直流配電網運行控制關鍵技術研究綜述

李洋

摘要：近年來，配電網“源荷”的直流特征日益明顯，相比于交流配電網，直流配電網更利于光伏等直流電源以及電動汽車等直流負荷的接入。另一方面，城市用電負荷日益密集，交流配電網面臨線路走廊緊缺、供電容量擴展受限的問題，而直流配電網能有效提高供電容量。因此本文就上述論點對直流配電網運行控制關鍵技術研究進行研究。

關鍵詞：直流配電網;運行控制;關鍵技術;研究綜述

引言

直流配電網運行控制，難以獲得直網整體安全性測度與工作點安全裕度，不利于實現直網安全態勢感知和預防控制。

1城市能源互聯網的典型架構

城市作為區域用能中心，具有多能供應、多網融合、設備多樣、場景復雜、交互頻繁、規模量大等特征，對能源網絡的可靠性、安全性、穩定性及效率要求較高，存在節能減排、降低能源消費成本的實際壓力，亟需突破傳統能源供給、傳輸、消費的模式，發展城市能源互聯網將推動城市能源供應體系的結構性改革和能源產業升級。為了支撐城市能源變革，推動城市能源互聯網的發展，促進新能源發電、直流配電網、多能互補等技術的示范落地，構建面向能源消費革命、具有廣泛示范意義的“互聯網+”智慧能源新模式。

1.1基礎物理層

綜合能源網絡，消費側優質高效綜合供能為框架，實現多種能源類型的優化互補，支持冷/熱/電三聯供，支撐從生產到消費的全方位、全時段覆蓋，呈現多元化、綜合性的互聯網服務業態;新型直流配用電網絡為基礎，實現新能源和電動汽車的靈活接入和高效運營，構建支持新能源和電動汽車即插即用的能源互聯局域網。

1.2信息數據層

實現配電網、分布式發電、儲能、用戶用能監控云數據采集、傳輸和挖掘，為高端應用提供數據支撐，采用智慧能源測控終端，利用大數據技術，形成數據資產，助于預測與決策，將“業務驅動”轉向為“數據驅動”，為需求響應、能源運營管理、分布式發電云監控提供信息支撐。

1.3應用管理層

開展多能流協同能量管理，提升終端能效;開展用戶雙向互動的需求響應，實現用戶需求響應，支持用戶自主的能效管理;為用戶提供多樣化增值服務，實現用戶多角色互動，創新基于互聯網思維的能源商業模式;開展智慧能源運營管理，實現能源靈活自由交易，推動建成有效競爭的能源市場零售交易體系。

2直流配電網運行控制關鍵技術

1）電網與主城區電網聯絡較弱;

2）變電站存在主變N-1后過載問題;

3）近年來負荷增長較快;

4）供電半徑過長，線損較高。因此，通過建設性直流配電網工程可實現變電站母線互聯，極大增加區內電網事故備用容量和負荷轉供能力，并提高該片區供電可靠性和供電質量，對于優化現有電網的運行和提高可靠性具有重要意義。當前國內外性直流配電網研究主要集中在低壓微電網、能源路由器、多換流閥共母線供電等場景，真正從電力系統角度對直技術的研究十分有限。

工程應用存在的主要技術難題有：

1）缺乏對直流配電網層級、結構、功能的深入研究，系統性能指標、接線與參數選擇、絕緣配合、控保策略等設計難題亟待解決;

2）核心功率器件技術受制于人，關鍵裝備研發體系不完善，性能、效率和集成度不高;

3）缺乏有效應對慣性低、暫態特性復雜、故障隔離困難的技術手段，以及支撐與交流電網、源網荷儲協調高效運營的控制策略。因此，基于能源互聯網示范區整體功能結構，制定了直流配電網運行控制關鍵技術路線。

需要突破直流配電網運行控制的系統規劃、運行控制、故障保護等關鍵技術，研制關鍵設備，并通過示范應用，驗證關鍵技術和關鍵設備的可行性和先進性，推動直流配電網運行控制發展。

2.1系統規劃

為解決城市配電系統擴容難問題，提高配電利用率，需研究城市直流配電網運行控制的網架結構，能夠支撐多源多荷的高效靈活接入，實現各分區潮流靈活可控、負載率均衡;需綜合考慮最優潮流、最小線損、分布式電源充分利用等因素，研究城市直流配電網運行控制源荷優化配置方案;需研究適用于城市直流配電網運行控制綜合評估方法。

2.2運行控制

直流配電網運行控制需研究城市直流配電網供需靈活接入方法和接口形式，支撐多源多荷的靈活高效接入;需研究城市直流配電網運行控制的潮流優化控制算法，實現配網各分區潮流靈活可控;需研究城市直流配電網運行控制的多能互補優化運行算法，支撐多能互補利用;需研究城市直流配電網運行控制的電能質量治理方法，保障高品質電力供應。

2.3故障保護

直流配電網運行控制的結構多樣，故障特性復雜，需研究城市直流配電網運行控制的故障機理及特性，提出城市性直流配電網的故障識別及定位方法，給出城市直流配電網運行控制的保護分區及配置方案，以保證其安全可靠運行。

2.4關鍵設備

直流配電網運行控制關鍵設備方面需研制性多端口直流變壓器、中壓多端口直流斷路器、性多端口多狀態開關。具體地，需研究其基本原理，提出其關鍵參數、拓撲結構和技術總體方案，進而研制其工程樣機，掌握其系統集成和調試方法，建立其在不同運行工況下的性能與功能測試體系。通過關鍵設備研制，提高性直流配電網的電能傳輸與變換效率，提升性直流配電網的故障處理和控制保護水平，實現性直流配電網的安全可靠穩定運行。綜上所述，通過支撐城市能源變革的性直流配電網關鍵技術研究與應用，解決城市配電系統擴容難問題，解決城市配電系統多源多荷的靈活高效接入問題，實現城市高品質高可靠電力供應，支撐城市的清潔低碳發展。

2.5系統運行方式

直流配電網運行控制配電網通過3個換流器與交流系統交換能量;同時，直流配電網運行控制線路斷開、部分可控設備退出運行都可能導致運行方式的改變。對系統可能出現的運行方式進行歸納，包括以下5種主要的運行模式：

1）三端聯網運行;

2）雙端手拉手運行;

3）雙端隔離供電;

4）單端供電;5）STATCOM。運行方式的劃分原則主要是因系統拓撲結構變化而引起電力電子設備控制模式切換的情況。

結語

直流配電網運行控制為推進性直流配電技術在中國落地、運行奠定了堅實基礎，并對其他工程設計和建設具有參考價值和示范效應，為能源互聯網的發展進而為建設國際化能源變革城市提供支撐。

參考文獻

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