黃仁樂(lè)，程林，李洪濤(．國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京市0003; ．電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(清華大學(xué)電機(jī)系)，北京市00084)

交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究

黃仁樂(lè)1，程林2，李洪濤1
(1．國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京市100031; 2．電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(清華大學(xué)電機(jī)系)，北京市100084)

配電網(wǎng)擔(dān)負(fù)著電能的配送任務(wù)，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的電能傳送是單向的，隨著分布式電源大量接入，配電網(wǎng)的電能可能出現(xiàn)雙向流動(dòng)。由于分布式電源具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，增加了配電網(wǎng)運(yùn)行控制的難度。為了滿足大規(guī)模分布式電源接入的要求，在北京延慶建設(shè)交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)，提高配電網(wǎng)的能源配送和優(yōu)化能力，支持高滲透率分布式能源的充分消納，降低系統(tǒng)損耗，提高設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)高可靠高質(zhì)量供電，延緩增容建設(shè)投資。

主動(dòng)配電網(wǎng);多源協(xié)同;分布式電源;能源互聯(lián)網(wǎng);交直流混合智能配電網(wǎng)

0 引言

國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)C6．11項(xiàng)目組于2008年提出了主動(dòng)配電網(wǎng)的概念，清晰地表明主動(dòng)配電網(wǎng)具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活、潮流可控的特征，便于對(duì)分布式電源進(jìn)行主動(dòng)控制和主動(dòng)管理，得到了廣泛的重視［1］。主動(dòng)配電網(wǎng)的核心價(jià)值體現(xiàn)在對(duì)配電系統(tǒng)的主動(dòng)管理，即通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)多種可控資源與分布式電源的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)可再生能源的高滲透率，提高已有資產(chǎn)的利用率［2］。

主動(dòng)配電網(wǎng)是未來(lái)智能配電網(wǎng)的一種發(fā)展模式，世界各國(guó)正積極開(kāi)展相關(guān)技術(shù)的研究。歐盟已經(jīng)在丹麥、西班牙以及英國(guó)等地深入開(kāi)展了主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)研究及示范工程建設(shè)，最具影響力的是ADINE示范工程。項(xiàng)目在實(shí)際環(huán)境中實(shí)時(shí)模擬了接入大量分布式電源的主動(dòng)配電管理并進(jìn)行了聯(lián)合試驗(yàn)。試驗(yàn)演示了主動(dòng)配電網(wǎng)管理系統(tǒng)是如何與含大規(guī)模分布式電源的主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行交互，從而解決主動(dòng)配電網(wǎng)中的保護(hù)、電壓控制、電能質(zhì)量、故障穿越和孤島運(yùn)行等一系列問(wèn)題［3］。日本東京已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高級(jí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)，近期公布在豐田、橫濱、北九州、關(guān)西等城市開(kāi)展智能社區(qū)示范工程建設(shè)。日本政府十分希望可再生能源能夠在日本的能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要作用。日本在新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)的資助下，分別在Aichi、Kyoto、Hachinohe、Kyotango、Shimizu和Sendai等地建立了多項(xiàng)多能源示范工程。以上理論分析和工程實(shí)例證實(shí)主動(dòng)配電網(wǎng)有著以下優(yōu)點(diǎn):滿足高滲透率分布式能源接入需求;能源區(qū)域優(yōu)化配置、高效利用;實(shí)現(xiàn)廣泛互聯(lián)、高度智能、開(kāi)放互動(dòng);直流電源與負(fù)荷即插即用，高效靈活直流用電;多源大數(shù)據(jù)平臺(tái)支撐運(yùn)行控制與決策支持，支撐商業(yè)模式和運(yùn)營(yíng)模式研究。

