直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)研究綜述

李洋

摘要：近年來，配電網(wǎng)“源荷”的直流特征日益明顯，相比于交流配電網(wǎng)，直流配電網(wǎng)更利于光伏等直流電源以及電動(dòng)汽車等直流負(fù)荷的接入。另一方面，城市用電負(fù)荷日益密集，交流配電網(wǎng)面臨線路走廊緊缺、供電容量擴(kuò)展受限的問題，而直流配電網(wǎng)能有效提高供電容量。因此本文就上述論點(diǎn)對直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：直流配電網(wǎng);運(yùn)行控制;關(guān)鍵技術(shù);研究綜述

引言

直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制，難以獲得直網(wǎng)整體安全性測度與工作點(diǎn)安全裕度，不利于實(shí)現(xiàn)直網(wǎng)安全態(tài)勢感知和預(yù)防控制。

1城市能源互聯(lián)網(wǎng)的典型架構(gòu)

城市作為區(qū)域用能中心，具有多能供應(yīng)、多網(wǎng)融合、設(shè)備多樣、場景復(fù)雜、交互頻繁、規(guī)模量大等特征，對能源網(wǎng)絡(luò)的可靠性、安全性、穩(wěn)定性及效率要求較高，存在節(jié)能減排、降低能源消費(fèi)成本的實(shí)際壓力，亟需突破傳統(tǒng)能源供給、傳輸、消費(fèi)的模式，發(fā)展城市能源互聯(lián)網(wǎng)將推動(dòng)城市能源供應(yīng)體系的結(jié)構(gòu)性改革和能源產(chǎn)業(yè)升級。為了支撐城市能源變革，推動(dòng)城市能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，促進(jìn)新能源發(fā)電、直流配電網(wǎng)、多能互補(bǔ)等技術(shù)的示范落地，構(gòu)建面向能源消費(fèi)革命、具有廣泛示范意義的“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源新模式。

1.1基礎(chǔ)物理層

綜合能源網(wǎng)絡(luò)，消費(fèi)側(cè)優(yōu)質(zhì)高效綜合供能為框架，實(shí)現(xiàn)多種能源類型的優(yōu)化互補(bǔ)，支持冷/熱/電三聯(lián)供，支撐從生產(chǎn)到消費(fèi)的全方位、全時(shí)段覆蓋，呈現(xiàn)多元化、綜合性的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)業(yè)態(tài);新型直流配用電網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)新能源和電動(dòng)汽車的靈活接入和高效運(yùn)營，構(gòu)建支持新能源和電動(dòng)汽車即插即用的能源互聯(lián)局域網(wǎng)。

1.2信息數(shù)據(jù)層

實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)、分布式發(fā)電、儲能、用戶用能監(jiān)控云數(shù)據(jù)采集、傳輸和挖掘，為高端應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐，采用智慧能源測控終端，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)，助于預(yù)測與決策，將“業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)向?yàn)椤皵?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”，為需求響應(yīng)、能源運(yùn)營管理、分布式發(fā)電云監(jiān)控提供信息支撐。

1.3應(yīng)用管理層

開展多能流協(xié)同能量管理，提升終端能效;開展用戶雙向互動(dòng)的需求響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)用戶需求響應(yīng)，支持用戶自主的能效管理;為用戶提供多樣化增值服務(wù)，實(shí)現(xiàn)用戶多角色互動(dòng)，創(chuàng)新基于互聯(lián)網(wǎng)思維的能源商業(yè)模式;開展智慧能源運(yùn)營管理，實(shí)現(xiàn)能源靈活自由交易，推動(dòng)建成有效競爭的能源市場零售交易體系。

2直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)

1）電網(wǎng)與主城區(qū)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)較弱;

2）變電站存在主變N-1后過載問題;

3）近年來負(fù)荷增長較快;

4）供電半徑過長，線損較高。因此，通過建設(shè)性直流配電網(wǎng)工程可實(shí)現(xiàn)變電站母線互聯(lián)，極大增加區(qū)內(nèi)電網(wǎng)事故備用容量和負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力，并提高該片區(qū)供電可靠性和供電質(zhì)量，對于優(yōu)化現(xiàn)有電網(wǎng)的運(yùn)行和提高可靠性具有重要意義。當(dāng)前國內(nèi)外性直流配電網(wǎng)研究主要集中在低壓微電網(wǎng)、能源路由器、多換流閥共母線供電等場景，真正從電力系統(tǒng)角度對直技術(shù)的研究十分有限。

