張勇軍，劉子文，鄧豐強(qiáng)

(1. 智慧能源工程技術(shù)研究中心(華南理工大學(xué) 電力學(xué)院)，廣東 廣州 510641；2. 河海大學(xué) 能源與電氣學(xué)院，江蘇 南京 211100)

近年來，全球新能源產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大，以太陽能、風(fēng)能為代表的分布式電源(distributed generation，DG)越來越受到重視與廣泛應(yīng)用[1-3]。隨著分布式電源的快速增長、電動(dòng)汽車的大規(guī)模接入電網(wǎng)[4-6]，以及“新基建”發(fā)展驅(qū)動(dòng)下的數(shù)據(jù)中心園區(qū)的大量建設(shè)，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷變化，負(fù)荷特性日趨多樣化，這對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行造成了不可忽視的影響。具體表現(xiàn)有：負(fù)荷波動(dòng)頻繁劇烈，有功功率和無功功率的流向日益復(fù)雜；短路電流難以預(yù)測(cè)，設(shè)備選型越來越困難；電壓越限等電能質(zhì)量問題日益突出等[7-9]。

在此背景下，面向配電網(wǎng)的柔性互聯(lián)關(guān)鍵裝備和技術(shù)逐步得到國內(nèi)外學(xué)者的青睞，柔性互聯(lián)配電網(wǎng)逐漸成為配電網(wǎng)發(fā)展領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[10-12]。2007年日本借助絕緣柵雙極晶體管(insulate-gate bipolar transistor，IGBT)串聯(lián)技術(shù)與背靠背電壓源型變流器(voltage source converter，VSC)，提出了環(huán)網(wǎng)平衡控制器，并完成了6.6 kV/1 MVA的裝置投運(yùn)與示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了2條互聯(lián)饋線之間的負(fù)載均衡，提高了饋線末端電壓調(diào)節(jié)能力[13]。隨后，荷蘭提出了智能節(jié)點(diǎn)(intelligent node，IN)[14]的定義。2010年英國提出了柔性聯(lián)絡(luò)開關(guān)(soft normally open point，SNOP)，可改變常規(guī)配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行的不足，揭開了柔性開關(guān)裝備的序幕[15]。文獻(xiàn)[16]基于柔性多狀態(tài)開關(guān)接入方式和拓?fù)浞治?，提出了一種復(fù)合控制策略，直流母線電壓由所有變流器共同控制，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置同時(shí)獨(dú)立進(jìn)行有功潮流調(diào)節(jié)和無功補(bǔ)償2種功能。文獻(xiàn)[17]針對(duì)級(jí)聯(lián)型電力電子變壓器(power electronic transformer，PET)采用多個(gè)功率單元輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出一種基于分級(jí)解耦控制的串聯(lián)均壓并聯(lián)均流控制策略，降低參數(shù)差異的影響。

柔性互聯(lián)裝備是一種可在配電網(wǎng)若干關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上替代常規(guī)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的新型柔性一次設(shè)備。本文主要以軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)(soft open point，SOP)、柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置(flexible loop network controller，F(xiàn)LNC)、電力電子變壓器和配電網(wǎng)柔性交流輸電系統(tǒng)(distribution flexible AC transmission system，DFACTS)為分析重點(diǎn)。與常規(guī)聯(lián)絡(luò)開關(guān)相比，柔性互聯(lián)技術(shù)可以解耦控制有功功率、無功功率，改善功率傳輸?shù)撵`活性，不僅具備斷開和連通功能，而且沒有常規(guī)機(jī)械式開關(guān)動(dòng)作次數(shù)的限制，運(yùn)行模式柔性切換，控制方式靈活多樣[18]。柔性互聯(lián)關(guān)鍵裝備的應(yīng)用將使配電網(wǎng)出現(xiàn)多端交直流混合形式、蜂窩狀等多種結(jié)構(gòu)形態(tài)，提高供電形式的多樣性。與此同時(shí)，可進(jìn)一步提升配電系統(tǒng)的潮流調(diào)節(jié)、電壓/無功綜合控制、電能質(zhì)量綜合治理以及安全性與韌性提升等技術(shù)手段，大大增強(qiáng)柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的主動(dòng)調(diào)節(jié)以及接納多類型分布式電源和負(fù)荷的能力。

本文圍繞配電網(wǎng)柔性互聯(lián)關(guān)鍵裝備和技術(shù)的基本原理、結(jié)構(gòu)和接入方式，針對(duì)柔性互聯(lián)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)與運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)，探索新形勢(shì)下柔性互聯(lián)配電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵問題，對(duì)柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的現(xiàn)狀進(jìn)行研究和展望，旨在為柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和借鑒意義。

