交直流混合主動配電網規劃與運行研究

胡傳意

國網江蘇省電力有限公司蘇州市吳江區供電分公司，江蘇 蘇州 215200

0 引言

當前社會對電力的需求進入了新階段，無論是電力用戶類型還是電力用戶需求都實現了質的突破。同時，傳統配電網建設面臨諸多挑戰，難以維持電力的穩定使用以及保障居民用電安全。因此，需針對傳統配電網的不足，結合當前社會的實際用電情況，利用互聯網技術、電子信息技術等先進技術，作為配電網建設整改的技術支持，實現配電網高效率、高質量作業的智能化運行。目前，一種方法是針對直流電源供電需求，通過合適的變流器輔助實現在交流配電網的接入應用；另一種方法是在交流配電網中構建直流微電網，利用變流器將用電負荷傳輸到交流配電網中，建立交直流配電網。隨著眾多電力發電技術以及用電技術的普及，第二種方法的應用更為廣泛，因此國家需建立完善的交直流配電網，保證配電網建設滿足社會需求。

1 交直流混合主動配電網建設的積極作用

目前，眾多企業處于快速發展階段，最直觀的變化是用電量的大幅增加，這使我國需要進一步優化傳統的供電模式，力求研究出效率、質量更高的電力供電建設。就目前而言，電力建設已有較大進步，但是面對高強度的用電負荷，電力建設的交流配電網技術不足，網絡構架不完善，影響其可靠性、穩定性、安全性，造成企業、居民的用電困擾，并且技術指標不到位的電力建設，在高強度作業下會造成運行成本的損失，增大了成本投入。同時，國家目前倡導各種能源的綠色使用，一些清潔能源轉化為電能用于社會用電，而大多數能源向電能的轉化都是直流電形式，眾多新型電力用戶運用的也是直流電。在這一情況下需要通過變流器接入交流配電網應用，或者在交流配電網中構建直流微電網，利用變流器接入交流配電網應用。此外，交直流混合主動配電網中的交流、直流電可以實現交直互撐，有效隔離交流側擾動，降低故障發生率。因此，對交直流混合主動配電網建設的關鍵技術進行研究，對于國家電力供電建設的發展有較強的推動作用[1]。

2 交直流混合主動配電網的網絡架構

交流配電網架構分為三種形式，分別是高壓（35～110 kV）配電網、中壓（6～10 kV）配電網、低壓（220 V/380 V）配電網。針對電壓的不同，所應用的技術手段也不相同。其中，在高壓配電網中多數為鏈式配電網、環網式配電網、輻射式配電網；中壓配電網多數為雙環、單環式配電網以及輻射式配電網；低壓交流配電網多數為輻射式配電網。在10 kV配電網中，架空網與電纜網的類型會影響該配電網的架構設計，架空網的類型多數為輻射型與多分段適度聯絡型，在電纜網中應用較多的則是單環、雙環結構。直流配電網架構與交流配電網架構相比，除了環型和放射型，主要有兩端供電型，而這是在交流配電網架構中沒有的結構類型。放射式直流配電網通過直流母線的電壓等級差別，構成電網的內部主要網絡結構，該結構形式的構成相對簡單，因此其自身的控制保護要求也相對較低，所造成的電網性能也難以符合要求。兩端供電型直流配電網的性能相對較為穩定，在某一側電源出現事故問題后可以及時利用另一側電源進行正常作業。環型直流配電網的性能優于放射性、兩端供電型，其在兩端供電型的基礎上實現了對故障的監測，可以做到及時發現、及時定位、及時處理[2]。

交直流混合主動配電網的網絡構架，與交流配電網、直流配電網的網絡構架不同，是根據交流、直流配電網的網絡構架實際應用情況，分析兩者的特點，以滿足社會電力發展需求為目的，經過有效結合而進行的設計。該設計結構的主要形式區別為一個有柔性直流裝置，另一個有直流網。含有柔性直流裝置的交直流混合主動配電網適用于直流電源負荷較小的情況，含直流網的交直流混合配電網適用于密度較高的直流電源接入。其中，在有直流網的交直流混合主動配電網中，多數應用放輻射型和多分段適度聯絡型等類型進行電網線路結構的設計；有柔性直流裝置的交直流混合主動配電網中，網絡架構模式分為兩端、三端等多端互聯模式，具體根據端口的應用量區分，同時要結合實際應用情況，做出正確判斷。

