網(wǎng)孔型中壓配電網(wǎng)組網(wǎng)形態(tài)、核心特征與研究展望

劉 洪，李其哲，徐 晶，徐正陽，薛士敏，李玥軒

（1.智能電網(wǎng)教育部重點實驗室（天津大學(xué)）,天津市 300072；2.國網(wǎng)天津市電力公司,天津市 300160）

0 引言

隨著“雙碳”目標(biāo)及“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”的能源戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn),大力發(fā)展分布式電源（DG）、分布式儲能與新型負(fù)荷已成為必然選擇,配電系統(tǒng)所承擔(dān)的角色將由單純的電能分配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)樯疃热诤显春蓛拥哪茉唇换ヅc服務(wù)平臺。在未來配電系統(tǒng)中,由于源荷存在多重不確定性,潮流將呈現(xiàn)時序不定向特征,系統(tǒng)峰谷差將進(jìn)一步增大,配電系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行將面臨極大挑戰(zhàn)［1］。

針對上述問題,很多學(xué)者提出依靠新型電力電子裝置［2］、微網(wǎng)［3］、儲能［4］、需求響應(yīng)［5］等調(diào)控手段來應(yīng)對大規(guī)模新型源荷接入的需求。然而,配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)是影響系統(tǒng)功能和特性的最重要因素,決定了組網(wǎng)裝置、調(diào)控手段等對系統(tǒng)提升效果的上限［6］。因此,合理的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是滿足未來配電網(wǎng)需求、充分釋放新設(shè)備和新技術(shù)潛能的關(guān)鍵因素。

近年來,圍繞中壓配電網(wǎng)的新形態(tài)和新結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成了一系列研究成果。文獻(xiàn)［7］以智能軟開關(guān)（SOP）在關(guān)鍵位置替代傳統(tǒng)配電開關(guān),從功能形態(tài)角度定義了柔性中壓配電網(wǎng),并提出了柔性中壓配電網(wǎng)的組網(wǎng)形態(tài)及運(yùn)行方式。圍繞采用該結(jié)構(gòu)的柔性中壓配電網(wǎng),已有文獻(xiàn)對其在優(yōu)化調(diào)度［8-10］、故障恢復(fù)［11-12］、規(guī)劃部署［13-14］等方面的優(yōu)勢進(jìn)行了論證,表明柔性化將成為未來中壓配電網(wǎng)中各可控資源交互和統(tǒng)籌、提升系統(tǒng)綜合運(yùn)行效率的重要方式。除在饋線層面實現(xiàn)互聯(lián)的柔性中壓配電網(wǎng)外,微網(wǎng)集群間的柔性互聯(lián)也是有效保障DG 消納與電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的一種新形態(tài)。文獻(xiàn)［15］提出基于混合公共連接單元的柔性互聯(lián)多微網(wǎng)孤島運(yùn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其多層控制架構(gòu),多個微網(wǎng)間可以進(jìn)行功率交互；文獻(xiàn)［16］以能量路由器作為載體,實現(xiàn)不同微網(wǎng)間的柔性互聯(lián)；文獻(xiàn)［17］通過柔性直流互聯(lián)多個微網(wǎng)進(jìn)行集成聚合,在提升DG 滲透率的同時,保障配電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。綜合微網(wǎng)群和柔性配電網(wǎng)的特征與優(yōu)勢,文獻(xiàn)［18-19］提出蜂窩狀中壓配電網(wǎng)是未來智能配電網(wǎng)網(wǎng)架形態(tài)演化的一種可能路徑。蜂窩狀中壓配電網(wǎng)以可控網(wǎng)格構(gòu)成的多環(huán)自相似結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),提供全系統(tǒng)精細(xì)點對點能量傳輸控制能力。針對蜂巢電網(wǎng),文獻(xiàn)［20］通過智能功率/信息交換基站將“源網(wǎng)荷儲”規(guī)范化配置的分布式微網(wǎng)群組合形成蜂巢結(jié)構(gòu),在最大程度上實現(xiàn)新能源就地消納和區(qū)內(nèi)供需基本自平衡；文獻(xiàn)［21］進(jìn)一步闡述了以微網(wǎng)為基本單元的蜂巢結(jié)構(gòu)在能量靈活轉(zhuǎn)移、局部自治、廣義柔性等方面的核心特征,并指出蜂巢結(jié)構(gòu)符合未來電網(wǎng)的發(fā)展需求。綜上所述,蜂巢結(jié)構(gòu)為未來電網(wǎng)的形態(tài)演變提供了方向,但其應(yīng)用于配電網(wǎng)的研究總體還處于探索階段,網(wǎng)架拓?fù)渖胁磺逦?/p>

在這一背景下,本文首先梳理了配電網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)演化路線,分析了各架構(gòu)的組網(wǎng)設(shè)備、調(diào)控方式及應(yīng)用局限性；其次,以網(wǎng)孔拓?fù)錇榛A(chǔ),提出了實現(xiàn)全系統(tǒng)柔性閉環(huán)運(yùn)行的網(wǎng)孔型配電網(wǎng),并系統(tǒng)分析了其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控保策略及改造方式；然后,結(jié)合網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的特點,探討了網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的核心特征,并基于負(fù)荷承載能力及DG 消納能力兩個維度定量分析了網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢；最后,圍繞網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的未來研究方向進(jìn)行了探討,以期為未來配電網(wǎng)形態(tài)的理論研究和工程建設(shè)提供新的視角和思路。

1 配電網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)演化

隨著配電網(wǎng)從只承擔(dān)電能分配的角色向滿足用戶多樣化電力需求的多重角色轉(zhuǎn)變,配電網(wǎng)需具備更強(qiáng)的可控性。從發(fā)展歷程來看,配電網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)也在由傳統(tǒng)配電網(wǎng)向柔性配電網(wǎng)轉(zhuǎn)變,其形態(tài)演化過程呈現(xiàn)出可控能力不斷提升的特征。