1 配電網(wǎng)柔性互聯(lián)關(guān)鍵裝備和技術(shù)

1.1 軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)

對(duì)于柔性互聯(lián)配電網(wǎng)，研究軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)尤為重要[19-21]。軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)是安裝于常規(guī)聯(lián)絡(luò)開關(guān)處的電力電子裝置，能夠準(zhǔn)確控制其兩側(cè)所連饋線間傳輸?shù)挠泄β?，并提供一定的電壓無功支撐[22-24]。典型軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)以雙端背靠背VSC為例[25-26]，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，由2個(gè)背靠背VSC構(gòu)成，中間直流側(cè)通過電容器并聯(lián)。AC1和AC2為交流系統(tǒng)1和交流系統(tǒng)2，相電抗器L1和L2與交流側(cè)進(jìn)行功率傳遞，同時(shí)濾除VSC輸出諧波；R1和R2為相電抗器與線路損耗的等效電阻，電容器C為直流側(cè)提供電壓支撐并濾除諧波。

圖1 軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)基本結(jié)構(gòu)Fig.1 Basic structure of SOP

高度智能的自我優(yōu)化能力是基于軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)的柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的首要特征，此外，更快的故障恢復(fù)速度也是其一大優(yōu)勢(shì)技術(shù)[27-28]。軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)徹底改變了常規(guī)配電網(wǎng)閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行的供電方式，是構(gòu)成全面可控的柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的核心裝備。

1.2 柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置

柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置[29-30]可看成是一個(gè)小型的、直流線路長度為零的直流輸電系統(tǒng)，整流裝置和逆變裝置安裝在1個(gè)箱體中，兩端接交流線路，可將多條饋線組成閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置結(jié)構(gòu)Fig.2 FLNC structure

不采用柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置時(shí)，系統(tǒng)可看作常規(guī)配電線路，通常采用單環(huán)網(wǎng)或雙環(huán)網(wǎng)接線、開環(huán)運(yùn)行的方式；采用柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置時(shí)，系統(tǒng)可以在正常工作情況下實(shí)現(xiàn)多條不同配電線路之間的閉環(huán)運(yùn)行，在故障情況下實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的快速轉(zhuǎn)移，在實(shí)現(xiàn)各條饋線無縫連接的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷的就地?zé)o功補(bǔ)償，并對(duì)各端口的有功和無功功率進(jìn)行精確控制，從而改變電網(wǎng)側(cè)的潮流，實(shí)現(xiàn)潮流優(yōu)化控制，提高設(shè)備利用率和供電可靠性[31-32]。

1.3 電力電子變壓器

電力電子變壓器也稱為固態(tài)變壓器(solid-state transformer，SST)或智能變壓器(smart transformer，ST)，是一種新型電力電子設(shè)備，其結(jié)合了電力電子元件和高頻變壓器，能夠?qū)崿F(xiàn)除常規(guī)工頻交流變壓器以外的更多功能[33-35]。根據(jù)有無中間隔離級(jí)DC/DC變換器，電力電子變壓器的結(jié)構(gòu)主要分為AC/AC型和AC/DC/AC型2種類型[36-37]，其中AC/DC/AC型電力電子變壓器如圖3所示。

電力電子變壓器通過電子電力轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)靈活的電源控制。對(duì)于AC/AC型電力電子變壓器，輸入工頻交流，在一次側(cè)調(diào)制成高頻交流，經(jīng)過高頻隔離變壓器耦合到二次側(cè)，再解調(diào)成工頻交流；對(duì)于AC/DC/AC型電力電子變壓器，輸入高壓工頻交流，通過AC/DC環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為高壓直流，再通過DC/AC環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為高頻交流，經(jīng)過高頻隔離變壓器從原邊耦合到副邊，再通過AC/DC環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為低壓直流，最后通過DC/AC環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換為低壓交流輸出。

調(diào)制及軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)技術(shù)，電壓、電流、功率等電氣量的控制技術(shù)以及故障保護(hù)技術(shù)等是電力電子變壓器的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)電力電子變壓器的電氣特性、損耗、可靠性等有著十分重要的影響。

1.4 DFACTS設(shè)備

柔性交流輸電系統(tǒng)是以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)并具有其他靜止控制器的交流傳輸設(shè)備，能夠增強(qiáng)電網(wǎng)的可控能力并增大輸電容量。其在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用即是DFACTS技術(shù)，又稱用戶電力技術(shù)[38-39]。DFACTS常用設(shè)備種類及功能見表1[40-42]。

