交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行研究

胡傳意

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州市吳江區(qū)供電分公司，江蘇 蘇州 215200

0 引言

當(dāng)前社會(huì)對(duì)電力的需求進(jìn)入了新階段，無(wú)論是電力用戶類(lèi)型還是電力用戶需求都實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的突破。同時(shí)，傳統(tǒng)配電網(wǎng)建設(shè)面臨諸多挑戰(zhàn)，難以維持電力的穩(wěn)定使用以及保障居民用電安全。因此，需針對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)的不足，結(jié)合當(dāng)前社會(huì)的實(shí)際用電情況，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電子信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，作為配電網(wǎng)建設(shè)整改的技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)高效率、高質(zhì)量作業(yè)的智能化運(yùn)行。目前，一種方法是針對(duì)直流電源供電需求，通過(guò)合適的變流器輔助實(shí)現(xiàn)在交流配電網(wǎng)的接入應(yīng)用；另一種方法是在交流配電網(wǎng)中構(gòu)建直流微電網(wǎng)，利用變流器將用電負(fù)荷傳輸?shù)浇涣髋潆娋W(wǎng)中，建立交直流配電網(wǎng)。隨著眾多電力發(fā)電技術(shù)以及用電技術(shù)的普及，第二種方法的應(yīng)用更為廣泛，因此國(guó)家需建立完善的交直流配電網(wǎng)，保證配電網(wǎng)建設(shè)滿足社會(huì)需求。

1 交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)的積極作用

目前，眾多企業(yè)處于快速發(fā)展階段，最直觀的變化是用電量的大幅增加，這使我國(guó)需要進(jìn)一步優(yōu)化傳統(tǒng)的供電模式，力求研究出效率、質(zhì)量更高的電力供電建設(shè)。就目前而言，電力建設(shè)已有較大進(jìn)步，但是面對(duì)高強(qiáng)度的用電負(fù)荷，電力建設(shè)的交流配電網(wǎng)技術(shù)不足，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架不完善，影響其可靠性、穩(wěn)定性、安全性，造成企業(yè)、居民的用電困擾，并且技術(shù)指標(biāo)不到位的電力建設(shè)，在高強(qiáng)度作業(yè)下會(huì)造成運(yùn)行成本的損失，增大了成本投入。同時(shí)，國(guó)家目前倡導(dǎo)各種能源的綠色使用，一些清潔能源轉(zhuǎn)化為電能用于社會(huì)用電，而大多數(shù)能源向電能的轉(zhuǎn)化都是直流電形式，眾多新型電力用戶運(yùn)用的也是直流電。在這一情況下需要通過(guò)變流器接入交流配電網(wǎng)應(yīng)用，或者在交流配電網(wǎng)中構(gòu)建直流微電網(wǎng)，利用變流器接入交流配電網(wǎng)應(yīng)用。此外，交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)中的交流、直流電可以實(shí)現(xiàn)交直互撐，有效隔離交流側(cè)擾動(dòng)，降低故障發(fā)生率。因此，對(duì)交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)于國(guó)家電力供電建設(shè)的發(fā)展有較強(qiáng)的推動(dòng)作用[1]。

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

交流配電網(wǎng)架構(gòu)分為三種形式，分別是高壓（35～110 kV）配電網(wǎng)、中壓（6～10 kV）配電網(wǎng)、低壓（220 V/380 V）配電網(wǎng)。針對(duì)電壓的不同，所應(yīng)用的技術(shù)手段也不相同。其中，在高壓配電網(wǎng)中多數(shù)為鏈?zhǔn)脚潆娋W(wǎng)、環(huán)網(wǎng)式配電網(wǎng)、輻射式配電網(wǎng)；中壓配電網(wǎng)多數(shù)為雙環(huán)、單環(huán)式配電網(wǎng)以及輻射式配電網(wǎng)；低壓交流配電網(wǎng)多數(shù)為輻射式配電網(wǎng)。在10 kV配電網(wǎng)中，架空網(wǎng)與電纜網(wǎng)的類(lèi)型會(huì)影響該配電網(wǎng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，架空網(wǎng)的類(lèi)型多數(shù)為輻射型與多分段適度聯(lián)絡(luò)型，在電纜網(wǎng)中應(yīng)用較多的則是單環(huán)、雙環(huán)結(jié)構(gòu)。直流配電網(wǎng)架構(gòu)與交流配電網(wǎng)架構(gòu)相比，除了環(huán)型和放射型，主要有兩端供電型，而這是在交流配電網(wǎng)架構(gòu)中沒(méi)有的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。放射式直流配電網(wǎng)通過(guò)直流母線的電壓等級(jí)差別，構(gòu)成電網(wǎng)的內(nèi)部主要網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形式的構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單，因此其自身的控制保護(hù)要求也相對(duì)較低，所造成的電網(wǎng)性能也難以符合要求。兩端供電型直流配電網(wǎng)的性能相對(duì)較為穩(wěn)定，在某一側(cè)電源出現(xiàn)事故問(wèn)題后可以及時(shí)利用另一側(cè)電源進(jìn)行正常作業(yè)。環(huán)型直流配電網(wǎng)的性能優(yōu)于放射性、兩端供電型，其在兩端供電型的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)故障的監(jiān)測(cè)，可以做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)定位、及時(shí)處理[2]。