1.1 “開環(huán)運(yùn)行”的傳統(tǒng)配電網(wǎng)

傳統(tǒng)配電網(wǎng)采用“閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運(yùn)行”的模式,并利用分段開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)的開合狀態(tài)改變進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu),以實現(xiàn)配電網(wǎng)的潮流調(diào)控。

圖1 為兩種典型中壓架空網(wǎng)結(jié)構(gòu)。其中,圖1（a）所示單聯(lián)絡(luò)架空網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用1 個聯(lián)絡(luò)開關(guān)將2 條饋線（F1、F2）連接起來,通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實現(xiàn)2 條饋線的階躍調(diào)節(jié)；圖1（b）所示兩聯(lián)絡(luò)架空網(wǎng)結(jié)構(gòu)可通過多組開關(guān)的配合至多實現(xiàn)所聯(lián)絡(luò)的4 條饋線（F1至F4）的階躍調(diào)節(jié)。電纜網(wǎng)與架空網(wǎng)調(diào)控方式相似,均通過分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)的配合實現(xiàn)潮流調(diào)節(jié)。這種非連續(xù)的調(diào)節(jié)模式受開關(guān)動作頻次和饋線間聯(lián)絡(luò)通道數(shù)量的影響,調(diào)控效果相對有限。

圖1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of traditional distribution network

1.2 “柔性閉環(huán)”的柔性配電網(wǎng)

以SOP 替換饋線間的聯(lián)絡(luò)開關(guān),形成饋線互聯(lián)的饋線間閉環(huán)柔性配電網(wǎng)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)配電網(wǎng)的柔性閉環(huán)運(yùn)行［7］,有效克服了傳統(tǒng)配電網(wǎng)重構(gòu)的階躍調(diào)節(jié)局限性,其典型結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 饋線間閉環(huán)柔性配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of closed-loop flexible distribution network between feeders

圖2 所示柔性配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可通過SOP 進(jìn)行功率的雙向靈活流動與精確控制,實現(xiàn)所連接饋線的潮流連續(xù)調(diào)控。但是,該結(jié)構(gòu)所需SOP 端口數(shù)與饋線互聯(lián)數(shù)量相等。當(dāng)配電網(wǎng)需進(jìn)行更大范圍調(diào)節(jié)時,SOP 端口數(shù)將急劇增加,投資成本也隨之提升,相對降低了SOP 的整體效益。同時,SOP 安裝還可能受限于地理因素,難以滿足配電網(wǎng)調(diào)控需求。因此,針對饋線間閉環(huán)柔性配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)范圍受限的問題,將SOP 端口出線連接至不同單環(huán)網(wǎng)的饋線末端,形成環(huán)網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)的柔性配電網(wǎng)結(jié)構(gòu),有效提升SOP 調(diào)節(jié)范圍［22］,其典型結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 環(huán)網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)柔性配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of flexible distribution network connecting ring networks

饋線間閉環(huán)結(jié)構(gòu)所連饋線固定,而環(huán)網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)通過不同配電開關(guān)及SOP 的時序動作配合,實現(xiàn)多種饋線組合場景的柔性調(diào)節(jié),在時間及空間上最大限度挖掘SOP 的調(diào)節(jié)潛力,擴(kuò)大配電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍。但是,環(huán)網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)的柔性配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)控需進(jìn)行傳統(tǒng)開關(guān)和SOP 的配合,調(diào)節(jié)過程呈現(xiàn)“階躍調(diào)節(jié)”和“連續(xù)調(diào)節(jié)”的耦合特點。

1.3 “廣域互聯(lián)”的蜂巢配電網(wǎng)

基于多端SOP 的蜂窩狀配電網(wǎng)設(shè)想為未來配電網(wǎng)的拓?fù)錁?gòu)建提供了新的方向［18］。理想狀態(tài)下,蜂窩狀配電網(wǎng)以可控六邊形饋線網(wǎng)格為基礎(chǔ),形成多向能量傳輸通道,具有很高的連通性和冗余度。

在此構(gòu)想下,基于智能功率/信息交換基站的蜂巢狀有源配電網(wǎng)拓?fù)涮峁┝艘环N可能的架構(gòu)構(gòu)建方案［20］,其典型結(jié)構(gòu)如圖4 所示。圖4 所示蜂巢配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以看作微網(wǎng)群和柔性配電網(wǎng)的融合。蜂巢配電網(wǎng)以功率交互裝置為控制核心,將多個源荷儲資源規(guī)范配置的微網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián),實現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)供需平衡、微網(wǎng)間功率互備。相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),蜂巢配電網(wǎng)更加靈活,具有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)堅強(qiáng)、清潔能源消納能力強(qiáng)、配電方式靈活和支持電力市場交易等優(yōu)點。

圖4 蜂巢配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of honeycomb distribution network

2 網(wǎng)孔型配電網(wǎng)組網(wǎng)形態(tài)及改造方式

2.1 網(wǎng)孔型配電網(wǎng)組網(wǎng)形態(tài)

未來配電系統(tǒng)中引入了DG、需求響應(yīng)等要素,導(dǎo)致其運(yùn)行調(diào)度趨于復(fù)雜多變,未來配電系統(tǒng)需要更靈活暢通的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)［23］?；诖?延續(xù)蜂窩狀配電網(wǎng)的設(shè)想并作進(jìn)一步深化,提出一種以網(wǎng)孔拓?fù)錇榛A(chǔ)、實現(xiàn)全系統(tǒng)柔性閉環(huán)運(yùn)行的網(wǎng)孔型配電網(wǎng)。