為了實(shí)現(xiàn)高滲透率分布式能源的充分消納，提高配電網(wǎng)能源配送和優(yōu)化能力，國(guó)家電網(wǎng)公司啟動(dòng)了智能電網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)建設(shè)，瞄準(zhǔn)未來(lái)10年配電網(wǎng)發(fā)展方向，著重推動(dòng)清潔能源、分布式電源的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，突出社會(huì)廣泛的參與，突出前沿技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)能源的互聯(lián)與服務(wù)的互動(dòng)，示范城市“能源互聯(lián)網(wǎng)”。作為國(guó)家綠色能源示范縣、北京市唯一的綠色能源示范區(qū)、北京市新能源與可再生能源示范縣，延慶縣采用“高端研發(fā)制造+科技示范應(yīng)用”的聯(lián)動(dòng)模式發(fā)展可再生能源產(chǎn)業(yè)和工程，已初步形成風(fēng)電、太陽(yáng)能熱利用、光伏及光熱發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、智能電網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)集聚。八達(dá)嶺經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)位于延慶縣康莊鎮(zhèn)，被命名為北京市新能源產(chǎn)業(yè)基地。園區(qū)已建成多個(gè)新能源項(xiàng)目，同時(shí)多個(gè)新能源發(fā)電項(xiàng)目已列入規(guī)劃。在延慶縣建設(shè)智能電網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)，擁有良好資源基礎(chǔ)。

國(guó)網(wǎng)北京市電力公司在延慶利用柔直技術(shù)升級(jí)改造現(xiàn)有配電網(wǎng)，建設(shè)拓?fù)潇`活、潮流可控的多源協(xié)同主動(dòng)配電網(wǎng)，示范建設(shè)區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)，支持分布式能源的靈活接入和充分消納，實(shí)現(xiàn)與智能微電網(wǎng)的協(xié)同互動(dòng)，提升能量傳輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化配置能力，提高用戶的電能質(zhì)量和供電可靠性，提高配網(wǎng)設(shè)備利用率。

圖1 配電網(wǎng)功能定位示意Fig.1 Example of function of power distribution networks

圖2 延慶地區(qū)主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)示意Fig.2 Example of target of active distributionnetworks in Yanqing

1 延慶地區(qū)主動(dòng)配電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)

為了加強(qiáng)對(duì)配電網(wǎng)中分布式電源、微網(wǎng)、柔性負(fù)荷的調(diào)控能力，結(jié)合延慶地區(qū)電網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)狀況，國(guó)網(wǎng)北京市電力公司提出了多源協(xié)同的主動(dòng)配電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo):從能源傳輸和配送層面建設(shè)可觀可控的主動(dòng)配電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)高滲透率分布式能源的充分消納，提高配電網(wǎng)能源配送和優(yōu)化能力，降低系統(tǒng)損耗，提高設(shè)備利用率，延緩增容建設(shè)投資，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和高品質(zhì)高可靠供電。配電網(wǎng)的功能定位如圖1。

1.1 未來(lái)配電網(wǎng)的基本特征

未來(lái)配電網(wǎng)是廣泛互聯(lián)、高度智能、開(kāi)放互動(dòng)的“能源互聯(lián)網(wǎng)”的主要載體，可以實(shí)現(xiàn)在廣域范圍內(nèi)能源生產(chǎn)、傳輸、配送、轉(zhuǎn)換、消耗的優(yōu)化。相對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)，未來(lái)配電網(wǎng)除了承擔(dān)電能的配送任務(wù)之外，還需要實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)能源的交換和分配，并滿足分布式電源接入及消納的需求。圖2為延慶地區(qū)主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)。

總體上，未來(lái)配電網(wǎng)具有以下主要特征:

(1)廣泛互聯(lián)。未來(lái)配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)交流配電網(wǎng)、直流配電網(wǎng)及交直流混合配電網(wǎng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)集中式或分布式能源生產(chǎn)、消耗、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)等單元互聯(lián)，以電力-信息互聯(lián)實(shí)現(xiàn)信息在能源網(wǎng)中的充分流通和共享，構(gòu)成形態(tài)多樣、互為支撐、堅(jiān)強(qiáng)靈活的配電網(wǎng)。

