摘要：随着城市化进程不断深入，人口的不断增加，推动电力行业的不断改革和提高。城市配电网规模的不断扩大，以及分布式能源、储能系统、电动汽车的快速发展，现代城市配电网与传统的配电网相比已出现了显著的差异，其规划与运行面临着诸多挑战。
关键词：城市配电网；柔性互联系统；故障重构研究
引言
柔性互联技术将给传统的配电系统建设及运行方式带来巨大变革。文中围绕以ＳＯＰ为核心的智能配电网柔性互联问题，对未来 ＳＯＰ 在智能配电网中的典型应用场景进行了分析，并分别面向运行优化、故障恢复、优化配置、装备实现等关键技术环节。
1运行优化技术
高度智能的自我优化能力是基于 ＳＯＰ的柔性互联配电网的首要特征。 ＳＯＰ 通过准确控制两侧有功功率交换，并根据需要向两侧分别提供无功补偿来优化全网潮流分布，提供了现有配电自动化体系所不具备的实时精细潮流调节优化能力，能够快速跟踪分布式能源和负荷的动态变化，确保配电网实时处在优化的运行状态。与传统优化调度手段相比， ＳＯＰ在装备特性与性能上有着巨大差异，其运行优化问题在分析手段、优化策略、协调机制等方面均面临着巨大挑战。在分析手段方面，由于ＳＯＰ对功率调节的连续性，其运行优化问题从单一时间断面扩展为连续时间序列，问题规模急剧扩大；同时， ＳＯＰ 的功率平衡、容量限制、运行损耗、控制模式等运行特性需要连同配电网的分布式电源出力波动、负荷变化等动态过程在分析计算中予以共同体现，使问题复杂度进一步增加。面向上述需求，含 ＳＯＰ 的时序仿真分析方法将成为柔性互联配电网运行优化的重要基础。在优化策略方面，ＳＯＰ的运行优化首先需要支撑配电系统整体运行目标的实现，例如通过降低网损达到经济性目标，通过改善电压水平达到可靠性目标，通过提升可再生资源消纳水平达到环保性目标等。在实际运行中，这些目标往往是多方面兼顾的，需要对多个目标函数与约束条件加以综合考虑；此外，ＳＯＰ 的时序运行优化需求使各种不确定性因素的影响更加明显，这就要求在ＳＯＰ的运行优化中进一步考虑鲁棒性约束，保证优化策略在外界环境发生变化时仍然具备一定的有效性。这些特征使ＳＯＰ 的运行优化问题成为一个复杂多目标鲁棒优化问题。在协调机制方面，与网络重构、分接头调整等常规控制手段相比，虽然 ＳＯＰ的控制能力更强，但同时在投资成本、设备容量等方面的劣势也更加明显。考虑到经济性因素，实际系统中更希望借助少量能够发挥关键作用的ＳＯＰ装置即实现较为理想的优化效果。这就需要将ＳＯＰ与网络重构等其他多种控制手段协调配合，充分发挥不同手段的各自优势，通过时间、空间上的多维协调实现配电网的全面优化。
2故障恢复技术
更快的故障恢复速度是基于 ＳＯＰ的柔性互联配电网的重要优势之一，与智能配电网的自愈特征高度契合。当外部电网发生故障时，ＳＯＰ能够迅速闭锁，阻断短路电流通道，并与整个配电网保护装置协调配合，快速切除故障；当 ＳＯＰ自身发生故障时， ＳＯＰ能够迅速切断与外部电网的联系，以防止装置损坏，给系统运行带来风险。通过在故障发生后实施适当的控制策略，ＳＯＰ能够提供限制短路电流、快速供电恢复等关键能力，其故障恢复问题既是控制问题，又是优化问题，需要从两方面分别加以解决。在控制策略方面，快速故障恢复要求ＳＯＰ能够根据故障后系统的不同运行方式决定所采取的控制策略，并完成不同策略间的快速切换。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆例如：在以ＳＯＰ 作为受影响负荷的电压支撑时，需要迅速将其由功率控制模式切换为支撑故障侧馈线电压与频率；在由其他位置的ＳＯＰ或分布式电源提供电压支撑时，受影响负荷供电路径上的其余ＳＯＰ需要合理调整控制指令来补充功率缺额。而无论采用何种运行方式，都需要确保控制策略在极端场景下的鲁棒性，同时需要考虑采用控制策略无缝切换以尽量避免切换过程可能带来的短时停电，充分提升用户用电体验。