如圖5 所示,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)以SOP 作為核心組網(wǎng)裝置,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)呈現(xiàn)網(wǎng)孔形態(tài),4 條饋線可通過SOP 實現(xiàn)潮流的靈活調(diào)節(jié),有效克服饋線間閉環(huán)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)范圍過小及環(huán)網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)無法進(jìn)行全系統(tǒng)時序潮流控制的局限性。網(wǎng)孔型拓?fù)鋵γ織l支路的潮流具有多方向連續(xù)調(diào)控能力,具備更強(qiáng)的潮流控制能力,在廣域范圍內(nèi)構(gòu)成多條能量的傳輸路徑,在統(tǒng)籌局部源荷儲資源的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)配電系統(tǒng)各主體之間的準(zhǔn)確匹配和快速響應(yīng),更好適應(yīng)源荷的波動。

圖5 網(wǎng)孔型配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of mesh-type distribution network

網(wǎng)孔型配電網(wǎng)中網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)除呈現(xiàn)矩形形式外,還可構(gòu)建其他形式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),以正六邊形結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的網(wǎng)孔型配電網(wǎng)架構(gòu)如圖6 所示。

圖6 六邊形網(wǎng)孔拓?fù)銯ig.6 Topology of hexagonal mesh

如圖6（a）所示,在六邊形網(wǎng)孔拓?fù)渲?6 條饋線通過3 組三端口的SOP 實現(xiàn)柔性互聯(lián),饋線間的潮流能夠平滑地相互支援,達(dá)到運(yùn)行優(yōu)化的目的。在DG、直流負(fù)荷、儲能等直流供用電設(shè)備接入需求下,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)還可衍生為交直流混聯(lián)形態(tài),其典型架構(gòu)如圖6（b）所示。在網(wǎng)孔型交直流混聯(lián)配電網(wǎng)中,以雙端SOP 作為核心組網(wǎng)設(shè)備,以SOP 的直流端口構(gòu)造直流母線,在實現(xiàn)能量靈活傳輸?shù)耐瑫r,對DG、直流負(fù)荷等新型配用電技術(shù)也有著良好的兼容性和可擴(kuò)展性。

在實際工程應(yīng)用中,網(wǎng)孔大小可以根據(jù)實際配電網(wǎng)規(guī)模、需求等多方面因素綜合優(yōu)化確定。網(wǎng)孔型配電網(wǎng)拓?fù)錈o論以怎樣的規(guī)律連接和鋪展,任何基于網(wǎng)孔架構(gòu)形成的配電網(wǎng)拓?fù)涠伎梢暈榫匦尉W(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展。

2.2 網(wǎng)孔型配電網(wǎng)控制保護(hù)策略

在正常運(yùn)行情況下,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)采用柔性閉環(huán)運(yùn)行方式,以SOP 各端口基于有功功率-無功功率（PQ）控制模式或者直流電壓-無功功率（VdcQ）控制模式對配電網(wǎng)傳輸功率進(jìn)行控制,實現(xiàn)多條互聯(lián)饋線間的功率傳輸。在故障發(fā)生時,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)內(nèi)高度靈活可控的SOP 與保護(hù)裝置共同協(xié)作,可以有效保障故障的隔離,是配電網(wǎng)快速故障隔離與供電恢復(fù)的關(guān)鍵。

在饋線發(fā)生不對稱故障時,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)內(nèi)SOP 輸入電流不對稱,SOP 將快速閉鎖,抑制不對稱電流［24-25］,實現(xiàn)各端互聯(lián)饋線間的電氣隔離,防止失電范圍擴(kuò)大。然后,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)內(nèi)保護(hù)裝置可提取SOP 裝置故障后注入配電網(wǎng)的電流負(fù)序分量,構(gòu)造合理的正負(fù)序組合故障判據(jù)［26］,并充分利用各設(shè)備相互之間的信息交互能力形成聯(lián)動,完成故障的準(zhǔn)確識別與隔離。網(wǎng)孔型配電網(wǎng)SOP 控制模式的切換需要與保護(hù)裝置的動作次序配合［27］。經(jīng)保護(hù)動作后,系統(tǒng)實現(xiàn)故障隔離,SOP 解除閉鎖,同時故障端切換到電壓-頻率（V/f）控制模式［28］,對停電區(qū)域的電壓和頻率提供支撐,實現(xiàn)正常運(yùn)行區(qū)域不間斷供電,失電區(qū)域獲得電壓支撐。

綜上所述,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)在控制保護(hù)策略上具有獨特性,在進(jìn)行策略制定時需充分考慮SOP 各端口間、各SOP 間的配合,以及SOP 與保護(hù)裝置間的協(xié)同,以最大化發(fā)揮其優(yōu)勢,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 網(wǎng)孔型配電網(wǎng)改造方式

網(wǎng)孔型配電網(wǎng)組網(wǎng)思路以傳統(tǒng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),在關(guān)鍵位置采用多端SOP 代替?zhèn)鹘y(tǒng)開關(guān),實現(xiàn)網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的改造。

以兩分段兩聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例,詳細(xì)分析由傳統(tǒng)配電網(wǎng)向矩形網(wǎng)孔型配電網(wǎng)過渡的改造方式,如圖7所示。

圖7 矩形網(wǎng)孔拓?fù)涓脑旆绞紽ig.7 Reconstruction method of rectangular mesh topology

如圖7（a）所示,選擇饋線F1的分段開關(guān)S12和饋線F4的分段開關(guān)S42作為改造點,分別以2 組三端SOP 代替S12和S42,并閉合4 個聯(lián)絡(luò)開關(guān)S1至S4。改造后的網(wǎng)孔型配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖7（b）所示?？梢钥闯?改造后的配電網(wǎng)將依托SOP 進(jìn)行潮流調(diào)控,其網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)矩形。改造后配電網(wǎng)仍保留大量傳統(tǒng)配電開關(guān),在故障發(fā)生后可通過開關(guān)間的聯(lián)動控制實現(xiàn)故障隔離,并基于SOP 進(jìn)行實時負(fù)荷轉(zhuǎn)供,保障系統(tǒng)供電可靠性。