(2)高度智能。未來(lái)配電網(wǎng)基于多源信息融合實(shí)現(xiàn)高可信度態(tài)勢(shì)感知;通過(guò)集中調(diào)度和分散自優(yōu)化的協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化控制和新能源接入自適應(yīng);對(duì)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)防控制，通過(guò)靈活的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)故障自愈，保障可靠供電。

(3)開(kāi)放互動(dòng)。通過(guò)電網(wǎng)信息分層分級(jí)管理及公共信息的透明公開(kāi)，實(shí)現(xiàn)信息共享，使全社會(huì)能夠廣泛參與能源調(diào)配和電網(wǎng)運(yùn)行，提供用戶參與互動(dòng)的多種途徑和方式，滿足用戶多樣化的電力需求，提高用戶參與度與體驗(yàn)感，實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化利用和多方共贏。

1.2 提高配電網(wǎng)的可觀性

傳統(tǒng)配電網(wǎng)中由于缺少足夠的量測(cè)手段，導(dǎo)致配電系統(tǒng)的可觀性較差，通常需要通過(guò)虛擬量測(cè)(pseudo-measurements)解決可觀性的問(wèn)題。由于這些虛擬量測(cè)使用的數(shù)據(jù)一般是從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)或是其他估算的負(fù)荷曲線中獲取的，較大的誤差使得配電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計(jì)和趨勢(shì)預(yù)測(cè)比較困難［5］。

在延慶地區(qū)建設(shè)的主動(dòng)配電網(wǎng)可以通過(guò)對(duì)分布式能源、用戶重要設(shè)備、電網(wǎng)信息等多元數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析的手段，預(yù)測(cè)用戶用能行為，辨識(shí)分布式能源特性和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)估計(jì)及趨勢(shì)預(yù)測(cè)，感知配電網(wǎng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，從而提高主動(dòng)配電網(wǎng)的可觀性。

1.3 提高配電網(wǎng)的可控性

多源協(xié)同的主動(dòng)配電網(wǎng)通過(guò)應(yīng)用和接入柔直環(huán)網(wǎng)裝置、分布式電源、柔性負(fù)荷、電動(dòng)汽車(chē)［6］以及智能微電網(wǎng)群等，為配電網(wǎng)提供了豐富的可控手段，提高主動(dòng)配電網(wǎng)的可控制性。通過(guò)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)拓?fù)潇`活、網(wǎng)絡(luò)潮流優(yōu)化、動(dòng)態(tài)無(wú)功電壓調(diào)節(jié)和功率波動(dòng)的平抑。

1.4 提高配電網(wǎng)電能配送和優(yōu)化配置能力

主動(dòng)配電網(wǎng)通過(guò)全局優(yōu)化區(qū)域自治的方式，對(duì)能量分層分級(jí)平衡，可實(shí)現(xiàn)分層區(qū)域內(nèi)橫向功率調(diào)配，從而提高配電網(wǎng)電能配送和優(yōu)化配置能力，達(dá)到多能源綜合優(yōu)化利用、平抑新能源功率波動(dòng)的目的。

項(xiàng)目中提高主動(dòng)配電網(wǎng)可觀性和可控性的智能配電終端單元(intelligent distribution terminal unit，IDU)技術(shù)和柔直環(huán)網(wǎng)裝置閉環(huán)運(yùn)行技術(shù)是國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)課題研究重點(diǎn)。