交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，與交流配電網(wǎng)、直流配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架不同，是根據(jù)交流、直流配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架實(shí)際應(yīng)用情況，分析兩者的特點(diǎn)，以滿足社會(huì)電力發(fā)展需求為目的，經(jīng)過(guò)有效結(jié)合而進(jìn)行的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的主要形式區(qū)別為一個(gè)有柔性直流裝置，另一個(gè)有直流網(wǎng)。含有柔性直流裝置的交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)適用于直流電源負(fù)荷較小的情況，含直流網(wǎng)的交直流混合配電網(wǎng)適用于密度較高的直流電源接入。其中，在有直流網(wǎng)的交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)中，多數(shù)應(yīng)用放輻射型和多分段適度聯(lián)絡(luò)型等類(lèi)型進(jìn)行電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；有柔性直流裝置的交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式分為兩端、三端等多端互聯(lián)模式，具體根據(jù)端口的應(yīng)用量區(qū)分，同時(shí)要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，做出正確判斷。

3 支持交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)

在實(shí)現(xiàn)交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用前，要對(duì)其基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行研究，正確認(rèn)識(shí)交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的基本原理。經(jīng)過(guò)分析，在交直流配電網(wǎng)建設(shè)完成后，需通過(guò)規(guī)范的控制技術(shù)以及對(duì)電力的合理調(diào)度進(jìn)行管理，保證其正常運(yùn)行。

3.1 交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的調(diào)度

傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)向交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的推進(jìn)中，其對(duì)電網(wǎng)的控制能力也逐漸提高，傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)由于技術(shù)的不完善，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架較落后，從而對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的控制力不足，如今的交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的應(yīng)用中可以充分發(fā)揮柔性直流換流器的控制作用，對(duì)電網(wǎng)的功率進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的控制[3]。隨著電網(wǎng)運(yùn)行控制能力的提高，對(duì)交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的調(diào)度也提出了更高的要求。此外，交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架與傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架不同，在進(jìn)行配電網(wǎng)調(diào)度設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的電力來(lái)源以及電力供給的實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)度，還要充分考慮儲(chǔ)能設(shè)備的特性以及多方面因素的影響，通過(guò)詳細(xì)分析，研究符合標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)度方案。在交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度設(shè)計(jì)方案中，可以利用柔性互聯(lián)裝置，進(jìn)行多區(qū)域間潮流的廣域調(diào)度，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電力的合理調(diào)度。因此，在交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)調(diào)度的技術(shù)研究中，需重視對(duì)優(yōu)化分解算法的研究，將復(fù)雜的交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的調(diào)度問(wèn)題簡(jiǎn)化為諸多易計(jì)算的小問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)高效精準(zhǔn)的計(jì)算，達(dá)到交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度的最優(yōu)效果。

3.2 交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制方案

隨著對(duì)傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)的不足分析，對(duì)交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)的要求更高，需要結(jié)合多方面技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，其中多端柔性直流配電網(wǎng)成為交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)中的主要組成部分，完善多端柔性直流配電網(wǎng)運(yùn)行的控制管理，才能實(shí)現(xiàn)交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提供安全保障[4]。

目前，對(duì)多端柔性直流配電網(wǎng)的運(yùn)行協(xié)調(diào)控制主要是對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層處理和管理，其中系統(tǒng)級(jí)控制主要是對(duì)直流電網(wǎng)功率控制，實(shí)現(xiàn)其平衡運(yùn)行，并對(duì)電壓進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。此外，還有換流站級(jí)控制，主要控制各級(jí)之間的指令以及實(shí)施，確保換流站能第一時(shí)間接收到上級(jí)指令，并及時(shí)做出相應(yīng)反應(yīng)，合理調(diào)整運(yùn)行點(diǎn)。這兩者之間的有效結(jié)合實(shí)現(xiàn)了多端柔性直流配電網(wǎng)的分層控制，因此需加強(qiáng)系統(tǒng)級(jí)控制與換流站級(jí)控制的協(xié)調(diào)發(fā)展，并結(jié)合交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的調(diào)度技術(shù)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)控制方案。

3.3 支持交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行的其他關(guān)鍵技術(shù)

除了對(duì)交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)度以及控制技術(shù)，還需要其他關(guān)鍵技術(shù)的共同參與、協(xié)調(diào)發(fā)展，才能高效實(shí)現(xiàn)交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)在社會(huì)電力發(fā)展中的積極作用。為了保護(hù)主動(dòng)配電網(wǎng)控制系統(tǒng)，對(duì)原有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，制訂了兩種有效的保護(hù)方案。技術(shù)人員以配電自動(dòng)化系統(tǒng)和有限時(shí)間控制為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了相關(guān)的無(wú)功電壓控制方案，主要包括改變控制單元和實(shí)現(xiàn)交直流子網(wǎng)互動(dòng)支撐進(jìn)行控制，這兩種方案都有效實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)配電網(wǎng)電壓的控制，針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量也提出了相對(duì)應(yīng)的解決策略。

4 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)建設(shè)已不能滿足日益增長(zhǎng)的社會(huì)需求，必須在傳統(tǒng)供電模式上進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)新型供電模式的交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)。國(guó)家在對(duì)眾多能源的開(kāi)發(fā)利用中，將各種新能源有效轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化形式大多以直流為主，在電力用戶類(lèi)型的多樣化發(fā)展中，直流供電成為新型負(fù)荷的最優(yōu)形式。國(guó)家科學(xué)技術(shù)的提高帶動(dòng)了電力相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，給實(shí)現(xiàn)交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)提供了技術(shù)支持以及運(yùn)行安全保障。以往的供電形式單一，交流與直流供電形式錯(cuò)綜復(fù)雜，兩者沒(méi)有互補(bǔ)作用，從而降低了電力輸送效率，而交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)交流與直流供電的共存以及互補(bǔ)，在其中一方出現(xiàn)問(wèn)題后可以及時(shí)替代作業(yè)，實(shí)現(xiàn)電力輸送的高質(zhì)高效。因此，完善交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)，有助于提高交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的規(guī)劃與運(yùn)行，有助于促進(jìn)國(guó)家電力發(fā)展。