與常規(guī)聯(lián)絡(luò)開關(guān)相比，軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)，響應(yīng)速度更快，動(dòng)作成本更低，故障影響更小，可實(shí)現(xiàn)饋線間常態(tài)化軟連接，大大提高配電網(wǎng)控制的靈活性和快速性，但目前軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)的投資成本仍然很高；柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置雖較常規(guī)交流配電網(wǎng)相比具有一定的優(yōu)勢(shì)，如可不停電轉(zhuǎn)移負(fù)荷、可就地對(duì)負(fù)荷進(jìn)行無功補(bǔ)償、可優(yōu)化潮流控制等，但其效率較低，造價(jià)較高，且可靠性有待提高；電力電子變壓器功能雖然遠(yuǎn)多于常規(guī)的工頻變壓器，但當(dāng)前效率、功率密度、可靠性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)一般較低，成為影響其推廣和應(yīng)用的主要因素；DSVC的響應(yīng)速度快，在配電系統(tǒng)中被廣泛用于對(duì)沖擊性負(fù)荷進(jìn)行快速無功補(bǔ)償，但其產(chǎn)生感性無功功率主要依靠電容器，故在電壓水平過于低下而急需無功補(bǔ)償時(shí)，其輸出反而會(huì)減少，且其工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波；DSTATCOM是一個(gè)交流同期電壓源，響應(yīng)速度較DSVC有明顯的改善，但其控制較為復(fù)雜，所用全控型開關(guān)器件的較高造價(jià)在一定程度上限制了其推廣應(yīng)用；與無源濾波器相比，APF在技術(shù)上有著巨大的優(yōu)勢(shì)，但其成本較高，目前還不能完全取代無源濾波器。

圖3 AC/DC/AC型電力電子變壓器Fig.3 AC/DC/AC typed PET

表1 幾種DFACTS設(shè)備種類及功能Tab.1 Several DFACTS equipment types and functions

2 柔性互聯(lián)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)與運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)

2.1 柔性互聯(lián)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)

軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)等電力電子設(shè)備和技術(shù)的廣泛應(yīng)用為不同電能形式、不同電壓等級(jí)的配電網(wǎng)互聯(lián)提供了柔性接口方式，使得配電系統(tǒng)出現(xiàn)了多端交直流混合形式、蜂窩狀等多種新形態(tài)，從而可以更好地滿足未來高滲透率可再生能源和多類型負(fù)荷的規(guī)模化接入需求。與此同時(shí)，配電網(wǎng)的柔性互聯(lián)也大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行性能的可控性，有助于解決常規(guī)配電網(wǎng)在潮流控制、電壓無功控制、電能質(zhì)量治理以及安全性與韌性提升等方面調(diào)節(jié)方式和調(diào)節(jié)能力不足的問題。

2.1.1 多端柔性交直流混合配電網(wǎng)

隨著柔性互聯(lián)關(guān)鍵電力電子裝備的應(yīng)用越來越廣，配電網(wǎng)的供電模式正逐漸從常規(guī)交流系統(tǒng)向交直流混合形式演變，而結(jié)構(gòu)形態(tài)也從常規(guī)的放射型向多端互聯(lián)型網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。基于柔性直流技術(shù)的多端柔性交直流混合配電網(wǎng)有利于多類型分布式電源和負(fù)荷的靈活接入，將成為未來配電網(wǎng)形態(tài)的一種重要形式[9]。含柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置的多端柔性交直流混合配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中，不同電壓等級(jí)的交流和直流配電網(wǎng)通過柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置進(jìn)行互聯(lián)，不同類型分布式電源和負(fù)荷可根據(jù)需要接入交流或直流配電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)了交流和直流側(cè)能量的雙向靈活流動(dòng)，提高了配電網(wǎng)系統(tǒng)供電的可靠性和靈活性。

我國目前已經(jīng)建成包括貴州五端柔性交直流配電網(wǎng)示范工程[43]、廣東珠海多端交直流混合柔性配電網(wǎng)互聯(lián)工程[44]等在內(nèi)的多個(gè)示范工程，柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置也在如北京延慶智能交直流配電網(wǎng)示范工程[45]中得到了應(yīng)用，這些示范工程的建設(shè)突破了配電網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行、系統(tǒng)故障分析與自愈控制、能量優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，為交直流互聯(lián)形式的未來配電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展提供了實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。

2.1.2 蜂窩狀配電網(wǎng)