由于中國已基本完成了大規(guī)模城市配電網(wǎng)建設(shè),整體結(jié)構(gòu)以單聯(lián)絡(luò)為主,從現(xiàn)有接線模式向網(wǎng)孔型拓?fù)涞倪^渡過程中,也可以多組單聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),在關(guān)鍵位置采用SOP 替代傳統(tǒng)開關(guān)來完成網(wǎng)孔拓?fù)涞母脑臁２捎脝温?lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為基本架構(gòu)進(jìn)行改造,簡化了改造流程,更有助于中國當(dāng)前城市配電網(wǎng)的形態(tài)演進(jìn)。

3 網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的核心特征和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

3.1 核心特征

網(wǎng)孔型配電網(wǎng)具有典型的全系統(tǒng)柔性化特征,適合未來配電系統(tǒng)的建設(shè)需求,其核心特征包括如下3 個方面:

1）實現(xiàn)所有饋線間潮流的時序調(diào)節(jié)。未來配電網(wǎng)作為具有電能互動功能的公共平臺,饋線間需進(jìn)行能量動態(tài)交互?，F(xiàn)有配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中,饋線能量一般由上級電網(wǎng)供給或者來自聯(lián)絡(luò)饋線,較為單一的能量傳輸渠道使得全系統(tǒng)能量的實時互濟(jì)存在困難。網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)中,饋線間的能量通路數(shù)量更多,饋線間能量可選擇傳遞路徑更多樣,打破傳統(tǒng)柔性配電網(wǎng)受限于饋線地理分布導(dǎo)致可控范圍較小的局限性,易于實現(xiàn)大規(guī)模饋線間的能量互動。

2）滿足局部能量自治需求,實現(xiàn)源荷儲資源在網(wǎng)孔內(nèi)的自平衡。隨著DG 在配電網(wǎng)中接入比例的不斷提升,現(xiàn)有配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可調(diào)能力較弱,難以適應(yīng)大規(guī)模DG 的接入。網(wǎng)孔型配電網(wǎng)可基于網(wǎng)孔狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)網(wǎng)孔內(nèi)部DG、儲能與負(fù)荷間的動態(tài)平衡。同時,孔內(nèi)資源還可與微網(wǎng)進(jìn)行能量互動,實現(xiàn)相互支撐及協(xié)調(diào)優(yōu)化。當(dāng)網(wǎng)孔出現(xiàn)功率異?；虬l(fā)生故障時,可選擇合適的支援路徑,由上級電網(wǎng)對其施以功率支援使之恢復(fù)平衡。

3）可擴(kuò)展性較強(qiáng),便于配電系統(tǒng)的靈活規(guī)劃和改造。傳統(tǒng)配電網(wǎng)在擴(kuò)容或者改造時技術(shù)難度較大,經(jīng)濟(jì)成本高,往往需要對整個配電網(wǎng)進(jìn)行重新設(shè)計。網(wǎng)孔型配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),各饋線通過SOP 實現(xiàn)有機(jī)連接。因此,在進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、改造時,將更加便于實現(xiàn)整個系統(tǒng)在各環(huán)節(jié)的模塊化,可以根據(jù)待建設(shè)區(qū)域的實際情況調(diào)整規(guī)劃方案網(wǎng)孔的大小,其網(wǎng)架擴(kuò)展可等效為基本單元的增加,靈活方便且降低了難度,以有效應(yīng)對技術(shù)和政策層面的不可預(yù)見性。

3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)勢

基于3.1 節(jié)所述,網(wǎng)孔型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相較于其他網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具備高度可控性。本文從負(fù)荷承載和DG消納兩個角度,定量分析網(wǎng)孔型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。

為方便與其他網(wǎng)架結(jié)構(gòu)對比,傳統(tǒng)配電網(wǎng)采用圖1（b）所示兩分段兩聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu),柔性配電網(wǎng)采用圖3 所示環(huán)網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu),網(wǎng)孔型配電網(wǎng)采用圖5 所示矩形拓?fù)?。其?3 種結(jié)構(gòu)的饋線線路容量均為6.60 MV·A,線路長度為4.1 km,線路的單位自阻抗為0.22+j0.366 2 Ω/km,互阻抗為自阻抗的1%,SOP 容量為8 MV·A,負(fù)荷均勻分布,不同類型用戶的典型負(fù)荷特性曲線見文獻(xiàn)［29］。

3.2.1 負(fù)荷承載能力對比

負(fù)荷承載能力定義為在滿足相關(guān)約束并考慮不同類型用戶負(fù)荷時序差異的系統(tǒng)中各饋線承載負(fù)荷的能力［30］。負(fù)荷承載能力與供能能力不同,這是由于各類用戶的負(fù)荷時序不同,一個區(qū)域內(nèi)整體負(fù)荷水平不是各類用戶負(fù)荷的數(shù)值疊加。因此,以負(fù)荷承載區(qū)間描述配電網(wǎng)對各類負(fù)荷的供應(yīng)能力,更能有效反映配電網(wǎng)對不同類型負(fù)荷承載效果。

以配電網(wǎng)N-1 約束作為邊界條件,計算不同配電網(wǎng)的負(fù)荷承載區(qū)間。對比的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)均包含4 條饋線,故構(gòu)建的負(fù)荷承載區(qū)間為高維空間中復(fù)連通曲面體,無法直觀描述。因此,以負(fù)荷承載區(qū)間超體積［31］作為指標(biāo),定量描述負(fù)荷承載區(qū)間的大小。不同負(fù)荷類型數(shù)量接入下各形態(tài)配電網(wǎng)負(fù)荷承載區(qū)間超體積如表1 所示。

