劉建國

（國網(wǎng)四川省電力公司廣安供電公司）

0 引言

因近些年不斷發(fā)展壯大的全世界新能源產(chǎn)業(yè)，為首的代表主要有太陽能和風(fēng)能分布式電源，它們在公眾中廣受關(guān)注并且得到普遍使用。除此之外，迅速增長的分布式電源、大量接入電網(wǎng)的電動汽車，在新基礎(chǔ)建設(shè)推動下的大規(guī)模建設(shè)的數(shù)據(jù)園區(qū)，不斷變化的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，越來越多樣化的負荷特性，上述情況在運行配電網(wǎng)時發(fā)揮了不同程度的作用。主要表現(xiàn)為：負荷劇烈且頻繁的波動、流向日益復(fù)雜的有功功率和無功功率、預(yù)測難度大的短路電流、難以挑選的設(shè)備型號、電壓超過限度等有關(guān)電能質(zhì)量的問題日趨增多。

1 柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的主要裝備和技術(shù)

1.1 軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)

柔性互聯(lián)配電網(wǎng)對于軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)展開研究是個必不可少的步驟。在常規(guī)聯(lián)絡(luò)開關(guān)處的電力電子裝置是安裝軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)的重要部位，在此處安裝軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)可以精準地對它兩邊所連饋線間輸導(dǎo)的有功功率進行有效控制。具有代表性的軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)，例如雙端背靠背VSC，主要構(gòu)成要素是兩個背靠背VSC，借助電容器并聯(lián)于中間直流側(cè)。在軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)基礎(chǔ)上的柔性互聯(lián)配電網(wǎng)主要特點就是其自我優(yōu)化功能的高度智能，不僅如此，恢復(fù)故障的速度之快也是其強項技術(shù)之一。軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)將常規(guī)的配電網(wǎng)閉環(huán)技術(shù)和開環(huán)運行的供電方式完全改變了，這是核心的裝備用于建成全面可控的柔性互聯(lián)配電網(wǎng)。

1.2 柔性環(huán)網(wǎng)的控制裝置

柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置能夠視作為一個迷你型、直流輸電系統(tǒng)，在一個箱子里面可以安裝整流裝置和逆變裝置，交流線路連接兩端，同時還能夠運行數(shù)條饋線合成的閉合網(wǎng)絡(luò)。在柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置不使用時，能夠視為常規(guī)配點線路的系統(tǒng)，在一般情況下接線都是使用單環(huán)網(wǎng)或者是雙環(huán)網(wǎng)，同時使用開環(huán)運轉(zhuǎn)。在柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置使用時，在無異常的情形下，系統(tǒng)能夠在數(shù)條不一樣配電線路間實現(xiàn)閉環(huán)運作。在異常的情形下，可以完成負荷的迅速轉(zhuǎn)移，同時無縫連接數(shù)條饋線和就地?zé)o功補償負荷。除此之外，還可以準確控制各端口的有功和無功功率，進而實現(xiàn)對電網(wǎng)側(cè)潮流的改變和優(yōu)化控制，同時將設(shè)備的應(yīng)用率和供電的穩(wěn)定性提高。

1.3 電力電子的變壓器

電子電力變壓器也可以稱作固態(tài)變壓器或者智能變壓器。它作為一個新研發(fā)的電子電力設(shè)備，與電力電子元件和高頻變壓器聯(lián)合，相比于常規(guī)工頻交流變壓器，擁有更多的功能。電力電子變壓器的重要技術(shù)主要有調(diào)制和軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)技術(shù)、控制電壓、電流和功率等電器的技術(shù)和保護故障技術(shù)等，這對于電子電力變壓器的電氣功能和穩(wěn)定性發(fā)揮著極其重要的作用［2］。

2 柔性互聯(lián)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)和運行控制技術(shù)

2.1 柔性互聯(lián)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)

