多端柔性直流設備探究

潘聃

摘 要：多端柔性直流設備在中壓配電網中接入時，需要考慮對潮流的連續控制，但在實際應用中，這樣的方式方法必須跟上實時的變化，從而實現連續的意義。對于目前裝置的評估，要從多方面進行，不能只分析可靠性，還應該認真分析該裝置對系統網損、設備利用率及電流水平的影響。

關鍵詞：優化；智能電網；配電網；柔性直流

1 應用背景

隨著社會經濟的發展，用戶對可靠性及供電質量的要求與日俱增，配電網層面的改革需要進行智能化的發展，也因此受到關注，可以說，配電網智能化是未來發展的趨勢和潮流。作為電網建設的重點，除了要加強配電自動化整體建設外，還要集中在較大的城區配電網。總體而言，一次二次設備的基礎規模都比較大，整體投資相對較多，但相比較而言，城市電網發展較發達，設備運用更加合理，一方面由于城市人口眾多，政治經濟地位顯著，另一方面，城市電網的投資相對電力企業性價比更高。相比而言，農村配電網建設相對落后，饋線一般仍為輻射狀結構，末端聯絡線較少，結構可靠性較低，若進行大規模的自動化升級，將更加難以回收投資。但不久的將來，隨著電氣設備成本的降低。電子設備的更加先進和智能，未來大規模應用智能設備的時代終將來臨，因此，文章提出一種適合中壓配電網優化運行的多端柔性直流設備，并對其應用方法進行初步探究。

2 多端柔性直流設備及其工作原理

典型的配電網多端柔性直流裝置（MFDC）的拓撲結構如圖1所示，以三端裝置為例。

如圖1，MFDC內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。在饋線普遍形成聯絡結構的城市電網中，多條饋線的末端往往在開閉站內相連，如圖2所示。MFDC在配電網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施。而對于聯絡較少的農村配電線路，安裝MFDC相當于直接增加了“柔性”的開閉站，使得饋線之間形成聯絡。

圖1與圖2所示結構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的。MFDC的潮流連續可控特性是其應用的基礎。當前的中壓配電線路即使已經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絡重構實現。在這個過程中，開關的操作速度、頻率由于開關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低于MFDC。下面將具體分析MFDC在配電網中的應用的效果。

3 應用效果分析

3.1 建設環境

隨著城區建設改造力度的加大，中心城區用電負荷快速增長，但電網在建設過程中受外界影響十分嚴重：一是電力設施建設用地選址難、征地難。隨著城市建設的進一步發展，電力設施建設用地選址難、征地難的矛盾日益突出，變電站建設進度得不到保證，供電壓力無法有效緩解。二是電力線路建設困難。電力線路建設過程中線路走廊選擇困難，實施時阻力較大，造成線路建設進度遲緩或110kV變電站建成后送出困難，過負荷線路無法盡快解決。三是外力破壞引發的故障占電網故障總數比例從2007年的51.2%上升至2009年的66.7%，對電網安全運行和國民經濟發展造成嚴重影響。

3.2 提高可靠性和線路負載率

（1）電網規劃沒有納入各級政府的城市整體規劃與土地利用總體規劃之中，造成規劃脫節，實施被動，建設艱難。變電站建設選址、選線始終處于“一事一議”的狀態。項目征地和建設過程中沒有政府部門的統一協調，推進困難，支持電網長遠發展的工作機制亟待形成。（2）電網規劃與城市規劃尚未形成有機互動。電網規劃作為城市規劃的重要組成部分，必須服從于、服務于城市總體規劃，并隨著城市功能定位的調整及時修訂。與傳統故障恢復過程相比，基于MFDC的恢復操作有兩大優點：a.由于負荷轉移是即時的，不需要先跳開故障線路出口斷路器，因此不會出現短時停電；b.負荷可以由其他饋線按照某種優化原則轉帶（例如負載最均衡），且通過MFDC的潮流控制很容易實現。因此，MFDC可以實現配電網的閉環運行，并克服短路電流約束問題，提高系統可靠性。

3.3 改善電壓與電能質量

（1）具有充足的供電能力，能滿足國民經濟增長和城市社會發展對負荷增長的需求，有利于電力市場的開拓和供售電量的增長。（2）網架結構堅強合理、分層分區清晰，有較強的適應性，并具備一定的抵御各類事故和自然災害的能力。（3）高壓配電網與上級輸電網相協調；各級變電容量相協調；有功和無功容量相協調；二次規劃與一次規劃相協調；各級短路水平控制在合理范圍。（4）輸、變、配電投資規模達到經濟合理、比例適當，更好地體現配電網的社會效益和企業效益。（5）設計標準規范，設備優良可靠、智能化水平高，技術先進適用，體現區域差異，技術經濟指標合理，與社會環境相協調。（6）規劃電網及設備應具有較強的擴展性，滿足建設統一堅強智能電網的要求。

3.4 無功補償原則

（1）無功補償裝置應根據分層分區、就地平衡和便于調整電壓的原則進行配置。可采用分散和集中補償相結合的方式：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、降低線路損耗；集中安裝在變電站內的無功補償裝置有利于穩定電壓水平。（2）裝設在變電站處的電容器的投切應與變壓器分接頭的調整合理配合。（3）大用戶的電容器應保證功率因數大于規定的數值，并不得向系統倒送無功。（4）應從系統角度考慮無功補償裝置的優化配置，以利于全網無功補償裝置的優化投切。（5）在配置無功補償裝置時應考慮諧波治理措施。

4 結束語

該系統不僅極大的提高了配電網綜合系統的整體可靠性，從而讓配電網的主要消耗、穩定性、供電質量等指標進一步強化。目前，我國農村電網發展還處于較為落后的階段，配電自動化的應用也很不發達，尚需普及。對于提高電網性能，對于引入文章裝置可以降低投資。后續工作應針對潮流控制策略、裝置的選址定容以及緊湊化設計等方面展開。