表1 負(fù)荷承載區(qū)間分析結(jié)果Table 1 Analysis results of load bearing interval

負(fù)荷承載區(qū)間的超體積反映了配電網(wǎng)中滿足N-1 安全的工作點所構(gòu)成空間的大小。由表1 可以看出,不論在何種接入場景下,環(huán)間聯(lián)絡(luò)柔性配電網(wǎng)的負(fù)荷承載區(qū)間超體積均大于傳統(tǒng)配電網(wǎng),這是由于傳統(tǒng)配電網(wǎng)以分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)配合進(jìn)行轉(zhuǎn)供時,只能整體或分段離散轉(zhuǎn)帶負(fù)荷,轉(zhuǎn)帶方案有限,無法充分利用線路容量,而環(huán)網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)3 條聯(lián)絡(luò)饋線的柔性聯(lián)絡(luò),故所包含的負(fù)荷承載區(qū)間將更大。

如表1 所示,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)超體積在不同負(fù)荷類型接入場景下負(fù)荷承載區(qū)間的超體積均為最大,這是由于網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)相較于環(huán)間接入結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)4 條饋線的互聯(lián),故在發(fā)生N-1 故障時可供轉(zhuǎn)供線路更多,所包含的負(fù)荷承載區(qū)間更大。

為方便觀察不同網(wǎng)架形態(tài)下負(fù)荷承載區(qū)間的大小,采用降維觀測方式對負(fù)荷承載區(qū)間進(jìn)行分析,具體計算方式見附錄A。饋線F4出口負(fù)荷設(shè)為4.5 MV·A,配電網(wǎng)饋線F1至F3的負(fù)荷承載區(qū)間如圖8 所示,各負(fù)荷承載區(qū)間的坐標(biāo)如附錄A 表A1 至表A3 所示。

圖8 配電網(wǎng)負(fù)荷承載區(qū)間Fig.8 Load bearing interval of distribution network

由上述例子可以看出,網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)釋放了更多聯(lián)絡(luò)通道容量資源及全部轉(zhuǎn)帶能力,對于負(fù)荷承載能力及不同類型負(fù)荷接入的適應(yīng)度更強(qiáng)。此外,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)具備更大的負(fù)荷承載區(qū)間,這意味著有更大的帶大負(fù)荷潛力及大范圍內(nèi)負(fù)載均衡能力,可以有效保障未來負(fù)荷的接入及配電網(wǎng)的高效運(yùn)行。

3.2.2 DG 消納能力對比

DG 的消納能力是指從配電網(wǎng)運(yùn)行的角度出發(fā),在電網(wǎng)互聯(lián)互通水平、運(yùn)行模式、源荷特性等約束 下 能 被 配 電 網(wǎng) 充 分 消 納 的DG 容 量［32-33］。DG 及負(fù)荷參與下的配電系統(tǒng)功率平衡調(diào)節(jié)過程遵循電力電量平衡原則。因此,可用DG 的容量滲透率定量衡量不同形態(tài)配電網(wǎng)對DG 的消納能力。

不同類型負(fù)荷接入下各形態(tài)配電網(wǎng)DG 滲透率的具體計算方式見附錄B。配電網(wǎng)中各條線路均包含10 個負(fù)荷,DG 均接入饋線F2末端的最后一個負(fù)荷,接入類型為光伏,計算結(jié)果如表2 所示。

表2 不同類型負(fù)荷接入DG 消納結(jié)果Table 2 Accommodation results of different types of loads accessing DG

由表2 可以看出,在4 種典型接入場景下,環(huán)間聯(lián)絡(luò)柔性配電網(wǎng)的光伏消納能力有一定提升,不僅能夠有效克服傳統(tǒng)配電網(wǎng)分段轉(zhuǎn)供的局限性,且SOP 的接入還可在端口處提供一定的電壓調(diào)節(jié)［34］,對于DG 的消納起到促進(jìn)作用。如表2 所示,依托網(wǎng)孔結(jié)構(gòu),網(wǎng)孔型配電網(wǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大DG 消納范圍,對于高比例DG 的接入將更加友好。

為更深入分析不同網(wǎng)架形態(tài)優(yōu)劣,在表2 所分析的1 種類型負(fù)荷接入基礎(chǔ)上設(shè)置不同負(fù)荷分布場景,進(jìn)一步對比各網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的DG 消納能力。設(shè)負(fù)荷分別為首端集中（首端負(fù)荷占比為70%）、均勻分布、末端集中（末端負(fù)荷占比為70%）3 種場景,此時各形態(tài)配電網(wǎng)DG 滲透率如表3 所示。

表3 不同負(fù)荷分布DG 消納結(jié)果Table 3 Accommodation results of DG with different load distribution

由表3 可以看出,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)相較于其他2 種配電網(wǎng)形態(tài),對于不同負(fù)荷分布下的DG 消納能力沒有變化,這是由于傳統(tǒng)配電網(wǎng)和環(huán)間聯(lián)絡(luò)柔性配電網(wǎng)在調(diào)節(jié)過程中均涉及階躍性調(diào)節(jié),而網(wǎng)孔型配電網(wǎng)可在全系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行柔性調(diào)節(jié),有效消除不同負(fù)荷分布的影響,對DG 消納有極大促進(jìn)作用。

綜上所述,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)在DG 消納方面相較于其他結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)更具優(yōu)勢,將有效保障“以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”的建設(shè)。

3.3 面臨挑戰(zhàn)

任何配電網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)都具有兩面性。盡管網(wǎng)孔型配電網(wǎng)有一系列優(yōu)勢,但在現(xiàn)有技術(shù)背景下,其實際應(yīng)用仍將面臨諸多挑戰(zhàn)。