3 支持交直流混合主動配電網運行的關鍵技術

在實現交直流混合主動配電網的實際應用前，要對其基礎網絡架構進行研究，正確認識交直流混合主動配電網的基本原理。經過分析，在交直流配電網建設完成后，需通過規范的控制技術以及對電力的合理調度進行管理，保證其正常運行。

3.1 交直流混合主動配電網的調度

傳統交流配電網向交直流混合主動配電網的推進中，其對電網的控制能力也逐漸提高，傳統交流配電網由于技術的不完善，網絡構架較落后，從而對電網運行的控制力不足，如今的交直流混合主動配電網的應用中可以充分發揮柔性直流換流器的控制作用，對電網的功率進行合理調節，實現對電網運行的控制[3]。隨著電網運行控制能力的提高，對交直流混合主動配電網的調度也提出了更高的要求。此外，交直流混合主動配電網的網絡構架與傳統交流配電網網絡構架不同，在進行配電網調度設計時，要根據交直流混合主動配電網的電力來源以及電力供給的實際情況進行合理調度，還要充分考慮儲能設備的特性以及多方面因素的影響，通過詳細分析，研究符合標準的調度方案。在交直流混合主動配電網運行調度設計方案中，可以利用柔性互聯裝置，進行多區域間潮流的廣域調度，實現配電網電力的合理調度。因此，在交直流混合主動配電網調度的技術研究中，需重視對優化分解算法的研究，將復雜的交直流混合主動配電網的調度問題簡化為諸多易計算的小問題，從而實現高效精準的計算，達到交直流混合主動配電網運行調度的最優效果。

3.2 交直流混合主動配電網的協調控制方案

隨著對傳統交流配電網的不足分析，對交直流混合主動配電網建設的要求更高，需要結合多方面技術進行優化，其中多端柔性直流配電網成為交直流混合主動配電網建設中的主要組成部分，完善多端柔性直流配電網運行的控制管理，才能實現交直流混合主動配電網的穩定運行，提供安全保障[4]。

目前，對多端柔性直流配電網的運行協調控制主要是對該結構進行分層處理和管理，其中系統級控制主要是對直流電網功率控制，實現其平衡運行，并對電壓進行控制，從而實現穩定運行。此外，還有換流站級控制，主要控制各級之間的指令以及實施，確保換流站能第一時間接收到上級指令，并及時做出相應反應，合理調整運行點。這兩者之間的有效結合實現了多端柔性直流配電網的分層控制，因此需加強系統級控制與換流站級控制的協調發展，并結合交直流混合主動配電網的調度技術，實現穩定的交直流混合主動配電網控制方案。

3.3 支持交直流混合主動配電網運行的其他關鍵技術

除了對交直流混合主動配電網運行的調度以及控制技術，還需要其他關鍵技術的共同參與、協調發展，才能高效實現交直流混合主動配電網在社會電力發展中的積極作用。為了保護主動配電網控制系統，對原有的拓撲結構出現的問題進行分析，制訂了兩種有效的保護方案。技術人員以配電自動化系統和有限時間控制為基礎，設計了相關的無功電壓控制方案，主要包括改變控制單元和實現交直流子網互動支撐進行控制，這兩種方案都有效實現了主動配電網電壓的控制，針對主動配電網的電能質量也提出了相對應的解決策略。

4 結束語

傳統交流配電網建設已不能滿足日益增長的社會需求，必須在傳統供電模式上進行優化，實現新型供電模式的交直流混合主動配電網。國家在對眾多能源的開發利用中，將各種新能源有效轉化為電能，轉化形式大多以直流為主，在電力用戶類型的多樣化發展中，直流供電成為新型負荷的最優形式。國家科學技術的提高帶動了電力相關技術的發展，給實現交直流混合主動配電網建設提供了技術支持以及運行安全保障。以往的供電形式單一，交流與直流供電形式錯綜復雜，兩者沒有互補作用，從而降低了電力輸送效率，而交直流混合主動配電網可以實現交流與直流供電的共存以及互補，在其中一方出現問題后可以及時替代作業，實現電力輸送的高質高效。因此，完善交直流混合主動配電網建設的關鍵技術，有助于提高交直流混合主動配電網的規劃與運行，有助于促進國家電力發展。