2 延慶地區(qū)主動(dòng)配電網(wǎng)的建設(shè)條件

主動(dòng)配電網(wǎng)項(xiàng)目選址在延慶八達(dá)嶺經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)建設(shè)，開(kāi)發(fā)區(qū)已建成豐富的多種分布式電源資源，建設(shè)有智能微電網(wǎng)群及多個(gè)可調(diào)控的柔性負(fù)荷。八達(dá)嶺經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)配電網(wǎng)已經(jīng)初步具備未來(lái)配電網(wǎng)形態(tài)，主要體現(xiàn)在高滲透率分布式電源接入，要求配電網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域配送，具備智能微電網(wǎng)與柔性負(fù)荷等多種可調(diào)控手段，通過(guò)升級(jí)改造配電網(wǎng)，增加配電網(wǎng)可觀可控性，提高配電網(wǎng)的能源優(yōu)化配置和協(xié)同優(yōu)化能力，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)的建設(shè)。

主動(dòng)配電網(wǎng)項(xiàng)目利用柔性直流等技術(shù)，對(duì)開(kāi)發(fā)區(qū)現(xiàn)有配電網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)改造，建設(shè)10 kV交直流混聯(lián)開(kāi)閉站，構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)架，將周邊智能微電網(wǎng)群、光熱電站和園區(qū)光伏接入主動(dòng)配電網(wǎng)，利用柔直環(huán)網(wǎng)裝置，將本供電區(qū)間中心開(kāi)閉站的3段母線連接，一方面實(shí)現(xiàn)3段母線間的潮流流動(dòng)和負(fù)載均衡，提高配電網(wǎng)能量傳輸能力，提高分布式電源和負(fù)載的就地互補(bǔ)比率，提高設(shè)備利用率;還可以提供動(dòng)態(tài)電壓無(wú)功調(diào)節(jié)能力，在遇到設(shè)備過(guò)載或故障檢修時(shí)，能夠經(jīng)濟(jì)、安全地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，大幅減少轉(zhuǎn)移過(guò)程的短時(shí)供電中斷，提高供電可靠性和供電質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)的可觀可控，對(duì)配電網(wǎng)二次系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。配置可對(duì)分布式能源、用戶重要設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行信息采集智能配電單元，預(yù)測(cè)用戶用電行為、感知功率特性，辨識(shí)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的運(yùn)行態(tài)勢(shì)深度感知和調(diào)控。

3 延慶地區(qū)主動(dòng)配電網(wǎng)的建設(shè)內(nèi)容

依據(jù)主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)，該項(xiàng)目共分為6個(gè)方面內(nèi)容:

(1)系統(tǒng)規(guī)劃與配電網(wǎng)改造。1)應(yīng)用主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃原則進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃;2)通過(guò)配電網(wǎng)升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)分布式電源和智能微電網(wǎng)靈活接入，滿足主動(dòng)配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)控要求。

(2)交直流混聯(lián)開(kāi)閉站建設(shè)。1)建設(shè)1座10 kV、30 MVA、3段母線、30回出線的交直流混聯(lián)開(kāi)閉站;2)利用柔直環(huán)網(wǎng)裝置連接3段母線，實(shí)現(xiàn)母線間負(fù)荷均衡和潮流流動(dòng);3)以10 kV交直流混聯(lián)開(kāi)閉站為中心，構(gòu)建配電網(wǎng)網(wǎng)架，實(shí)現(xiàn)供電分區(qū)內(nèi)潮流優(yōu)化、負(fù)載均衡，提高配送能力和設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)高可靠性、高質(zhì)量供電。

(3)智能微電網(wǎng)群接入。1)在開(kāi)發(fā)區(qū)新能源谷建設(shè)5 MW級(jí)智能微電網(wǎng)群，包含29個(gè)子微網(wǎng)，建有光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)等多種元素;2)微電網(wǎng)作為多能源綜合利用的自治系統(tǒng)，可以進(jìn)行內(nèi)部調(diào)節(jié)，滿足與主動(dòng)配電網(wǎng)接口的交換功率要求;3)通過(guò)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量相互支援，合作共贏。

(4)光熱發(fā)電接入。實(shí)現(xiàn)對(duì)中國(guó)科學(xué)院新能源試驗(yàn)基地光熱發(fā)電、光伏、風(fēng)電、直流微電網(wǎng)的接入，通過(guò)主動(dòng)配電網(wǎng)的綜合優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源發(fā)電的消納。

