交直流變配電技術(shù)的分析及構(gòu)建研究

林柳清

（廈門億圖智信息科技有限公司）

0 引言

隨著當(dāng)前配電技術(shù)水平的不斷提升，我國電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及可靠性有了更好的保障，而交直流變配電技術(shù)的應(yīng)用在其中起到關(guān)鍵性作用，對(duì)于現(xiàn)代電網(wǎng)事業(yè)發(fā)展有著重要意義。因此，加強(qiáng)對(duì)于交直流變配電技術(shù)的分析以及構(gòu)建研究是十分有必要的。以下結(jié)合實(shí)際對(duì)交直流變配電技術(shù)及其應(yīng)用要點(diǎn)和應(yīng)用策略展開詳細(xì)探討。

1 工程概況

本文以某地區(qū)新型電力系統(tǒng)構(gòu)建項(xiàng)目為例。案例工程項(xiàng)目所在區(qū)域以互聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)企業(yè)為主，包括分布式電源、電動(dòng)汽車等各種新型電源，而且整體負(fù)荷較大，不僅包括普通交流負(fù)荷，還具有大量直流負(fù)荷，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性要求較高。對(duì)此，在項(xiàng)目區(qū)域擬建交直流混合配電網(wǎng)。項(xiàng)目所在園區(qū)負(fù)荷預(yù)測詳細(xì)情況如下表所示。

表 項(xiàng)目所在園區(qū)負(fù)荷預(yù)測詳細(xì)情況

2 交直流變配電技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)技術(shù)應(yīng)用提出了更高的要求，隨著對(duì)技術(shù)研究的不斷深入以及實(shí)踐應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，明確交直流變配電技術(shù)構(gòu)建過程中，其應(yīng)用的關(guān)鍵要點(diǎn)在于電網(wǎng)架構(gòu)的構(gòu)建、直流母線的布置以及電源設(shè)備接入三個(gè)方面。

2.1 供電網(wǎng)架構(gòu)的構(gòu)建

結(jié)合案例項(xiàng)目實(shí)際情況，具有分布式電源特點(diǎn)，因此在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，其發(fā)電具有較強(qiáng)的隨意性，為保障變配電體系電能運(yùn)輸質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)供電網(wǎng)架構(gòu)構(gòu)建的重視和研究。對(duì)此，應(yīng)在實(shí)際構(gòu)建網(wǎng)架時(shí)，基于AC/DC 接口，借助交流網(wǎng)絡(luò)，以此保障電網(wǎng)運(yùn)行功率以及電壓供應(yīng)的有效性。供電網(wǎng)架構(gòu)生成時(shí)，會(huì)形成多種配電模式，但在交直流源的能量互聯(lián)作用之下，電網(wǎng)的供電質(zhì)量有了極大的提升和保障[1]。電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過程中，整體結(jié)構(gòu)運(yùn)行情況相對(duì)更為穩(wěn)定，內(nèi)部能源的協(xié)調(diào)性更強(qiáng)。除此之外，應(yīng)用交直流變配電技術(shù)的過程中，構(gòu)建負(fù)載空間體系，形成兩端供電拓?fù)?，以此能夠更好地保障電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量和效率，確保其滿足實(shí)際運(yùn)行需求。

2.2 直流母線結(jié)構(gòu)布置

直流母線結(jié)構(gòu)布置是交直流變配電技術(shù)應(yīng)用過程中的要點(diǎn)內(nèi)容，直接影響著技術(shù)應(yīng)用效果，關(guān)乎著電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。對(duì)此，在實(shí)際布置直流母線的過程中，應(yīng)著重加強(qiáng)對(duì)于以下幾個(gè)方面的重視：

1）采取單雙極母線布置形式，單極母線結(jié)構(gòu)以及雙極母線結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 直流母線結(jié)構(gòu)

2）其中單極母線結(jié)構(gòu)形式的主要特點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、操作便利，而且成本相對(duì)較低，但該結(jié)構(gòu)也存在供電不穩(wěn)的特點(diǎn)，而且與案例工程項(xiàng)目之間的適應(yīng)性也難以得到良好保障。

3）相比之下，雙極母線結(jié)構(gòu)形式的主要特點(diǎn)在于穩(wěn)定性更好，冗余度較高，也是當(dāng)前交直流變配電技術(shù)構(gòu)建過程中的常用形式，可有效保障電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，并確保不同設(shè)備的供電需求得到更好的滿足，促使直流母線結(jié)構(gòu)布置更加合理，使用效果更好。

2.3 電源設(shè)備接入設(shè)計(jì)