多端柔性開關(guān)的廣泛使用將使得蜂窩狀配電網(wǎng)(或蜂巢狀有源配電網(wǎng))成為未來配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)演化的一種可能方式[46]。蜂窩狀配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)由若干六邊形饋線網(wǎng)絡(luò)通過柔性控制裝置互聯(lián)組成，全網(wǎng)的潮流傳輸控制具有高可靠和高靈活性，且能夠自組織適應(yīng)各類型分布式發(fā)電單元、微電網(wǎng)單元、以及各電壓等級(jí)的交流和直流配電網(wǎng)[47]。典型蜂窩狀配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖[48]如圖5所示。各微電網(wǎng)單元以及不同電壓等級(jí)的交流和直流配電網(wǎng)單元形成類似六邊形的供電區(qū)域，并通過柔性互聯(lián)控制裝置互聯(lián)。

圖4 交直流混合配電網(wǎng)Fig.4 AC/DC hybrid distribution network

圖5 典型蜂窩狀配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of typical honeycomb distribution network

蜂窩狀配電網(wǎng)具有極高的供電可靠性和靈活性，可以根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)不同供電單元或區(qū)域的自組織互聯(lián)或隔離，柔性互聯(lián)控制裝置在蜂窩狀配電網(wǎng)的自組織結(jié)構(gòu)構(gòu)成中起到了至關(guān)重要的作用。但另一方面，蜂窩狀配電網(wǎng)互聯(lián)環(huán)節(jié)多，因此在故障等非正常運(yùn)行工況下功率流向和故障演化情況較為復(fù)雜，對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)的控制與保護(hù)配置帶來了挑戰(zhàn)。

除了蜂窩狀配電網(wǎng)外，還可利用柔性互聯(lián)控制裝置構(gòu)建如矩形狀配電網(wǎng)、三角形狀配電網(wǎng)等其他形式的環(huán)狀配電網(wǎng)拓?fù)?。?shí)際工程應(yīng)用中可根據(jù)配電網(wǎng)的規(guī)模大小、區(qū)域電網(wǎng)的供電模式、微電網(wǎng)數(shù)量和類型、供電可靠性與經(jīng)濟(jì)性要求等綜合考慮確定。

2.2 柔性互聯(lián)配電網(wǎng)運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 配電網(wǎng)潮流調(diào)節(jié)

潮流的雙向主動(dòng)調(diào)節(jié)是柔性互聯(lián)配電網(wǎng)運(yùn)行控制的首要特征。軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)、柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置等柔性開關(guān)設(shè)備的應(yīng)用可以準(zhǔn)確連續(xù)地對(duì)配電網(wǎng)的潮流進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使系統(tǒng)具備了實(shí)時(shí)化和精準(zhǔn)化的潮流主動(dòng)優(yōu)化能力。柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的潮流控制關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下問題：

a)在分布式電源和負(fù)荷功率發(fā)生時(shí)序波動(dòng)等非理想運(yùn)行工況下，應(yīng)充分發(fā)揮柔性開關(guān)設(shè)備的作用，運(yùn)用多目標(biāo)魯棒優(yōu)化等方法實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)功率的平衡和不同子網(wǎng)間的功率支援。

b)軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)、柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置等柔性開關(guān)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)成本較高，應(yīng)綜合考慮配電網(wǎng)中的其他可調(diào)資源(如電動(dòng)汽車、柔性負(fù)荷等)和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)等控制手段進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，得到最優(yōu)的潮流優(yōu)化調(diào)節(jié)策略。

c)在配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)根據(jù)柔性開關(guān)設(shè)備的快速可調(diào)性，避免故障電流的轉(zhuǎn)移和演變，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的故障自愈功能；因此，應(yīng)研究并制訂故障情況下配電網(wǎng)的柔性開關(guān)設(shè)備的平滑快速切換和故障電流主動(dòng)抑制策略。