不一樣的電能形式、電壓等級的配電網(wǎng)互聯(lián)供給了柔性接口辦法普遍會使用到軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)等電力電子設(shè)備和技術(shù)，進而能夠讓配電系統(tǒng)呈現(xiàn)出許多不一樣的新形態(tài)，例如多斷交流混合形式和蜂窩狀等，然后在未來高滲透可再生能源和多類型負荷情況下能夠更進一步地滿足多樣化的接入要求。除此之外，柔性互聯(lián)配電網(wǎng)可以在一定程度上將系統(tǒng)運行性能的可靠性提升，還有利于彌補常規(guī)配電網(wǎng)的不足，主要是體現(xiàn)在控制潮流、控制電壓無功、治理電能質(zhì)量的安全性和韌性提高等方面。

2.1.1 多端柔性交直流混合配電網(wǎng)

普遍使用柔性互聯(lián)關(guān)鍵電力已經(jīng)成為如今的主要趨勢，隨之而來，配電網(wǎng)的供電形式正在以交直流混合形式漸漸取代常規(guī)交流系統(tǒng)，與此同時，結(jié)構(gòu)形態(tài)也由多端互聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)發(fā)展替代了常規(guī)的放射性發(fā)展［3］。多端柔性交流直流混合配電網(wǎng)在柔性直流技術(shù)的基礎(chǔ)之上不僅有助于靈活接入多種分布式電源和負荷，還有可能在以后成為配電網(wǎng)的主要形式。當前，在我國已經(jīng)有多個示范工程建設(shè)完成，包含了貴州五端柔性交直流配電網(wǎng)示范工程、廣東珠海多端交直流混合柔性配電網(wǎng)互聯(lián)工程等。與此同時，在北京延慶智能交直流配電網(wǎng)示范工程中同樣也是應(yīng)用到了柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置，上述的這些示范性工程，其建成不僅使配電網(wǎng)閉環(huán)運行、系統(tǒng)故障分析與自愈控制、能量優(yōu)化等這些重要技術(shù)得到突破，還獲得豐富的實踐經(jīng)驗，促使將來的配電網(wǎng)以交直流互聯(lián)形式為主進一步發(fā)展［4］。

2.1.2 蜂窩狀配電網(wǎng)

普遍應(yīng)用的多端柔性開關(guān)使得將來的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)將很有可能會演化為以蜂窩狀配電網(wǎng)為主的結(jié)構(gòu)形態(tài)。蜂窩狀配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要是通過柔性控制裝置將數(shù)條六邊形饋線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)形成，不僅具備極高可控性和靈活性的全網(wǎng)潮流傳輸控制，同時還可以在面對各類型分布式發(fā)電單元、微電網(wǎng)單元、以及各電壓等級的交流和直流配電網(wǎng)的時候，自行組織適應(yīng)。由于蜂窩狀配電網(wǎng)的供電可靠性和靈活性極高，能夠不同供電單元或區(qū)域，以電網(wǎng)運行狀態(tài)依據(jù)，完成自組織互聯(lián)或隔離工作。在蜂窩狀配電網(wǎng)的自組織結(jié)構(gòu)構(gòu)成中，柔性互聯(lián)控制裝置有著十分重要的影響。可是從另一個角度出發(fā)，因為蜂窩狀配電網(wǎng)互聯(lián)環(huán)節(jié)繁雜，所以在運行出現(xiàn)異常或者是故障的情況，導(dǎo)致功率流向與故障情形同樣也會非常繁雜，最后可能會給控制配電網(wǎng)系統(tǒng)和配置保護工作帶來巨大壓力。

2.2 柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的運行控制的重要技術(shù)

柔性互聯(lián)配電網(wǎng)運行控制的第一特點就是雙向主動調(diào)節(jié)潮流。使用軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)、柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置等柔性開關(guān)設(shè)備能夠精準不間斷地優(yōu)化調(diào)整配電網(wǎng)的潮流，進而時效性和準確化的潮流主動優(yōu)化能力將體現(xiàn)在系統(tǒng)設(shè)備中。柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的調(diào)節(jié)配電網(wǎng)潮流技術(shù)主要有下列三點問題：①當分布式電源和負荷功率出現(xiàn)異常情況時，例如：時序波動，需要有效利用柔性開關(guān)設(shè)備的功能，與此同時，為平衡配電網(wǎng)功率和支援不同子網(wǎng)間的功率工作，可以采用多目標魯棒優(yōu)化等方法。②柔性開關(guān)設(shè)備主要有軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)、柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置等這些設(shè)備造價昂貴，成本極高，因此，需要充分利用配電網(wǎng)中另外的可調(diào)資源和聯(lián)合優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)等控制手段，進而實現(xiàn)潮流優(yōu)化調(diào)節(jié)策略最優(yōu)化的目的。③當配電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況，可以以柔性開關(guān)設(shè)備的迅速可調(diào)節(jié)性為依據(jù)，防止轉(zhuǎn)移和演變異常電流，進而達到配電網(wǎng)的故障自愈的目的。由此可見，在異常情況下需要對于配電網(wǎng)的柔性開關(guān)設(shè)備的平滑快速切換和故障電流主動抑制策略進行提前研究分析和制定計劃。