工程應(yīng)用存在的主要技術(shù)難題有：

1）缺乏對直流配電網(wǎng)層級、結(jié)構(gòu)、功能的深入研究，系統(tǒng)性能指標(biāo)、接線與參數(shù)選擇、絕緣配合、控保策略等設(shè)計(jì)難題亟待解決;

2）核心功率器件技術(shù)受制于人，關(guān)鍵裝備研發(fā)體系不完善，性能、效率和集成度不高;

3）缺乏有效應(yīng)對慣性低、暫態(tài)特性復(fù)雜、故障隔離困難的技術(shù)手段，以及支撐與交流電網(wǎng)、源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)高效運(yùn)營的控制策略。因此，基于能源互聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)整體功能結(jié)構(gòu)，制定了直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)路線。

需要突破直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制的系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行控制、故障保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)，研制關(guān)鍵設(shè)備，并通過示范應(yīng)用，驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備的可行性和先進(jìn)性，推動(dòng)直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制發(fā)展。

2.1系統(tǒng)規(guī)劃

為解決城市配電系統(tǒng)擴(kuò)容難問題，提高配電利用率，需研究城市直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，能夠支撐多源多荷的高效靈活接入，實(shí)現(xiàn)各分區(qū)潮流靈活可控、負(fù)載率均衡;需綜合考慮最優(yōu)潮流、最小線損、分布式電源充分利用等因素，研究城市直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制源荷優(yōu)化配置方案;需研究適用于城市直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制綜合評估方法。

2.2運(yùn)行控制

直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制需研究城市直流配電網(wǎng)供需靈活接入方法和接口形式，支撐多源多荷的靈活高效接入;需研究城市直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制的潮流優(yōu)化控制算法，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)各分區(qū)潮流靈活可控;需研究城市直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制的多能互補(bǔ)優(yōu)化運(yùn)行算法，支撐多能互補(bǔ)利用;需研究城市直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制的電能質(zhì)量治理方法，保障高品質(zhì)電力供應(yīng)。

2.3故障保護(hù)

直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制的結(jié)構(gòu)多樣，故障特性復(fù)雜，需研究城市直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制的故障機(jī)理及特性，提出城市性直流配電網(wǎng)的故障識別及定位方法，給出城市直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制的保護(hù)分區(qū)及配置方案，以保證其安全可靠運(yùn)行。

2.4關(guān)鍵設(shè)備

直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制關(guān)鍵設(shè)備方面需研制性多端口直流變壓器、中壓多端口直流斷路器、性多端口多狀態(tài)開關(guān)。具體地，需研究其基本原理，提出其關(guān)鍵參數(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和技術(shù)總體方案，進(jìn)而研制其工程樣機(jī)，掌握其系統(tǒng)集成和調(diào)試方法，建立其在不同運(yùn)行工況下的性能與功能測試體系。通過關(guān)鍵設(shè)備研制，提高性直流配電網(wǎng)的電能傳輸與變換效率，提升性直流配電網(wǎng)的故障處理和控制保護(hù)水平，實(shí)現(xiàn)性直流配電網(wǎng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。綜上所述，通過支撐城市能源變革的性直流配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用，解決城市配電系統(tǒng)擴(kuò)容難問題，解決城市配電系統(tǒng)多源多荷的靈活高效接入問題，實(shí)現(xiàn)城市高品質(zhì)高可靠電力供應(yīng)，支撐城市的清潔低碳發(fā)展。

2.5系統(tǒng)運(yùn)行方式

直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制配電網(wǎng)通過3個(gè)換流器與交流系統(tǒng)交換能量;同時(shí)，直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制線路斷開、部分可控設(shè)備退出運(yùn)行都可能導(dǎo)致運(yùn)行方式的改變。對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的運(yùn)行方式進(jìn)行歸納，包括以下5種主要的運(yùn)行模式：

1）三端聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行;

2）雙端手拉手運(yùn)行;

3）雙端隔離供電;

4）單端供電;5）STATCOM。運(yùn)行方式的劃分原則主要是因系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化而引起電力電子設(shè)備控制模式切換的情況。

結(jié)語

直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制為推進(jìn)性直流配電技術(shù)在中國落地、運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并對其他工程設(shè)計(jì)和建設(shè)具有參考價(jià)值和示范效應(yīng)，為能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)而為建設(shè)國際化能源變革城市提供支撐。

參考文獻(xiàn)

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