3.3.1 經(jīng)濟(jì)問題

相較于饋線間閉環(huán)柔性配電網(wǎng)結(jié)構(gòu),網(wǎng)孔型配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)所需SOP 端口數(shù)量增加了50%,從當(dāng)前SOP 的技術(shù)發(fā)展及建設(shè)投資費(fèi)用來看,其建設(shè)成本較高,因此,經(jīng)濟(jì)性問題將成為網(wǎng)孔型配電網(wǎng)建設(shè)所需重點考慮的問題之一。但是,從長期發(fā)展來看,隨著電力電子技術(shù)的不斷迭代進(jìn)步,SOP 成本逐漸降低將成為必然趨勢。同時,通過合理的容量規(guī)劃,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的優(yōu)越性與經(jīng)濟(jì)性將逐步凸顯,成為未來配電網(wǎng)建設(shè)的重要方向。

3.3.2 調(diào)度問題

網(wǎng)孔型配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度需實現(xiàn)各SOP 與其他多類型設(shè)備（傳統(tǒng)控制設(shè)備及源荷儲新型調(diào)度設(shè)備）的多時間尺度協(xié)同,遵循“多時間級優(yōu)化協(xié)調(diào)、逐時間級細(xì)化”的調(diào)度原則,并通過多層協(xié)同調(diào)度架構(gòu),實現(xiàn)配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

基于網(wǎng)孔結(jié)構(gòu),網(wǎng)孔型配電網(wǎng)可根據(jù)實際運(yùn)行情況建立多目標(biāo)多時間尺度的區(qū)域自治協(xié)調(diào)控制策略,通過對網(wǎng)孔內(nèi)資源的主動調(diào)度促進(jìn)DG 的大規(guī)模消納,實現(xiàn)網(wǎng)孔區(qū)域內(nèi)的自治,同時還可根據(jù)實時信息反饋,與網(wǎng)孔外部電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)交互。

針對網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的調(diào)度框架,主要考慮日前-日內(nèi)-實時之間的配合,以實現(xiàn)DG 最大消納。在日前階段,基于DG 和負(fù)荷的日前預(yù)測確定運(yùn)行中儲能充放、有載分接開關(guān)（OLTC）擋位等離散量調(diào)度方案,并傳遞至日內(nèi)階段；在日內(nèi)階段,根據(jù)DG 和負(fù)荷短期預(yù)測結(jié)果,以單個時間斷面循環(huán)滾動的方式優(yōu)化SOP 各端口的控制策略,并傳遞到實時優(yōu)化階段；在實時階段,利用通信設(shè)備將各類運(yùn)行數(shù)據(jù)收集整理,實時調(diào)節(jié)SOP 各端口輸入輸出功率,由此實現(xiàn)全系統(tǒng)的自治-協(xié)同優(yōu)化調(diào)度,保障DG 消納需求。

綜上所述,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)在運(yùn)行層面的調(diào)度和控制相較于傳統(tǒng)電網(wǎng)更加復(fù)雜,同時對先進(jìn)通信技術(shù)的依賴度更強(qiáng)。但是,隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能等先進(jìn)數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展［35］,為網(wǎng)孔型電網(wǎng)調(diào)度控制提供了新的發(fā)展契機(jī),可有效保障網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 應(yīng)用場景

網(wǎng)孔型配電網(wǎng)相較于傳統(tǒng)電網(wǎng),具備更強(qiáng)的清潔能源消納能力。在實際電網(wǎng)建設(shè)中,DG 的接入可能較為分散,且與所連饋線負(fù)荷的時序特性在不同時刻有著不同匹配特征,可通過建設(shè)網(wǎng)孔型配電網(wǎng)實現(xiàn)多饋線間的實時功率互濟(jì),在全系統(tǒng)層面進(jìn)行源荷的動態(tài)平衡,保障清潔能源的高比例消納。

基于現(xiàn)階段中國電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)由于其建設(shè)經(jīng)濟(jì)性等問題,在全國范圍內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模推廣建設(shè)的條件尚不充分,需依托部分具備高比例清潔能源接入特征的典型示范區(qū)域,并結(jié)合中國、日本、英國等地開展的SOP 實際工程建設(shè)經(jīng)驗,通過示范工程的形式開展網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的工程實踐,為后續(xù)的大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

4 網(wǎng)孔型配電網(wǎng)研究展望

網(wǎng)孔型配電網(wǎng)為未來配電網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供針對性的思路,保障配電網(wǎng)的不斷發(fā)展和完善。本章圍繞網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及特征,對其未來的研究方向進(jìn)行總結(jié)展望。

4.1 多重因素影響下網(wǎng)孔型配電網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃展望

在實際配電網(wǎng)規(guī)劃中,由于DG、負(fù)荷、儲能等元素地理分布并不規(guī)律,所需構(gòu)建的網(wǎng)孔大小將呈現(xiàn)不規(guī)則形態(tài)。因此,基于多重因素影響的網(wǎng)孔型配電網(wǎng)規(guī)劃方法將成為未來研究的重要思路。

網(wǎng)孔型配電網(wǎng)規(guī)劃的核心將以網(wǎng)孔拓?fù)錇榧s束,充分考慮系統(tǒng)形態(tài)發(fā)展、運(yùn)行策略優(yōu)化、多主體互動等動態(tài)因素,全面而準(zhǔn)確地刻畫各因素的復(fù)合關(guān)系,并體現(xiàn)不同影響因素之間的耦合關(guān)聯(lián)與相互影響,求解得到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、SOP 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和位置容量等要素的最優(yōu)建設(shè)方案,為未來網(wǎng)孔配電網(wǎng)的實際規(guī)劃建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