2.2.2 配電網(wǎng)電壓/無功綜合控制

配電網(wǎng)的電壓無功優(yōu)化控制關(guān)系到系統(tǒng)供電質(zhì)量和無功功率需求問題[49]，同時(shí)也是減少線損、提高電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的有效措施。常規(guī)的配電網(wǎng)電壓/無功控制措施包括電容器投切、有載調(diào)壓變壓器(on-load tap changer，OLTC)分接頭等，但調(diào)節(jié)速度較慢且不能連續(xù)調(diào)節(jié)，無法有效應(yīng)對(duì)高滲透率分布式電源接入帶來的電壓波動(dòng)問題[50]。電力電子型柔性開關(guān)設(shè)備的應(yīng)用憑借其連續(xù)可調(diào)性、快速準(zhǔn)確性等特征，為配電網(wǎng)電壓/無功的綜合控制提供了新的解決途徑。柔性開關(guān)設(shè)備通過矢量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸出電流的四象限調(diào)節(jié)，能快速連續(xù)地向電網(wǎng)提供容性或者感性無功功率[51]。而DSVC等DFACTS設(shè)備的應(yīng)用也可以有效改善配電網(wǎng)的無功電壓特性。因此，新形勢(shì)下應(yīng)綜合考慮柔性開關(guān)設(shè)備、新型電壓無功調(diào)節(jié)設(shè)備和OLTC、電容器等常規(guī)調(diào)節(jié)設(shè)備在不同時(shí)間尺度下的運(yùn)行特性，并進(jìn)行整體協(xié)調(diào)優(yōu)化，充分發(fā)揮不同電壓控制手段的優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電壓波動(dòng)的有效抑制和系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

2.2.3 配電網(wǎng)電能質(zhì)量綜合治理

配電網(wǎng)的電能質(zhì)量是用戶最為關(guān)注的問題之一，而大量分布式電源和非線性負(fù)荷的接入進(jìn)一步惡化了配電網(wǎng)的供電電能質(zhì)量。DFACTS設(shè)備通過電力電子器件的靈活可調(diào)性，可以有效保障高電能質(zhì)量的電力供給；DVR可以在電網(wǎng)電壓發(fā)生暫降或驟升時(shí)，短時(shí)間內(nèi)將用戶側(cè)的電壓恢復(fù)到額定值；APF則可以用于諧波抑制和功率因數(shù)補(bǔ)償，保證并網(wǎng)電流不受畸變負(fù)荷的影響；由串聯(lián)型DVR和并聯(lián)型APF組合而成的UPQC能同時(shí)補(bǔ)償電壓和電流質(zhì)量，被認(rèn)為是未來高效治理和改善電能質(zhì)量問題的首選模式[52]。在未來大規(guī)模新能源接入的復(fù)雜配電系統(tǒng)中，根據(jù)不同類型用戶對(duì)供電質(zhì)量的要求，充分發(fā)揮電力電子設(shè)備的靈活可調(diào)性對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行針對(duì)性治理，可以在節(jié)省成本的同時(shí)獲得最優(yōu)的電能質(zhì)量治理效果。

2.2.4 配電網(wǎng)安全性與韌性提升技術(shù)

配電網(wǎng)的韌性體現(xiàn)了遭受極端自然災(zāi)害對(duì)配電系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響程度和應(yīng)對(duì)能力[53]，分布式電源的發(fā)展為配電網(wǎng)韌性的提升和重要負(fù)荷的持續(xù)供電提供了手段，但需全面量化分布式電源在極端條件下的隨機(jī)波動(dòng)性影響。隨著未來柔性互聯(lián)配電系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，通過電力電子化柔性互聯(lián)關(guān)鍵裝備，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行極端工況下的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)重構(gòu)、新能源和儲(chǔ)能的持續(xù)聯(lián)供、微電網(wǎng)的孤島供電等，是提升配電網(wǎng)安全性與韌性的重要舉措。與常規(guī)配電網(wǎng)的故障恢復(fù)問題不同，極端工況下柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的韌性提升需要重點(diǎn)關(guān)注以下問題：

a)極端條件下分布式電源承受大擾動(dòng)的能力較弱，而柔性設(shè)備的調(diào)節(jié)所引起的分布式電源出力變化可能會(huì)進(jìn)一步加劇其暫態(tài)波動(dòng)；因此，在利用柔性設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)需要考慮策略受暫態(tài)約束的影響。

b)利用柔性互聯(lián)裝備對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)重構(gòu)，可以靈活實(shí)現(xiàn)極端工況下系統(tǒng)的故障隔離和重要負(fù)荷持續(xù)供電，從而提升配電網(wǎng)的韌性；因此，需要結(jié)合配電網(wǎng)系統(tǒng)的柔性開關(guān)配置情況，研究適用于極端工況的配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)。

c)極端條件可能會(huì)造成配電系統(tǒng)中供電、供熱、供氣等多個(gè)能源系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生事故，在恢復(fù)操作中應(yīng)考慮不同形式能源系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系，利用不同能源系統(tǒng)的相互支撐，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)安全運(yùn)行的快速恢復(fù)。

