多端柔性直流設(shè)備探究

潘聃

摘 要：多端柔性直流設(shè)備在中壓配電網(wǎng)中接入時，需要考慮對潮流的連續(xù)控制，但在實際應(yīng)用中，這樣的方式方法必須跟上實時的變化，從而實現(xiàn)連續(xù)的意義。對于目前裝置的評估，要從多方面進(jìn)行，不能只分析可靠性，還應(yīng)該認(rèn)真分析該裝置對系統(tǒng)網(wǎng)損、設(shè)備利用率及電流水平的影響。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化；智能電網(wǎng)；配電網(wǎng)；柔性直流

1 應(yīng)用背景

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，用戶對可靠性及供電質(zhì)量的要求與日俱增，配電網(wǎng)層面的改革需要進(jìn)行智能化的發(fā)展，也因此受到關(guān)注，可以說，配電網(wǎng)智能化是未來發(fā)展的趨勢和潮流。作為電網(wǎng)建設(shè)的重點，除了要加強配電自動化整體建設(shè)外，還要集中在較大的城區(qū)配電網(wǎng)。總體而言，一次二次設(shè)備的基礎(chǔ)規(guī)模都比較大，整體投資相對較多，但相比較而言，城市電網(wǎng)發(fā)展較發(fā)達(dá)，設(shè)備運用更加合理，一方面由于城市人口眾多，政治經(jīng)濟地位顯著，另一方面，城市電網(wǎng)的投資相對電力企業(yè)性價比更高。相比而言，農(nóng)村配電網(wǎng)建設(shè)相對落后，饋線一般仍為輻射狀結(jié)構(gòu)，末端聯(lián)絡(luò)線較少，結(jié)構(gòu)可靠性較低，若進(jìn)行大規(guī)模的自動化升級，將更加難以回收投資。但不久的將來，隨著電氣設(shè)備成本的降低。電子設(shè)備的更加先進(jìn)和智能，未來大規(guī)模應(yīng)用智能設(shè)備的時代終將來臨，因此，文章提出一種適合中壓配電網(wǎng)優(yōu)化運行的多端柔性直流設(shè)備，并對其應(yīng)用方法進(jìn)行初步探究。

2 多端柔性直流設(shè)備及其工作原理

典型的配電網(wǎng)多端柔性直流裝置（MFDC）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，以三端裝置為例。

如圖1，MFDC內(nèi)部三個電壓源換流器（Voltage Source Converter， VSC）通過同一條直流母線相連；裝置外部有三個交流端子，分別與三條中壓交流饋線的末端相連。在饋線普遍形成聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)的城市電網(wǎng)中，多條饋線的末端往往在開閉站內(nèi)相連，如圖2所示。MFDC在配電網(wǎng)中的安裝位置與開閉站相同，可以直接利用已有開閉站的外部設(shè)施。而對于聯(lián)絡(luò)較少的農(nóng)村配電線路，安裝MFDC相當(dāng)于直接增加了“柔性”的開閉站，使得饋線之間形成聯(lián)絡(luò)。

圖1與圖2所示結(jié)構(gòu)使得相鄰的交流饋線之間形成了新的功率供給路徑。基于VSC的外部特性，有功功率和無功功率的控制是解耦的，即對于n端的MFDC，有n-1個有功功率變量可控，同時有n個無功功率變量可控。同時，對于接入MFDC的一組饋線，其對于潮流的控制是連續(xù)的。MFDC的潮流連續(xù)可控特性是其應(yīng)用的基礎(chǔ)。當(dāng)前的中壓配電線路即使已經(jīng)具備了較高的配電自動化水平，其潮流的控制也只是依靠網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實現(xiàn)。在這個過程中，開關(guān)的操作速度、頻率由于開關(guān)動作損耗的原因而受到約束，都使得其潮流控制的靈活性遠(yuǎn)低于MFDC。下面將具體分析MFDC在配電網(wǎng)中的應(yīng)用的效果。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 建設(shè)環(huán)境

隨著城區(qū)建設(shè)改造力度的加大，中心城區(qū)用電負(fù)荷快速增長，但電網(wǎng)在建設(shè)過程中受外界影響十分嚴(yán)重：一是電力設(shè)施建設(shè)用地選址難、征地難。隨著城市建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，電力設(shè)施建設(shè)用地選址難、征地難的矛盾日益突出，變電站建設(shè)進(jìn)度得不到保證，供電壓力無法有效緩解。二是電力線路建設(shè)困難。電力線路建設(shè)過程中線路走廊選擇困難，實施時阻力較大，造成線路建設(shè)進(jìn)度遲緩或110kV變電站建成后送出困難，過負(fù)荷線路無法盡快解決。三是外力破壞引發(fā)的故障占電網(wǎng)故障總數(shù)比例從2007年的51.2%上升至2009年的66.7%，對電網(wǎng)安全運行和國民經(jīng)濟發(fā)展造成嚴(yán)重影響。