3优化配置技术
ＳＯＰ的建设投资和运行成本与其设备容量存在正相关，同时其对配电网运行水平的提升效果有着明显的边际递减效应 。因此，在实际应用中希望能够采用最为合理的ＳＯＰ容量和布局来尽量降低建设和运行成本，实现综合收益的最大化。这一现实需求使得科学有效的优化配置方法成为影响ＳＯＰ应用于工程实践的重要先决条件之一。ＳＯＰ的优化配置问题首先受到其时序运行特征的影响。具体来说，即ＳＯＰ的最优配置方案与其在全生命周期内采取的运行策略密切相关，同样的配置方案在不同运行策略下将具有完全不同的评价结果；同时，在不同的ＳＯＰ配置方案下，系统的最优运行策略也不尽相同。配置方案和运行策略的强耦合性使 ＳＯＰ 的优化配置问题从静态扩展到动态，从单一时间断面扩展到时间区间，问题规模显著增加。3.1 装备实现技术装备拓 扑 设 计 与 制 造 技 术 水 平 将 直 接 决 定ＳＯＰ的投资成本和应用性能，是柔性互联技术推广应用中极为关键的一环。由于 ＳＯＰ面向中高压配电网层面开展应用，其容量需求达到兆瓦级别，运行电压水平可能高达上百千伏。此时，现有的电力电子器件往往无法在绝缘耐压水平、最大载流量、开关频率等方面同时满足ＳＯＰ的性能要求，使图１所示的ＳＯＰ理想拓扑难以实现。因此，通过各种拓扑结构的变化来弥补电力电子器件在高压大功率环境下的适用能力问题成为ＳＯＰ 拓扑实现的必然选择。具体来说，一方面可以通过电力电子器件的直接串联和并联，将其最高电压和最大电流叠加到数倍于单个器件的水平；另一方面则可以通过多重化技术，提高装置的等效开关频率，同时对输出谐波加以有效限制。目前，基于级 联 结 构 模 块 组 合 多 电 平 变 换 器 （ ｍｏｄｕｌａｒｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ， ＭＭＣ ）已在含大功率背靠背变 换 环 节 的 高 压 直 流 输 电 系 统 中 得 到 成 功 应用，被认为是最具发展潜力的下一代中高压电压源型变换器，为ＳＯＰ拓扑设计与实现提供了有效借鉴。除了拓扑连接方式的设计，直流电容的选型是ＳＯＰ装备实现中的另一个关键问题，如何抑制母线电压的波动、提高其动态响应性能成为重点。尤其对含高渗透率分布式能源的智能配电网来说，风、光等资源的间歇性和不确定性往往使 ＳＯＰ 运行状态面临较大冲击，通常采取增大直流电容来提高直流母线电压的抗扰动能力，但这样一来不仅会造成控制响应速度和跟随性能的降低，同时还将增加设备投资与运行 维护成本。现有研究证明，合理的拓扑结构和控制器设计能够在保证装备性能的前提下有效减小对直流电容的容量需求，成为解决这一问题的突破口。
结语
基于ＳＯＰ的柔性互联技术能够为智能配电网运行控制能力问题提供富有针对性的解决方案，对智能配电技术的不断发展和完善有着重要意义，相关研究正在国内外广泛开展。在未来，高性能电力电子技术的日趋成熟及单位容量成本的不断下降将对ＳＯＰ技术发展进步形成有力推动，而配电系统重要性的不断提升以及配电市场的进一步完善将使ＳＯＰ的技术价值得以充分发挥。
参考文献:
[1] 张祖平，范明天，周莉梅．城市电网电磁环网的解环问题研究[J]．电网技术，2018，32(19)：42-44．
[2] 文俊，张一工，韩民晓，等．轻型直流输电——一种新一代的 HVDC技术[J]．电网技术，2017，27(1)：47-51．
论文作者:纪洋溪,徐小龙,贺猛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/20
标签：配电网论文; 互联论文; 柔性论文; 策略论文; 故障论文; 电压论文; 拓扑论文; 《电力设备》2018年第32期论文;