3 柔性互聯(lián)配電網(wǎng)發(fā)展關(guān)鍵問題探索

3.1 高滲透率分布式電源和柔性負(fù)荷接入背景下的配電網(wǎng)柔性互聯(lián)關(guān)鍵問題

分布式電源產(chǎn)生的電能通常均為直流電或可經(jīng)過簡單整流后變?yōu)橹绷麟?，柔性?fù)荷(如LED照明燈和電動(dòng)汽車等)采用直流電驅(qū)動(dòng)；因此，直流配電某種意義上推動(dòng)了柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的發(fā)展。但高滲透率分布式電源和柔性負(fù)荷的接入，增加了電源、負(fù)荷的不確定性和協(xié)調(diào)運(yùn)行的難度，配電網(wǎng)柔性互聯(lián)面臨一些關(guān)鍵問題值得探索：

a)分布式電源的接入方案問題。分布式電源存在多種集中或分散接入的方案，為了實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)分布式電源最大容量接入，當(dāng)分布式電源在網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)自由接入時(shí)，如何確定分布式電源的最優(yōu)位置、容量組合及與其相配合的軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)接入方式，是必須關(guān)注的問題。

b)分布式電源的并網(wǎng)消納問題。作為間歇式能源的分布式電源大量接入配電網(wǎng)，將給系統(tǒng)穩(wěn)定、電能質(zhì)量和繼電保護(hù)等方面帶來諸多問題，對(duì)其進(jìn)行充分消納十分重要。微電網(wǎng)和柔性互聯(lián)技術(shù)的聯(lián)動(dòng)將更有利于分布式電源消納，但如何協(xié)同優(yōu)化將是解決該問題的關(guān)鍵。

c)當(dāng)前電力電子技術(shù)和柔性互聯(lián)關(guān)鍵裝備成本問題。受限于當(dāng)前電力電子技術(shù)和裝備的發(fā)展水平和可靠性，軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)的工程應(yīng)用尚未成熟且成本偏高[54]，但其占分布式電源和柔性負(fù)荷整體投資比例不大，而在提升分布式電源消納能力方面帶來的收益將是可觀的；因此，未來隨著換流器技術(shù)和裝備的發(fā)展成熟及成本不斷下降，配電網(wǎng)柔性互聯(lián)具有廣闊的發(fā)展前景。

d)隨著5G通信、邊緣數(shù)據(jù)處理等電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，海量分布式電源和柔性負(fù)荷并網(wǎng)的可觀可控成為可能。面對(duì)日益增多的5G基站、邊緣數(shù)據(jù)處理中心等物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在配電網(wǎng)中配置布點(diǎn)的需求，探索物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與柔性互聯(lián)站、光伏站、充電站等多站合一的建設(shè)模式，可以在保證系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，促進(jìn)高滲透率分布式電源和柔性負(fù)荷的接入，并使得規(guī)?；植际诫娫春腿嵝载?fù)荷參與電網(wǎng)協(xié)同調(diào)控成為可能。

3.2 增量配電網(wǎng)改革背景下的配電網(wǎng)柔性互聯(lián)關(guān)鍵問題

2016年10月，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)了《有序放開配電網(wǎng)業(yè)務(wù)管理辦法》(發(fā)改經(jīng)體〔2016〕2120號(hào))[55]，提出按照“管住中間、放開兩頭”的體制架構(gòu)，結(jié)合輸配電價(jià)改革和電力市場(chǎng)建設(shè)，有序放開配電網(wǎng)業(yè)務(wù)，鼓勵(lì)社會(huì)資本投資、建設(shè)、運(yùn)營增量配電網(wǎng)，通過競(jìng)爭(zhēng)創(chuàng)新，為用戶提供安全、方便、快捷的供電服務(wù)，為推進(jìn)增量配電投資業(yè)務(wù)提供了明確路徑，也給配電網(wǎng)柔性互聯(lián)帶來了一些關(guān)鍵問題：

a)適應(yīng)增量配電網(wǎng)市場(chǎng)的系統(tǒng)柔性互聯(lián)快速響應(yīng)機(jī)制問題?，F(xiàn)有的配電網(wǎng)調(diào)控管理手段不足，決策流程較長，難以適應(yīng)增量配電改革的市場(chǎng)化環(huán)境；而配電網(wǎng)柔性互聯(lián)將是一種趨勢(shì)，柔性互聯(lián)裝備極大提高了配電系統(tǒng)的可控手段和調(diào)節(jié)靈活度，將在增量配電網(wǎng)市場(chǎng)各方高效互聯(lián)過程中的潮流定向調(diào)節(jié)、主動(dòng)能量管理等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