綜上所述,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)具有“模塊化”特征,故其規(guī)劃的核心為確定網(wǎng)孔拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)。因此,基于網(wǎng)孔拓?fù)涞呐潆娋W(wǎng)規(guī)劃首先需以負(fù)荷的規(guī)模、DG接入位置及容量、儲能設(shè)施的建設(shè)約束等諸多方面約束為邊界條件,綜合考慮配電網(wǎng)的實際分布及建設(shè)需求及各方面的影響,以網(wǎng)孔拓?fù)浣ㄔO(shè)經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo),明確所需構(gòu)建網(wǎng)孔的大小及數(shù)量,為后續(xù)SOP 的選型及定容提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

作為網(wǎng)孔型配電網(wǎng)核心組網(wǎng)裝置,多端SOP 的端口容量將直接影響配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行及綜合經(jīng)濟(jì)性的實現(xiàn)。網(wǎng)孔型配電網(wǎng)中SOP 既承擔(dān)網(wǎng)孔內(nèi)功率流動的職責(zé),又須實現(xiàn)網(wǎng)孔與上級電網(wǎng)間的連接。因此,基于SOP 各端口容量規(guī)劃時須充分考慮上述職責(zé)間的復(fù)雜關(guān)聯(lián),確保其端口容量可滿足規(guī)劃目標(biāo)的實現(xiàn)。SOP 的規(guī)劃還須計及源-網(wǎng)-荷-儲交叉互動及多重影響因素,使規(guī)劃方案能夠?qū)崿F(xiàn)可控資源及核心裝置的充分挖掘和高效利用,提升方案的科學(xué)合理性,從而實現(xiàn)綜合效益的最大化,確保網(wǎng)孔型配電網(wǎng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性和可行性。

此外,配電系統(tǒng)規(guī)劃問題須與運(yùn)行問題高度耦合［36］,運(yùn)行過程將極大影響配電系統(tǒng)的規(guī)劃方案。因此,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的規(guī)劃過程中須內(nèi)嵌精細(xì)化運(yùn)行,考慮系統(tǒng)的復(fù)雜運(yùn)行策略、DG 及負(fù)荷的多重不確定性特征等多種復(fù)雜因素的動態(tài)影響,實現(xiàn)考慮動態(tài)運(yùn)行特征的多要素協(xié)調(diào)規(guī)劃。

綜上所述,基于網(wǎng)孔拓?fù)涞呐潆娋W(wǎng)規(guī)劃,面向未來配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的需求,通過準(zhǔn)確衡量網(wǎng)孔拓?fù)鋬?nèi)及網(wǎng)孔間的能量供需,實現(xiàn)DG、儲能、可調(diào)控負(fù)荷、SOP 等可調(diào)節(jié)資源的充分利用,避免資源浪費(fèi),實現(xiàn)上下協(xié)同、全局耦合的規(guī)劃,確保規(guī)劃方案在復(fù)雜不確定性環(huán)境下具備中長期的強(qiáng)適應(yīng)性。

4.2 自治-協(xié)調(diào)下網(wǎng)孔型配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行展望

促進(jìn)清潔能源消納是未來配電網(wǎng)的核心功能［37］,也是網(wǎng)孔型配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化的重要目標(biāo)。然而,相較于傳統(tǒng)拓?fù)涞呐潆娋W(wǎng),網(wǎng)孔型配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜,其運(yùn)行策略也將更加靈活。因此,制定一種自治-協(xié)調(diào)下網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行策略,有效應(yīng)對源荷多重不確定性因素擾動,保障新能源的高效利用,將成為未來研究的重要思路。

配電系統(tǒng)自身存在三相線路參數(shù)不對稱及三相負(fù)荷不平衡,同時隨著非全相并網(wǎng)DG 的日益增多,其三相不平衡特征更加顯著［38］。網(wǎng)孔型配電網(wǎng)中包含多組SOP,其三相功率靈活可控,將有助于緩解配電網(wǎng)三相不平衡［39-40］。因此,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)運(yùn)行策略制定時,須充分發(fā)揮SOP 三相功率靈活調(diào)節(jié)能力,改善因三相不平衡而導(dǎo)致的供電瓶頸。

網(wǎng)孔型配電網(wǎng)整體潮流將以孔內(nèi)流動為主,與上級電網(wǎng)間呈現(xiàn)弱連接。因此,圍繞網(wǎng)孔型配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化策略的制定須充分發(fā)揮其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢,通過控制網(wǎng)孔內(nèi)SOP 各端口的功率流動,以網(wǎng)孔內(nèi)清潔能源最大消納為目標(biāo),實現(xiàn)網(wǎng)孔內(nèi)部的平衡。同時,優(yōu)化策略須兼顧網(wǎng)孔外饋線和網(wǎng)孔的能量互動,在實現(xiàn)孔內(nèi)自治的前提下保障全系統(tǒng)的協(xié)調(diào),以實現(xiàn)最終的優(yōu)化目標(biāo)。

綜上所述,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)是一個高度融合多元主體的系統(tǒng),網(wǎng)孔內(nèi)部元素將具有多樣化特征,除包含大量DG 外,還接有各種可控負(fù)荷、微網(wǎng)等。由于這些設(shè)施的運(yùn)行特性靈活可控,其在網(wǎng)孔內(nèi)能夠與配電系統(tǒng)進(jìn)行雙向互動,通過調(diào)整自身的運(yùn)行計劃和狀態(tài)滿足電網(wǎng)需求。因此,圍繞網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的優(yōu)化策略須涉及微網(wǎng)等可調(diào)要素在運(yùn)行過程中的參與,實現(xiàn)對配電系統(tǒng)的主動、有效管理。

除上述圍繞SOP 制定優(yōu)化策略外,在建立自治-協(xié)調(diào)下網(wǎng)孔型配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行策略時還須將其他傳統(tǒng)調(diào)控手段進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)同控制,包括儲能、OLTC 等控制方式,從而釋放各種調(diào)控資源的調(diào)度潛力。