(5)屋頂光伏發(fā)電接入。1)分布式屋頂光伏通過(guò)10/0．4 kV就近接入到主動(dòng)配電網(wǎng);2)通過(guò)斷路器、保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、通信高度集成的并網(wǎng)箱實(shí)現(xiàn)分布式光伏“即插即用”接入;3)主動(dòng)配電網(wǎng)通過(guò)對(duì)分布式電源、柔性負(fù)荷、智能微電網(wǎng)進(jìn)行主動(dòng)控制以及全局優(yōu)化和區(qū)域調(diào)配，實(shí)現(xiàn)分布式光伏發(fā)電的充分消納。

(6)多元數(shù)據(jù)采集建設(shè)。通過(guò)配置智能配電終端單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，增強(qiáng)主動(dòng)配電網(wǎng)的可觀測(cè)性，為能源管理與公共服務(wù)中心大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供多元數(shù)據(jù)采集。

4 關(guān)鍵技術(shù)

隨著分布式能源資源大量接入傳統(tǒng)配電網(wǎng)，電網(wǎng)的安全性，可靠性，經(jīng)濟(jì)性都亟待提高。但是就現(xiàn)在已有的基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用技術(shù)而言，傳統(tǒng)的潮流單向傳輸模式導(dǎo)致了配電網(wǎng)的發(fā)展程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后與輸電網(wǎng)［7-8］。配電網(wǎng)的發(fā)展面臨著能源需求、安全保障和電能質(zhì)量等諸多要求，為了提升配電網(wǎng)的科技應(yīng)用和管理水平，很多新的技術(shù)被提出了［9］。

在本次多源協(xié)同主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)工作中，也應(yīng)用到了許多關(guān)鍵支撐技術(shù)，主要分為組網(wǎng)技術(shù)、單元級(jí)綜合感知技術(shù)、運(yùn)行控制技術(shù)、保護(hù)技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)。

4.1 組網(wǎng)技術(shù)

4.1.1 柔性組網(wǎng)技術(shù)

柔性組網(wǎng)使用柔性直流裝置等電力電子技術(shù)，在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域選擇合適的電網(wǎng)連接方式及設(shè)備結(jié)構(gòu)型式，并采用負(fù)載均衡、潮流調(diào)整等控制技術(shù)，使交流、直流、交直流混合等多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，互聯(lián)共存，提升分布式能源接納能力、提高可靠性和供電能力，支撐未來(lái)配電網(wǎng)的廣泛互聯(lián)。

4.1.2 能量路由器

能量路由器是未來(lái)配電網(wǎng)能量和信息廣泛互聯(lián)的主要節(jié)點(diǎn)設(shè)備，通過(guò)柔性變壓、雙向潮流控制、有功無(wú)功解耦控制、電能質(zhì)量治理、電壓支撐、不間斷供電等多種柔性控制技術(shù)，為電網(wǎng)提供靈活調(diào)節(jié)能力。并結(jié)合感知元件和信息交互，采用自檢測(cè)、自診斷、自保護(hù)等技術(shù)，提升設(shè)備安全和互動(dòng)能力。

4.1.3 即插即用的標(biāo)準(zhǔn)接口

標(biāo)準(zhǔn)接口是實(shí)現(xiàn)未來(lái)配電網(wǎng)開(kāi)放互動(dòng)的基礎(chǔ)設(shè)備，數(shù)據(jù)和電力均通過(guò)接口相互開(kāi)放和共享。接口通過(guò)信息-物理相融合，包括標(biāo)準(zhǔn)化模型、實(shí)時(shí)感知、入網(wǎng)控制和可擴(kuò)展的信息服務(wù)等技術(shù)，管理本地與配網(wǎng)間的數(shù)據(jù)和電力雙向流動(dòng)，同時(shí)具有自描述能力，能夠被配電網(wǎng)自動(dòng)識(shí)別，并在線自動(dòng)納入管理。

