交直流混合配電網規劃運行關鍵技術研究

王子馳

摘 要：電力作為我國重要的能源和資源，一直在人們的生活、生產中發揮重要作用，而真正推動電力能源予以更好應用的重要因素之一便是配電網作用的發揮。交直流混合配電網已經成為配電網系統發展的重要趨勢和發展方向，通過其運行中關鍵技術的分析研究，可以促使配電網系統的可靠發展，實現電力系統的優化建設。本文就交直流混合配電網規劃運行關鍵技術進行分析研究，希望可以為配電網系統的發展提供借鑒。

關鍵詞：配電網 交直流混合配電網 網架結構 優化規劃

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（b）-00-02

1 交直流配電網網架規劃研究意義

隨著社會經濟的快速發展也帶來了用電量的越來越大，因此，也帶動了供配電技術的不斷發展。目前，在現實中所應用的配網結構、負荷控制、系統操作等方面的技術含量越來越高。盡管如此，我國的配電技術發展速度還是跟不上經濟建設發展速度，配電網的更新升級速度較慢，常規的交流配電技術發展應用水平不高，不能夠較好地滿足經濟建設的需要。網架布局落后、設計不合理等問題導致供電能力較低，造成的成本消耗較大的現狀。作為新技術的DG研發使用，這將更加充分地暴露出常規配電技術在應用中的缺陷。對于目前DS的發展階段來看，柔性直流互聯技術的應用還存在不成熟的地方，需要在是否適用于配電網的運行進行完善的研究論證。在這種背景下，就要首先解決交直流配電網的優化規劃問題，這是配電網結構升級的技術關鍵，而具體的電網網架優化設計方法是研究的重中之重，明確交直流的應用場景具有豐富的應用價值。

2 交直流混合配電網規劃運行關鍵技術

2.1 交直流混合配電網優化規劃技術

交直流混合配電網的優化規劃是配電網結構設計亟需解決的核心問題，如果得到了較好的解決，那么交直流混合配電網應用可行性也就也就實現了大的突破。目前關于交直流混合配電網優化規劃研究，主要傾向于傳統交流配電網規劃的改良，并嘗試應用于特殊的應用場景。而對于城市交流配電網的擴建方面的交直流混合配電網的應用方法研究的成果還不是特別豐富。由于優化問題必須要滿足優化變量、優化目標和約束條件這3個因素，交直流混合配電網的規劃模型具有獨特性。模型的優化量變需要考慮直流源、荷以及柔性直流裝置的位置和容量等因素；另外，也可以嘗試與交直流混合配電網調度運行方式進行結合來增加優化變量。

對于優化的目標而言，經濟適用性和運行質量的安全可靠還是主要的評估標準。經濟實用型評估主要圍繞在使用周期內的資金成本的投入、回收以及運行成本的核算問題。交直流混合配電網所配備的柔性直流互聯裝置部分由于安裝的成本較高，需要在更加充分的核算論證的基礎上進行優化。而直流線路部分則建設時間較長，而且會隨著直流子系統的不斷完善而逐步遞增，因此要分階段對其進行經濟評估。而交直流混合配電網的運行質量評估主要集中在柔性直流設備的安全質量運行方面，并考慮其在直流子系統的配合下所體現出的運行質量。而目前所開展的研究主要集中于單項指標優化。但是這種研究所提供的信息不夠充分，因此，多目標優化將是未來研究的必然趨勢。

2.2 交直流混合配電網調度與控制技術

2.2.1 交直流混合配電網的調度方案

交直流混合配電網的調度方案的制定應當根據分布式電源、儲能設備和實際的負荷特性等因素來進行。由于交直流混合配電網相比于傳統配電網具有明顯的不同，所以兩者的調度方式也存在較大差異，交直流混合配電網可在柔性互聯裝置的輔助下，實現更大區域范圍的靈活調動。目前在此方面的研究存在較大的不足，研究領域更加傾向于柔性交直流混合電網的最優潮流方面。有的學者采用遺傳算法、牛頓法和二階錐規劃的技術方法對交直流混合電網OPF問題進行了研究論證。內點法在電力系統的優化中比較常見，有的學者在此基礎上建立了交直流混合電網內點法OPF應用模型，這對實際應用起到較大的推動作用。建立在OPF研究的基礎上，部分專家學者已經考慮并實際做出了多時段狀態下交直流混合電網調度問題的研究，運用的方法包括通過對模型進行簡化處理來降低求解難度、對算法進行分解優化，把復雜的問題劃分成幾個部分來進行求解等。對于上述的研究，按照分布式理念來進行交直流混合配電網的優化調度方案的優化研究的方法最具可行性，因為第一，交直流混合配電網的內部結構分區設置比較清晰，這就容易對各個優化部分進行劃分，而且柔性直流換流站具有較強的功率控制能力，可以利于不同部分研究建模難度的降低和求解；第二，交流配電網區域內部可以保持相對獨立的運行，這就方便對控制系統進行優化設置，分布式優化還可以利用各區域的獨立運行能力，實現一并的計算；第三，分布式的優化理念，可以使得配電網內的信息傳遞距離得到控制，降低了通信的需求壓力，還可以有效地確保信息傳送的安全。

2.2.2 交直流混合配電網的協調控制策略

多端柔性直流配電網將會是交直流混合配電網應用研究的重要問題部分，其協調控制策略具備的可靠性能夠直接影響交直流混合配電網的安全運行。多端柔性直流配電網的運行控制一般采取分層的形式，其中包括系統級控制和換流站級控制，其中系統級控制主要用來確保直流電網的功率平衡和電壓穩定，換流站級控制實主要用來確保各個換流站與上級運行指令保持同步，并對運行點進行及時的調整。那么，由系統級控制、換流站級控制與調度級控制就組成了交直流混合配電網的調度控制系統。其中，系統級控制可以深入分為一次和二次控制層。二次控制層能夠對一次控制中的錯誤信息進行清除，從而實現多端柔性直流系統的優化運行。

系統級一次控制是依靠對各個換流站之間的控制模式進行設置來實現，主要包括主從控制、電壓偏差控制和下垂控制等。其中電壓偏差控制模式以及下垂控制模式具備更強的可靠性和更廣的運行范圍，所以受到廣泛的肯定。

矢量控制是實現換流站級控制所采用的主要技術方式，由坐標變換功能使abc坐標系轉為dq坐標系，以達到直接控制有功、無功功率的效果。常見的矢量控制形式是在比例—積分控制器的應用基礎上所設計出來的。該類控制器在運行中存有因運行點變化過大而造成控制效果不穩定的缺陷，針對此情況，很多研究者對其進行了改良，以不斷完善控制效果。此外，有的研究者受到VSC換流器的非線性數學模型的思維啟發，發明出非線性控制策略，這種策略不會因某一個運行點發生改變而影響控制器整體效果，從而實現更加優化的控制效果。

3 結語

做好交直流混合配電網規劃運行關鍵技術的分析研究，才能夠讓配電網的發展越來越好，配電網的網架結構、優化規劃方法、調度控制方法都是其中影響配電網規劃運行的重要及關鍵技術，都是需要高度重視的方面。相關人員更加需要從實際情況出發，做好交直流混合配電網規劃運行關鍵技術的研究分析，讓配電網系統的發展越來越好。

參考文獻

[1] 王偉.交直流配電網網架優化規劃及典型應用場景研究[D].北京交通大學，2018.

[2] 陳瀟鵬.交直流配電網優化運行關鍵技術及仿真研究[D].東南大學，2017.

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