3.2 提高可靠性和線路負(fù)載率

（1）電網(wǎng)規(guī)劃沒有納入各級政府的城市整體規(guī)劃與土地利用總體規(guī)劃之中，造成規(guī)劃脫節(jié)，實施被動，建設(shè)艱難。變電站建設(shè)選址、選線始終處于“一事一議”的狀態(tài)。項目征地和建設(shè)過程中沒有政府部門的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，推進(jìn)困難，支持電網(wǎng)長遠(yuǎn)發(fā)展的工作機制亟待形成。（2）電網(wǎng)規(guī)劃與城市規(guī)劃尚未形成有機互動。電網(wǎng)規(guī)劃作為城市規(guī)劃的重要組成部分，必須服從于、服務(wù)于城市總體規(guī)劃，并隨著城市功能定位的調(diào)整及時修訂。與傳統(tǒng)故障恢復(fù)過程相比，基于MFDC的恢復(fù)操作有兩大優(yōu)點：a.由于負(fù)荷轉(zhuǎn)移是即時的，不需要先跳開故障線路出口斷路器，因此不會出現(xiàn)短時停電；b.負(fù)荷可以由其他饋線按照某種優(yōu)化原則轉(zhuǎn)帶（例如負(fù)載最均衡），且通過MFDC的潮流控制很容易實現(xiàn)。因此，MFDC可以實現(xiàn)配電網(wǎng)的閉環(huán)運行，并克服短路電流約束問題，提高系統(tǒng)可靠性。

3.3 改善電壓與電能質(zhì)量

（1）具有充足的供電能力，能滿足國民經(jīng)濟增長和城市社會發(fā)展對負(fù)荷增長的需求，有利于電力市場的開拓和供售電量的增長。（2）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)堅強合理、分層分區(qū)清晰，有較強的適應(yīng)性，并具備一定的抵御各類事故和自然災(zāi)害的能力。（3）高壓配電網(wǎng)與上級輸電網(wǎng)相協(xié)調(diào)；各級變電容量相協(xié)調(diào)；有功和無功容量相協(xié)調(diào)；二次規(guī)劃與一次規(guī)劃相協(xié)調(diào)；各級短路水平控制在合理范圍。（4）輸、變、配電投資規(guī)模達(dá)到經(jīng)濟合理、比例適當(dāng)，更好地體現(xiàn)配電網(wǎng)的社會效益和企業(yè)效益。（5）設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，設(shè)備優(yōu)良可靠、智能化水平高，技術(shù)先進(jìn)適用，體現(xiàn)區(qū)域差異，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)合理，與社會環(huán)境相協(xié)調(diào)。（6）規(guī)劃電網(wǎng)及設(shè)備應(yīng)具有較強的擴展性，滿足建設(shè)統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的要求。

3.4 無功補償原則

（1）無功補償裝置應(yīng)根據(jù)分層分區(qū)、就地平衡和便于調(diào)整電壓的原則進(jìn)行配置。可采用分散和集中補償相結(jié)合的方式：分散安裝在用電端的無功補償裝置主要用于提高功率因數(shù)、降低線路損耗；集中安裝在變電站內(nèi)的無功補償裝置有利于穩(wěn)定電壓水平。（2）裝設(shè)在變電站處的電容器的投切應(yīng)與變壓器分接頭的調(diào)整合理配合。（3）大用戶的電容器應(yīng)保證功率因數(shù)大于規(guī)定的數(shù)值，并不得向系統(tǒng)倒送無功。（4）應(yīng)從系統(tǒng)角度考慮無功補償裝置的優(yōu)化配置，以利于全網(wǎng)無功補償裝置的優(yōu)化投切。（5）在配置無功補償裝置時應(yīng)考慮諧波治理措施。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)不僅極大的提高了配電網(wǎng)綜合系統(tǒng)的整體可靠性，從而讓配電網(wǎng)的主要消耗、穩(wěn)定性、供電質(zhì)量等指標(biāo)進(jìn)一步強化。目前，我國農(nóng)村電網(wǎng)發(fā)展還處于較為落后的階段，配電自動化的應(yīng)用也很不發(fā)達(dá)，尚需普及。對于提高電網(wǎng)性能，對于引入文章裝置可以降低投資。后續(xù)工作應(yīng)針對潮流控制策略、裝置的選址定容以及緊湊化設(shè)計等方面展開。