交直流變配電技術(shù)對(duì)電源和設(shè)備的接入方式要求相對(duì)更高，不同接入方式下，電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性可能會(huì)受到一定影響，因此，確保電源設(shè)備接入科學(xué)、合理，對(duì)于交直流變配電技術(shù)的運(yùn)用而言是十分重要的。經(jīng)過多年的研究以及實(shí)踐運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)可知，在配電網(wǎng)當(dāng)中，采用雙向AC/AD 裝置展開直流母線的接入設(shè)計(jì)，能夠更好地保障電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而且這種接入方式下，當(dāng)關(guān)斷后，交直流配電也會(huì)處于游離狀態(tài)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的有效保護(hù)。在實(shí)際展開電源和設(shè)備的接入設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)加強(qiáng)重視以下兩個(gè)方面：

1）應(yīng)確保分布式接入設(shè)計(jì)的合理性以及科學(xué)性，確保電壓穩(wěn)定，保障接入母線運(yùn)行質(zhì)量效果；

2）借助交直流變配電技術(shù)優(yōu)勢(shì)，促使直流負(fù)荷情況下，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式結(jié)構(gòu)的吸納和科學(xué)構(gòu)建，通過快速放電性質(zhì)，避免出現(xiàn)直流母線電壓突變情況，確保電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、安全[2]。

3 交直流變配電構(gòu)建策略分析

3.1 建設(shè)模式

根據(jù)案例工程實(shí)際情況以及應(yīng)用場景，其電源以及負(fù)荷存在多元化特點(diǎn)，對(duì)此，在實(shí)際應(yīng)用交直流變配電技術(shù)構(gòu)建電網(wǎng)的過程中，將電力電子變壓器作為核心設(shè)備，以開關(guān)站為主要媒介，展開電網(wǎng)建設(shè)。此外，還運(yùn)用換流器、變換器等相關(guān)功能，通過多模塊的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了多端口潮流的有效控制，其交直流變配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況如圖2 所示。

圖2 建設(shè)方案

由圖2 可知，電力電子變壓器主要包括整流級(jí)、隔離級(jí)以及逆變級(jí)三個(gè)層級(jí)，以直流和交流斷路器為媒介，將光伏電站、110kV 變電站、開關(guān)站、換流器以及其他負(fù)荷等連接在一起。其中，10kV 交流側(cè)和直流側(cè)的整流是通過模塊化多電平交換器實(shí)現(xiàn)的；10kV 直流側(cè)和750V 直流側(cè)則是借助變換器完成電壓變換以及故障隔離的；750V 直流側(cè)與380V 交流側(cè)則采用的是模塊化變換器完成逆變的。在接線方面，10kV 交流側(cè)與城市配電網(wǎng)相連；與110kV 變電站以及開關(guān)站，則是通過環(huán)進(jìn)環(huán)出的形式連接的，形成單環(huán)結(jié)構(gòu)；10kV 直流側(cè)則直接與光伏電站相連接，也可通過換流器與其他交流網(wǎng)絡(luò)相連；750V 直流側(cè)則與園區(qū)內(nèi)充電站以及其他直流負(fù)荷相連，為其供電；380V 交流側(cè)直接負(fù)責(zé)承擔(dān)園區(qū)交流負(fù)荷。

3.2 電網(wǎng)控制

為保障電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，確保電網(wǎng)控制科學(xué)有效是十分重要的，對(duì)此，在實(shí)際運(yùn)用交直流變配電技術(shù)的過程中，應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)層級(jí)合理針對(duì)不同層級(jí)特點(diǎn)以及情況采取有效控制措施，以此保障電網(wǎng)構(gòu)建的質(zhì)量和效果。結(jié)合案例工程實(shí)際情況和技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)，變配電網(wǎng)層級(jí)控制要點(diǎn)如下：

1）針對(duì)大電網(wǎng)層級(jí)的控制，需結(jié)合該層級(jí)的主要功能展開，該層級(jí)主要負(fù)責(zé)電網(wǎng)能量運(yùn)輸，同時(shí)還需要確保能量傳輸?shù)膮f(xié)調(diào)性，以此確保變配電網(wǎng)功率和電壓的穩(wěn)定性以及可控性。

2）直流配電網(wǎng)層級(jí)的控制的重點(diǎn)為當(dāng)系統(tǒng)在隔離網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，應(yīng)確保變配電網(wǎng)整體電流以及電壓穩(wěn)定，簡而言之，就是當(dāng)出現(xiàn)故障問題時(shí)，部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會(huì)自動(dòng)關(guān)斷，此時(shí)通過對(duì)直流配電網(wǎng)層級(jí)的有效控制，確保變配電網(wǎng)仍然處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)之下[3]。

3）變流設(shè)備的控制，交直流變配電技術(shù)的運(yùn)用之下，需要在電網(wǎng)當(dāng)中接入變流裝置，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行正常時(shí)，采取相應(yīng)電壓控制方式，保障直流網(wǎng)電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，并在變流裝置的協(xié)調(diào)控制作用下，確保電網(wǎng)配置合理，以此保障供電質(zhì)量。