b)增量配電網(wǎng)多主體博弈問題。隨著市場(chǎng)管制的放松，電力與能源市場(chǎng)不斷興起，勢(shì)必會(huì)形成配電網(wǎng)投資、建設(shè)主體多元化的局面，各主體間以利益為導(dǎo)向進(jìn)行多方博弈，勢(shì)必對(duì)配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)可靠帶來挑戰(zhàn)，配電網(wǎng)柔性互聯(lián)的投資主體如何界定，將決定其發(fā)展空間和技術(shù)走向。

c)隨著大規(guī)模分布式電源和多類型負(fù)荷的接入，配電系統(tǒng)的潮流發(fā)生了明顯改變，在增量配電網(wǎng)改革背景下，有可能因?yàn)楦骼嬷黧w以自身利益最大化的發(fā)電或用電行為而使得系統(tǒng)潮流分布不合理，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)生阻塞問題[56]，而柔性互聯(lián)裝備的應(yīng)用可以有效改善系統(tǒng)的潮流分布特性；因此，應(yīng)深入研究基于柔性互聯(lián)技術(shù)和市場(chǎng)引導(dǎo)機(jī)制的配電網(wǎng)阻塞管理策略，從技術(shù)和市場(chǎng)2個(gè)角度保證配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和增量配電網(wǎng)改革的靈活性。

d)配電網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)的首要考慮因素問題。目前，增量配電網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)展總體緩慢。增量配電網(wǎng)改革背景下，配電網(wǎng)規(guī)劃市場(chǎng)面臨激烈競(jìng)爭(zhēng)，搶占市場(chǎng)將成為配電網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)的首要考慮因素，而規(guī)劃投資效益和電價(jià)政策也將成為規(guī)劃的限制因素；因此，以配電網(wǎng)規(guī)劃柔性多互聯(lián)、建立強(qiáng)聯(lián)絡(luò)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和預(yù)留多端柔性互聯(lián)為特征的配電網(wǎng)柔性互聯(lián)研究尤其關(guān)鍵。

3.3 能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)背景下的配電網(wǎng)柔性互聯(lián)關(guān)鍵問題

利用可再生能源技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，探索多種形式能源之間相互融合的途徑，形成新型的能源利用模式(即能源互聯(lián)網(wǎng))，是推動(dòng)能源變革的重要方式[57]。作為能源大規(guī)模優(yōu)化配置和使用的載體，城市配電網(wǎng)負(fù)荷分布密集，能源需求消耗大，而配電網(wǎng)的柔性互聯(lián)作為能源優(yōu)化配置的基礎(chǔ)平臺(tái)，其高可靠供電能力、高可控的管理調(diào)節(jié)能力，以及高效的源網(wǎng)荷優(yōu)化能力是構(gòu)建城市能源互聯(lián)網(wǎng)的重要途徑。2018年，蘇州工業(yè)園區(qū)“基于柔性直流互聯(lián)的交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用示范工程”正式投運(yùn)，通過柔性互聯(lián)裝置實(shí)現(xiàn)了廣域范圍內(nèi)的潮流靈活控制和多能優(yōu)化利用，支撐了蘇州城市能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展[58]。配電網(wǎng)柔性互聯(lián)技術(shù)為能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供了重要技術(shù)手段。

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，不同類型分布式電源和多元化負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行管理帶來了壓力，而柔性互聯(lián)技術(shù)擴(kuò)展了配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)，為多類型資源靈活并網(wǎng)和多能流相互融合提供了可能的網(wǎng)絡(luò)路徑。含柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置的交直流混合配電網(wǎng)已經(jīng)在部分城市示范工程中得到了應(yīng)用，而蜂窩狀配電網(wǎng)憑借其獨(dú)特靈活的網(wǎng)絡(luò)互連方式也得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。基于柔性互聯(lián)技術(shù)的配電網(wǎng)改變常規(guī)放射型結(jié)構(gòu)特征，也對(duì)其優(yōu)化運(yùn)行、潮流調(diào)控、故障自愈[59]等帶來了挑戰(zhàn)。因此，亟需對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)背景下的多形態(tài)混合配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可靠性與經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)多能耦合與優(yōu)化運(yùn)行等展開研究，使未來配電網(wǎng)發(fā)展成為滿足多資源靈活互動(dòng)的多樣化供能平臺(tái)。

近年來，區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展有望成為推動(dòng)未來能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵支撐，而配電網(wǎng)的柔性互聯(lián)核心設(shè)備，特別是以電力電子可控裝備為基礎(chǔ)的能量路由器，則成為支持區(qū)塊鏈框架下能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)硬件平臺(tái)[60]；因此，開展以能量路由器為基礎(chǔ)的關(guān)鍵配電網(wǎng)柔性互聯(lián)裝備的多類型標(biāo)準(zhǔn)化接口、多源數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)以及多能流實(shí)時(shí)調(diào)控技術(shù)，可以為區(qū)塊鏈技術(shù)提供有效的物理硬件平臺(tái)支撐，推動(dòng)區(qū)塊鏈框架下能源互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和落地。