4.2 單元級(jí)綜合感知技術(shù)

4.2.1 智能傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

智能傳感器網(wǎng)絡(luò)作為未來(lái)配電網(wǎng)感知末梢，可感知物理、化學(xué)、生物、精確時(shí)標(biāo)和空間坐標(biāo)等信息，轉(zhuǎn)化為可以利用的電氣量、設(shè)備狀態(tài)量、環(huán)境數(shù)據(jù)等;通過(guò)自組網(wǎng)通信構(gòu)成靈活可靠、廣泛互聯(lián)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，全面地提供配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)原始數(shù)據(jù)。智能傳感器具備微型化、低功耗、高集成的特征，傳感器自身可實(shí)現(xiàn)感知量誤差補(bǔ)償、環(huán)境自適應(yīng)參數(shù)配置、遠(yuǎn)程控制、多傳感器數(shù)據(jù)本地融合及分析等智能化功能。

4.2.2 智能配電終端單元技術(shù)

智能配電終端單元一方面通過(guò)同步量測(cè)技術(shù)獲取配電設(shè)備電氣信息，另一方面匯集和上傳智能傳感器網(wǎng)絡(luò)量測(cè)信息。智能終端通過(guò)對(duì)內(nèi)外部多源信息融合和處理，自動(dòng)甄別不良數(shù)據(jù)，辨識(shí)電源和負(fù)荷特性，監(jiān)測(cè)設(shè)備健康狀態(tài)和預(yù)判設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。在配電設(shè)備層面對(duì)分布式電源出力、電動(dòng)汽車(chē)的充放電需求、用戶用電需求等進(jìn)行精細(xì)預(yù)測(cè)，協(xié)調(diào)需求側(cè)響應(yīng)能力、潮流控制手段和供電質(zhì)量控制措施，配合實(shí)現(xiàn)全局和本地協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行控制。

4.3 運(yùn)行控制技術(shù)

4.3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潇`活控制技術(shù)

在安全約束條件下，考慮經(jīng)濟(jì)性以及設(shè)備利用率，靈活地對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu);基于態(tài)勢(shì)感知，在多路電源切換時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)電壓暫降和短時(shí)中斷的安全合環(huán)控制;以提高供電可靠性為目標(biāo)，在故障和緊急狀態(tài)下進(jìn)行自愈拓?fù)淇刂啤?/p>

4.3.2 柔性潮流控制技術(shù)

基于柔性直流控制技術(shù)，在正常運(yùn)行時(shí)，以經(jīng)濟(jì)優(yōu)質(zhì)為目標(biāo)，在故障和緊急狀態(tài)下，以安全可靠為目標(biāo)，對(duì)潮流大小和方向進(jìn)行柔性控制。

4.3.3 電壓暫降治理技術(shù)

針對(duì)電壓敏感的重要用戶和分布式電源，通過(guò)基于快速開(kāi)關(guān)的快速切換技術(shù)，解決電壓暫降和短時(shí)供電中斷對(duì)分布式電源和敏感負(fù)荷的影響。

4.3.4 新能源接入電壓控制技術(shù)

新能源接入增大了配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)難度。配合本地和全局協(xié)調(diào)的新能源接入電壓控制，一方面通過(guò)對(duì)接入點(diǎn)所有無(wú)功電壓控制環(huán)節(jié)和控制能力進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，向系統(tǒng)預(yù)報(bào)本匯入點(diǎn)無(wú)功需求和無(wú)功可調(diào)節(jié)量，由系統(tǒng)進(jìn)行全局優(yōu)化;另一方面根據(jù)系統(tǒng)指定的電壓控制值，通過(guò)線路調(diào)壓器和移相器等進(jìn)行本地各無(wú)功電壓控制環(huán)節(jié)的聯(lián)合控制，保證接入點(diǎn)新能源接入的電壓安全。