3 探索柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的發(fā)展問題

分布式電源生成的電能一般為直流電或者是能夠通過簡要整流之后成為直流電，柔性負荷驅(qū)動就是應(yīng)用的直流電，由此可見，就某種意義而言，直流對于柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的發(fā)展起到了一定促進作用。可是因為接入了高滲透率分布式電源和柔性負荷，導(dǎo)致了電源、負荷的不穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)運行的難度系數(shù)加大，當前柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的問題還需要再進一步地探討［5］。

3.1 接入分布式電源的方案問題

分布式電源的方案主要有兩種，分別是多數(shù)集中接入和分散接入。如果想要最大容量地接入全網(wǎng)分布式電源，在自由接入分布式電源的網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點時，怎樣明確分布式電源的最優(yōu)方位，采取怎樣接入的方式在容量組合及與其相配合的軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)時，上述情形都是需要高度重視的問題。

3.2 并網(wǎng)消納分布式電源問題

分布式電源是一種間斷式的能源，同時大規(guī)模接入配電網(wǎng)，這將會導(dǎo)致很多問題，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定、電能質(zhì)量和繼電保護等方面，對開展并網(wǎng)消納的工作有著非常重要的影響。聯(lián)合動用微電網(wǎng)和柔性互聯(lián)技術(shù)對于開展分布式電源消納的工作十分有利，可是怎樣協(xié)調(diào)優(yōu)化是該問題解決的核心。

3.3 電力電子技術(shù)和柔性互聯(lián)關(guān)鍵裝備成本問題

由于如今的電力電子技術(shù)和柔性互聯(lián)關(guān)鍵裝備的限制性，所以當前的軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)的工程建造技術(shù)還不成熟且建造價格昂貴，可是它在分布式電源和柔性負荷整體中所占投資金額的比重不大，但是分布式電源消納能力的提升方面帶來的效益是十分顯著的。由此可見，將來如果換流器技術(shù)和裝備不斷地更新升級，與此同時，其應(yīng)用價格降低，配電網(wǎng)柔性互聯(lián)在將來一定會得到普遍應(yīng)用。接入高滲透率分布式電源和柔性負荷時，應(yīng)該對于增量配電網(wǎng)改革、能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、低壓智能配電網(wǎng)絡(luò)拓展等新形勢下柔性互聯(lián)配電網(wǎng)發(fā)展的重要技術(shù)問題進行深層的分析研究，進而有望在柔性互聯(lián)技術(shù)的條件下促進將來的智慧配電系統(tǒng)進步。

4 結(jié)束語

在將來的智能能源接入條件下，為了實現(xiàn)發(fā)展與運行調(diào)控配電網(wǎng)目的，柔性互聯(lián)關(guān)鍵裝備和技術(shù)提供了有效靈活的技術(shù)保障。由于不斷成熟的電力電子技術(shù)和較低的制造成本，在大規(guī)模范圍之內(nèi)配電網(wǎng)更新升級中，柔性互聯(lián)裝備有著非常重要的影響。由此可見，開發(fā)和研究軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)、柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置、電力電子變壓器等柔性互聯(lián)裝備是必不可少的環(huán)節(jié)，與此同時，以低成本為首要條件，使其運行的可控性提高，然后，以柔性互聯(lián)關(guān)鍵裝備為基礎(chǔ)，重點探討配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)與運行控制的重要技術(shù)，除此之外，加速重要技術(shù)從理論到實踐的推廣步伐，最終環(huán)節(jié)當