不同電壓等級的直流母線來組成電網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡(luò)部分，而分布式與交流式、直流式電源負載需要通過電力電子裝置以及直流母線進行連接，這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)較為簡單，且對控制保護的要求較低，其電網(wǎng)供電可靠性也比較低；直流配電網(wǎng)的兩端供電型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，能夠在電網(wǎng)的一側(cè)電源出現(xiàn)故障情況下，利用聯(lián)絡(luò)開關(guān)的操作實現(xiàn)另一側(cè)電源供電與負荷轉(zhuǎn)換實現(xiàn)，其電網(wǎng)供電運行可靠性相對較高；與上述2種直流配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)形式相比，環(huán)型電網(wǎng)架構(gòu)在電網(wǎng)運行中能夠?qū)收线M行快速定位和隔離實現(xiàn)，并且其電網(wǎng)運行方式和兩端供電型較為相似，電網(wǎng)的供電運行可靠性相對較高。

結(jié)合上述交流配電網(wǎng)與直流配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計類型及特點，在交直流混合配電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計中，其電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求不同進行合理設(shè)置。其中，交直流混合配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式主要包含含柔性直流裝置的交直流混合配電網(wǎng)與含直流網(wǎng)的交直流混合配電網(wǎng)2種。上述第一種在直流電源負荷較小的交直流混合配電網(wǎng)規(guī)劃中具有較好的適用性，第二種則進行具有較高密度的直流負荷接入交直流混合配電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)用較多。此外，含直流網(wǎng)的交直流混合配電網(wǎng)中，其電網(wǎng)線路連接的主要模式則又包含輻射型和多分段適度聯(lián)絡(luò)型等不同模式。而含柔性直流裝置的交直流混合配電網(wǎng)中，根據(jù)其端口數(shù)量不同，對配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)劃分主要包含兩端互聯(lián)以及三端、四端、六端互聯(lián)等不同模式，在具體規(guī)劃應(yīng)用中，需要結(jié)合實際情況進行合理選擇和設(shè)計分析。

3 交直流混合主動配電網(wǎng)運行的關(guān)鍵技術(shù)分析

結(jié)合上述對交直流混合配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行分析，在交直流混合主動配電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)中，對所構(gòu)建的配電網(wǎng)的后期運行管理，其關(guān)鍵技術(shù)主要包含配電網(wǎng)運行調(diào)度與電網(wǎng)運行控制技術(shù)措施等。

3.1 交直流混合主動配電網(wǎng)的運行調(diào)度技術(shù)

在交直流混合配電網(wǎng)的運行調(diào)度管理中，隨著國家智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，對配電網(wǎng)運行的調(diào)度與控制管理要求也不斷提高，而在傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)運行中，由于其電網(wǎng)運行可控性表現(xiàn)較差，但對交直流混合配電網(wǎng)則能夠利用柔性直流換流器進行電網(wǎng)運行的有功與無功功率調(diào)節(jié)，從而對電網(wǎng)運行進行有效調(diào)節(jié)和控制，其電網(wǎng)運行可控性明顯提升，同時導(dǎo)致對電網(wǎng)運行的調(diào)度與控制要求也更高。因此，在進行交直流混合配電網(wǎng)的運行調(diào)度管理中，需要結(jié)合其電網(wǎng)分布式電源與儲能設(shè)備、電網(wǎng)運行的實際負荷特征等，進行綜合考慮與設(shè)計分析。需要注意的是，由于與傳統(tǒng)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與電網(wǎng)運行方式不同，交直流混合配電網(wǎng)的運行調(diào)度方案設(shè)計中，其具體內(nèi)容也存在較大的差別。一般情況下，進行交直流混合配電網(wǎng)的運行調(diào)度方案設(shè)計，可通過對其電網(wǎng)中的柔性互聯(lián)裝置應(yīng)用，來實現(xiàn)電網(wǎng)運行的多區(qū)域之間不同潮流的廣域調(diào)度與管理實現(xiàn)，從而滿足交直流混合配電網(wǎng)的運行調(diào)度需求。圖1為交直流混合配電網(wǎng)運行的分層分布式優(yōu)化調(diào)度技術(shù)方案示意圖。在該電網(wǎng)運行調(diào)度技術(shù)方案設(shè)計中，通過對基于分析目標(biāo)級聯(lián)的分布式優(yōu)化計算分析方法應(yīng)用，對交直流混合配電網(wǎng)運行的優(yōu)化調(diào)度問題，在交流配電網(wǎng)與直流配電網(wǎng)區(qū)域中進行分解以及分別計算分析，從而實現(xiàn)較好的電網(wǎng)運行調(diào)度目標(biāo)方案確定。

圖1 交直流混合配電網(wǎng)運行分層分布式優(yōu)化調(diào)度技術(shù)方案

3.2 交直流混合主動配電網(wǎng)的運行控制技術(shù)

在進行交直流混合配電網(wǎng)的運行協(xié)調(diào)與控制分析中，由于多端柔性直流配電網(wǎng)作為交直流混合配電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)的重要內(nèi)容之一，而對電網(wǎng)運行的有效協(xié)調(diào)與控制方案，在交直流混合配電網(wǎng)穩(wěn)定、可靠供電運行中具有重要的保障和支持作用。其中，在交直流混合配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計中，由于對多端柔性直流配電網(wǎng)的運行協(xié)調(diào)與控制設(shè)計多采用分層設(shè)計方案，通過系統(tǒng)級控制和換流站級控制進行電網(wǎng)運行協(xié)調(diào)和控制實現(xiàn)，而系統(tǒng)級控制在直流電網(wǎng)功率平衡以及電壓穩(wěn)定控制中具有重要的作用和效果，換流站級控制則能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)各換流站對上級運行指令的快速響應(yīng)以及對其運行點進行迅速調(diào)整具有重要影響，因此，對交直流混合配電網(wǎng)的運行協(xié)調(diào)與控制設(shè)計，可通過上述多端柔性直流配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的系統(tǒng)級、換流站級控制和交直流混合配電網(wǎng)運行調(diào)度方案共同結(jié)合，以形成其電網(wǎng)運行的協(xié)調(diào)控制策略。

4 結(jié)語

總之，對交直流混合主動配電網(wǎng)規(guī)劃與運行關(guān)鍵技術(shù)的研究，有利于促進交直流混合配電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)管理技術(shù)發(fā)展和提升，從而促進我國智能電網(wǎng)建設(shè)與電力事業(yè)的進一步發(fā)展，具有十分積極的作用和意義。