4.3.5 三相不平衡治理技術(shù)

單相接入的新能源發(fā)電和電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷具有隨機(jī)性、轉(zhuǎn)移性以及大功率的特點(diǎn)，加劇了配電網(wǎng)的三相不平衡。根據(jù)三相負(fù)荷不平衡情況，三相并網(wǎng)分布式電源按不平衡補(bǔ)償接入，單相并網(wǎng)分布式發(fā)電采用分相自適應(yīng)接入，對(duì)配電網(wǎng)的三相不平衡進(jìn)行治理。

4.3.6 可再生能源高滲透區(qū)域諧波治理技術(shù)

為了適應(yīng)大量間歇波動(dòng)性可再生能源、電力電子裝置、不平衡和非線性負(fù)載接入，未來(lái)配電網(wǎng)需解決這些單元之間引起的諧波超標(biāo)和諧振問(wèn)題。利用可再生能源并網(wǎng)變流器、有源濾波器等電力電子裝置吸收諧波，并為系統(tǒng)提供一定的阻尼抑制諧振，保證配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和高質(zhì)量供電。

4.4 保護(hù)技術(shù)

隨著分布式電源大量接入，柔性直流技術(shù)、即插即用的能量路由器等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能發(fā)生了新的變化，需要綜合多項(xiàng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)新型主動(dòng)配電網(wǎng)的保護(hù)。

4.4.1 交直流混合配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)

隨著未來(lái)電網(wǎng)朝著開(kāi)放接入、靈活可控的方向發(fā)展，直流配電網(wǎng)絡(luò)必然成為配電網(wǎng)中不可缺少的一部分。針對(duì)低壓直流配電網(wǎng)，通過(guò)直流斷路器，實(shí)現(xiàn)故障快速隔離。針對(duì)交直流混合配電網(wǎng)，利用多端故障信息和差動(dòng)保護(hù)原理，通過(guò)交流側(cè)斷路器，實(shí)現(xiàn)故障可靠隔離;基于行波故障信息和全網(wǎng)絡(luò)精確對(duì)時(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)直流線路的快速精確定位。

4.4.2 自適應(yīng)保護(hù)

未來(lái)配電網(wǎng)由于分布式電源的大量接入，系統(tǒng)運(yùn)行方式靈活、潮流多變，保護(hù)如何適應(yīng)是關(guān)鍵。基于本地量測(cè)的電壓電流，實(shí)時(shí)獲取系統(tǒng)的運(yùn)行方式，在線調(diào)整保護(hù)定值，實(shí)現(xiàn)保護(hù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式的自適應(yīng);基于微機(jī)保護(hù)的可記憶特性，利用線性網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)對(duì)潮流變化的自適應(yīng);基于電力電子設(shè)備的控制特征和實(shí)時(shí)量測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)交直流混合配電網(wǎng)保護(hù)配置的自適應(yīng)。

4.4.3 網(wǎng)絡(luò)保護(hù)

由于未來(lái)配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，設(shè)備之間的后備保護(hù)配合困難，影響整個(gè)系統(tǒng)的安全，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)將成為未來(lái)配電網(wǎng)后備保護(hù)的重要選擇?；诟咚倏煽客ㄐ偶夹g(shù)和精確時(shí)間同步技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)利用配電網(wǎng)全局信息，既可保護(hù)單個(gè)設(shè)備，也能保護(hù)整個(gè)配電網(wǎng)?；陔娏鞑顒?dòng)原理等，網(wǎng)絡(luò)保護(hù)可實(shí)現(xiàn)免整定和即插即用設(shè)備的保護(hù);通過(guò)保護(hù)分區(qū)和動(dòng)作配合，實(shí)現(xiàn)快速故障隔離和精確故障區(qū)段識(shí)別。

4.5 儲(chǔ)能技術(shù)