綜上所述,建立網(wǎng)孔型配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行策略時須考慮系統(tǒng)的局部自治和全局協(xié)調(diào)間的耦合關(guān)系,計及源-荷多元化、差異化、不確定、互動化等特征,制定促進(jìn)新能源消納等目標(biāo)實現(xiàn)的運(yùn)行策略,充分發(fā)揮網(wǎng)孔拓?fù)涞膬?yōu)勢。

4.3 網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的建模與仿真展望

數(shù)字仿真是網(wǎng)孔型配電網(wǎng)研究的重要支撐之一,對于其運(yùn)行機(jī)理、規(guī)劃設(shè)計、保護(hù)控制等問題的分析可以提供必要的工具和強(qiáng)有力技術(shù)支撐［41］,將有效支撐網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的工程投建和穩(wěn)定運(yùn)行。

從數(shù)字仿真角度看,包含大量DG 的網(wǎng)孔型配電網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)特性存在差異；大規(guī)模的SOP 接入使其控制邏輯、運(yùn)行特性、調(diào)度策略復(fù)雜程度驟升,加上系統(tǒng)本身包括眾多線性、非線性元件,結(jié)構(gòu)多樣,使得其仿真過程將呈現(xiàn)各元素相互耦合的復(fù)雜非線性特征。

對于網(wǎng)孔型配電網(wǎng)仿真分析,核心在于SOP 的元件等效建模,考慮各端口的差異化控制模式引入額外的增廣方程及狀態(tài)變量建立元件等效模型,結(jié)合換流器及其連接的線路與器件三相結(jié)構(gòu)的不對稱特征所導(dǎo)致的相間耦合,構(gòu)建精細(xì)化功率損耗模型,將交流網(wǎng)絡(luò)、直流網(wǎng)絡(luò)及換流器的模型涵蓋在統(tǒng)一的模型框架之下實現(xiàn)網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的運(yùn)行模擬。

作為一種全新的配電網(wǎng)形態(tài),網(wǎng)孔型配電網(wǎng)在其運(yùn)行過程中將包含DG、儲能、微網(wǎng)等新元素,在這些新元素的作用下,對其建模應(yīng)涵蓋結(jié)構(gòu)層面、設(shè)備層面等多層次、不同時間尺度,并根據(jù)不同的研究目的,建立各種元件在不同時間尺度下的仿真模型,并根據(jù)需要合理選擇仿真模型,從而保證仿真精度和效率。

基于網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的數(shù)學(xué)仿真中,SOP 作為秒級變化的設(shè)備,需采用更小的計算步長來滿足精度需求。同時,求解過程中涉及計算矩陣時變、步長間開關(guān)動作、數(shù)值振蕩等問題［3］,整個網(wǎng)孔型配電網(wǎng)仿真過程又涉及強(qiáng)非線性,使得求解嚴(yán)重受限。上述問題都將對網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的仿真計算提出新的挑戰(zhàn)。為此,須針對上述難點,對現(xiàn)有仿真方法進(jìn)行優(yōu)化,在保證算法穩(wěn)定性的同時改善網(wǎng)孔型配電網(wǎng)仿真的計算精度與速度。

綜上所述,圍繞網(wǎng)孔型配電網(wǎng)進(jìn)行建模仿真分析,須圍繞其網(wǎng)孔型拓?fù)涞膬?yōu)勢及應(yīng)用有效性的驗證開展。通過設(shè)備建模與仿真計算,驗證或修正網(wǎng)孔型配電網(wǎng)在規(guī)劃設(shè)計、優(yōu)化運(yùn)行、控制保護(hù)等多方面方案,為網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的實際應(yīng)用創(chuàng)造條件。

5 結(jié)語

本文延續(xù)蜂窩狀配電網(wǎng)的設(shè)想,提出了一種以網(wǎng)孔拓?fù)錇榛A(chǔ),實現(xiàn)全系統(tǒng)柔性閉環(huán)運(yùn)行的網(wǎng)孔型配電網(wǎng)。針對網(wǎng)孔型配電網(wǎng),提出了其改造方式及核心特征,從負(fù)荷承載能力和DG 消納能力兩個角度定量分析了網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的應(yīng)用潛力,探討了后續(xù)研究中可能涉及的新難點和新問題,并得出了以下結(jié)論:

1）本文提出的網(wǎng)孔型配電網(wǎng)拓?fù)渚哂腥到y(tǒng)多方向連續(xù)調(diào)控能力,并依托網(wǎng)孔結(jié)構(gòu),實現(xiàn)網(wǎng)孔內(nèi)的自治和與上級饋線間的雙向互動。該拓?fù)渑c傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比,具有調(diào)節(jié)范圍更廣、負(fù)荷承載水平更高、消納新能源能力更強(qiáng)、擴(kuò)展靈活性更高等諸多優(yōu)點。

2）本文同時對所提拓?fù)湓诙嘀匾蛩赜绊懴碌膮f(xié)同規(guī)劃問題、自治-協(xié)調(diào)下的優(yōu)化運(yùn)行問題及建模與仿真問題中涉及的新方向進(jìn)行了總結(jié),并提出了相關(guān)的研究思路,從而為后續(xù)圍繞網(wǎng)孔型配電網(wǎng)的研究提供參考。

本文提出的網(wǎng)孔型配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為未來新型配電系統(tǒng)形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究與實際構(gòu)建提供了思路與方案。網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)雖不一定為最優(yōu)的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),但其為未來配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的演化提供了一種可能路徑。隨著電力電子技術(shù)、通信技術(shù)以及相關(guān)理論研究的不斷進(jìn)步,網(wǎng)孔型配電網(wǎng)在未來將得到更廣泛的應(yīng)用。

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