4）換流閥控制層級(jí)，換流閥在整個(gè)變配電系統(tǒng)當(dāng)中具有維持電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定的重要作用，通過對(duì)換流閥的有效控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)恒壓的調(diào)控，以此確保最大功率點(diǎn)滿足電網(wǎng)運(yùn)行需求，確保電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

5）在進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行控制設(shè)計(jì)的過程中，還應(yīng)注意的是案例工程項(xiàng)目當(dāng)中存在多端口輸入輸出情況，因此要求變壓器可實(shí)現(xiàn)靈活控制，并具備端口故障隔離功能，以此確保在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，當(dāng)出現(xiàn)故障問題時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行方式的自動(dòng)、靈活切換，以此保障變配電網(wǎng)供電可靠，保障供電質(zhì)量。

3.3 電網(wǎng)保護(hù)

電網(wǎng)保護(hù)的主要目的在于實(shí)現(xiàn)對(duì)于交流側(cè)以及變流器的有效保護(hù)，促使交直流變配電技術(shù)應(yīng)用效果得到更好發(fā)揮，保障電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及安全性。結(jié)合交直流變配電系統(tǒng)實(shí)際情況和特點(diǎn)，在實(shí)際采取電網(wǎng)保護(hù)策略的過程中，需要著重注意以下三個(gè)方面：

1）在實(shí)際進(jìn)行電網(wǎng)保護(hù)策略設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)充分結(jié)合實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行需求以及分布特點(diǎn)，采取分區(qū)保護(hù)方式，并結(jié)合實(shí)際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以及交直流變配電技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)，根據(jù)各結(jié)構(gòu)功能，將其劃分為交流側(cè)保護(hù)、直流線路保護(hù)以及變流器保護(hù)三種類型，以此實(shí)現(xiàn)針對(duì)性保護(hù)，更好地保障電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)避免影響各控制層功能。

2）加強(qiáng)對(duì)交流側(cè)保護(hù)的重視，在實(shí)際制定保護(hù)策略的過程中，應(yīng)結(jié)合交流負(fù)荷、母線的運(yùn)行特點(diǎn)以及連接形式等，著重關(guān)注信息反饋情況，確保短路等故障問題判斷的準(zhǔn)確性，并及時(shí)采取相應(yīng)維修處理措施，以此確保電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。

3）針對(duì)變流設(shè)備的保護(hù)，應(yīng)充分結(jié)合變配電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際情況，以及變流設(shè)備運(yùn)用位置，有針對(duì)性地構(gòu)建相應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)，并著重加強(qiáng)對(duì)直流負(fù)荷、電源等的保護(hù)，避免設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行問題。

3.4 防雷設(shè)計(jì)

防雷設(shè)計(jì)是確保電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要手段和措施，對(duì)此，在實(shí)際構(gòu)建交直流變配電的過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)防雷設(shè)計(jì)的研究和重視。對(duì)于交直流變配電而言，應(yīng)格外加強(qiáng)對(duì)防雷體系的重視，合理進(jìn)行防雷地網(wǎng)連接設(shè)計(jì)，在實(shí)際進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)滿足以下要求：①確保未出現(xiàn)電擊的情況下，防雷系統(tǒng)能夠有效發(fā)揮自身抗干擾作用，以此保障電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性；②在遭受電擊事故的狀態(tài)時(shí)，地網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中的氣體放電管負(fù)責(zé)放電，并形成瞬時(shí)等電位體，以此避免電網(wǎng)設(shè)備等遭受雷擊影響，提高電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，促使交直流變配電技術(shù)應(yīng)用效果得到最大程度的發(fā)揮[4]。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文從實(shí)際工程建設(shè)角度入手，明確了交直流變配電技術(shù)在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，有著提升供電質(zhì)量和穩(wěn)定性的重要作用，是電網(wǎng)構(gòu)建當(dāng)中的關(guān)鍵性技術(shù)，在實(shí)際運(yùn)用該技術(shù)時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合配電網(wǎng)工程實(shí)際需求，著重加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)架構(gòu)搭建、直流母線布置以及電源設(shè)備接入方面的重視，做好設(shè)計(jì)工作，確保結(jié)構(gòu)布置合理，并根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需求，明確電網(wǎng)建設(shè)模式，分析配電網(wǎng)實(shí)際結(jié)構(gòu)層級(jí)以及相應(yīng)控制措施，同時(shí)做好電網(wǎng)保護(hù)工作，避免出現(xiàn)負(fù)荷過大、短路等故障問題，此外還應(yīng)積極構(gòu)建交直流變配電防雷系統(tǒng)，以此降低外界對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性的影響，全面確保交直流變配電技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量和效果。相信隨著對(duì)交直流變配電技術(shù)的深入研究和實(shí)踐應(yīng)用，配電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量以及運(yùn)行效果將會(huì)得到進(jìn)一步提升。