3.4 低壓智能配電網(wǎng)中的柔性互聯(lián)關(guān)鍵問題

低壓配電網(wǎng)位于電網(wǎng)的末端，承擔(dān)著供電和用戶用電的關(guān)鍵連接環(huán)節(jié)，但由于低壓配電網(wǎng)存在數(shù)量多、分布廣、種類繁多以及標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題[61]，運(yùn)維管理水平相比于中高壓配電網(wǎng)較低。隨著社會(huì)生產(chǎn)水平的提高和高滲透率分布式電源的接入，充分利用柔性互聯(lián)關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)手段對(duì)低壓智能配電網(wǎng)進(jìn)行改造升級(jí)，進(jìn)而建設(shè)具有智能化管控水平的低壓智能配電網(wǎng)迫在眉睫。然而，考慮到低壓配電網(wǎng)自身的特殊性，其柔性互聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)存在以下問題需要重點(diǎn)考慮：

a)低壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，種類較多，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥R(shí)別能力較弱，與此同時(shí)，由于位于電網(wǎng)末梢并面向用戶，低壓配電網(wǎng)的供電電能質(zhì)量較低；因此，如何結(jié)合低壓配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行工況和分布式電源的接入情況，以及用戶用電的實(shí)際需求，并考慮軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器等柔性互聯(lián)設(shè)備的建設(shè)投入成本，對(duì)柔性互聯(lián)設(shè)備在低壓配電網(wǎng)中的優(yōu)化配置進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，是實(shí)現(xiàn)低壓智能配電網(wǎng)柔性互聯(lián)的首要關(guān)鍵問題。

b)柔性互聯(lián)裝置的應(yīng)用使得低壓配電網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)的多樣化發(fā)展同樣成為可能。交直流混合低壓配電網(wǎng)、蜂窩狀低壓配電網(wǎng)等新型低壓配電網(wǎng)在接納分布式電源、提高用戶用電質(zhì)量和可靠性，以及提升系統(tǒng)管控水平方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。但新型低壓配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和后期的運(yùn)行維護(hù)成本較高，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際低壓配電系統(tǒng)情況，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。

c)低壓配電網(wǎng)直接面向用戶，隨著分布式電源、電動(dòng)汽車、柔性負(fù)荷等不斷接入，低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行隨機(jī)性大大增加，使得用戶供電的可靠性面臨不確定性。為此，應(yīng)充分發(fā)揮軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)、柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置等電力電子設(shè)備的高可控性，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)有功無功的協(xié)同優(yōu)化，有效提高低壓配電網(wǎng)的可觀性、可控性以及與用戶的雙向互動(dòng)性，使低壓配電系統(tǒng)朝著更加動(dòng)態(tài)靈活、可再生能源友好接入的智能化方向發(fā)展。

4 總結(jié)與展望

柔性互聯(lián)關(guān)鍵裝備和技術(shù)為未來智慧能源接入背景下配電網(wǎng)的發(fā)展和運(yùn)行調(diào)控提供了靈活高效的技術(shù)手段。隨著電力電子技術(shù)的不斷成熟和制造成本的降低，柔性互聯(lián)裝備有望在更加廣泛范圍內(nèi)的配電網(wǎng)改造升級(jí)中發(fā)揮作用。因此，應(yīng)進(jìn)一步開展關(guān)于軟聯(lián)絡(luò)開關(guān)、柔性環(huán)網(wǎng)控制裝置、電力電子變壓器等柔性互聯(lián)裝備的研究和開發(fā)，在降低設(shè)備成本的前提下提高其運(yùn)行可靠性；進(jìn)而基于柔性互聯(lián)關(guān)鍵裝備，對(duì)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)與運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)展開研究，加快關(guān)鍵技術(shù)從理論研究到實(shí)際工程應(yīng)用的落地推廣；最后，面對(duì)高滲透率分布式電源和柔性負(fù)荷的接入，還需深入探討增量配電網(wǎng)改革、能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、低壓智能配電網(wǎng)絡(luò)拓展等新形勢(shì)下柔性互聯(lián)配電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題，進(jìn)一步推動(dòng)柔性互聯(lián)技術(shù)對(duì)未來智慧配電系統(tǒng)的發(fā)展發(fā)揮更大的作用。