不同儲(chǔ)能形式在規(guī)模、功率密度、能量密度、轉(zhuǎn)換效率、速率、壽命、成本、可用性、技術(shù)成熟上各有優(yōu)缺，針對(duì)規(guī)?；瘍?chǔ)能系統(tǒng)，將不同的儲(chǔ)能介質(zhì)結(jié)合使用，通過(guò)對(duì)不同儲(chǔ)能方式配比優(yōu)化設(shè)計(jì)和功率協(xié)調(diào)控制，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的高效、經(jīng)濟(jì)和可靠運(yùn)行。分布式的電力儲(chǔ)存，目前多為鋰電池。電池成組的一致性、長(zhǎng)期運(yùn)行的均衡性等存在諸多問(wèn)題。通過(guò)新型的電池成組技術(shù)、儲(chǔ)能系統(tǒng)的可用容量與功率的動(dòng)態(tài)評(píng)估技術(shù)、多優(yōu)化目標(biāo)下儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化高效運(yùn)行。

通過(guò)在對(duì)車(chē)輛用能的分析和用戶行為規(guī)律信息開(kāi)放及交互基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)即插即用及移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)狀態(tài)的自主評(píng)估與分析，通過(guò)車(chē)輛集群及自主智能控制，實(shí)現(xiàn)與新能源發(fā)電之間的相互協(xié)同增效，平抑可再生功率波動(dòng)，提高新能源發(fā)電消納和存儲(chǔ)能力，并提高配電系統(tǒng)能量利用的整體效率;利用其移動(dòng)儲(chǔ)能更有自由的時(shí)空特性，提供緊急救援。

5 結(jié)論

北京延慶智能電網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)建設(shè)的交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)，支持分布式能源的靈活接入和充分消納，平抑分布式新能源波動(dòng)對(duì)配電網(wǎng)的影響，提高用戶的電能質(zhì)量和供電可靠性，提升能量傳輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化配置能力，示范建設(shè)區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域多種能源優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，提高配網(wǎng)設(shè)備利用率。交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)的建設(shè)，對(duì)未來(lái)配電網(wǎng)發(fā)展模式進(jìn)行了探索，將對(duì)配電網(wǎng)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

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(編輯:蔣毅恒)

Research on Key Technology of AC/DC Hybrid Active Distribution Network

HUANG Renle1，CHENG Lin2，LI Hongtao1
(1．State Grid Beijing Electric Power Company，Beijing 100031，China; 2．State Key Lab of Power Systems，Department of Electric Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China)

Traditional distribution networks undertake the function of distributing energy and providing electricity consumption，therefore the flowtransferringis unilateral．The increasing amount of distributed generation(DG)in today's highly complex restructured power networks change itto bidirectionalflow．Due to the randomness and intermittence of DG，flow fluctuates wildly in a degree，which makes the distribution infrastructure cannot work in economical and efficientways．For the better energy transferring ability of DG，provide high-quality power，Beijing Power Grid build the controllable and observable active distribution(ADN)in energy transferring and distribution operator system field，for the entire energy consumption of high-permeability DG，achieve the aim of efficient energy use and high-quality and high-reliability power supply．

active distribution networks;multi-source;distribution generation;energy internet;AC/DC hybrid smart grid

TM 72

A

1000-7229(2015)01-0046-06

10.3969/j．issn.1000-7229.2015.01.007

2014-11-12

2014-12-09

黃仁樂(lè)(1963)，男，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化和電網(wǎng)技術(shù)的研究和管理工作;

程林(1973)，男，博士，副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事電力系統(tǒng)可靠性、主動(dòng)配電網(wǎng)與電力系統(tǒng)規(guī)劃方向的研究工作;

李洪濤(1975)，男，碩士，高級(jí)工程師，國(guó)家電網(wǎng)公司專(zhuān)業(yè)領(lǐng)軍人才，主要從事配電網(wǎng)設(shè)備和運(yùn)維技術(shù)研究工作。

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(863計(jì)劃) (2014AA051901);國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(J2014012)。