鄭建平，陳建福，劉堯，屈魯，余占清，宋強(qiáng)，袁志昌，趙彪，曾嶸

(1. 廣東電網(wǎng)公司電力調(diào)度控制中心，廣州 510600；2. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東 珠海519000；3. 電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備控制和仿真國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系)，北京 100084；4. 清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)研究院直流研究中心，北京 100084)

0 引言

城市作為能源使用的主體，其發(fā)展決定了能源變革的方向和格局，是世界和中國能源變革的關(guān)鍵，而發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)是城市能源變革的重要方向。發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)將推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向以可再生能源和信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的新興產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變，是對人類社會生活方式的一次根本性革命[1 - 7]。

配電網(wǎng)作為電能分配的載體，是城市能源互聯(lián)網(wǎng)物理網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。隨著分布式電源快速發(fā)展、直流負(fù)荷不斷增加、儲能應(yīng)用日益廣泛，城市交流配電系統(tǒng)中交直流能量變換損耗高、配電變換靈活性差、配電環(huán)節(jié)匹配性低的問題日益凸現(xiàn)；此外，隨著城市用電客戶對電能質(zhì)量及供電可靠性等要求不斷提高，城市交流配電系統(tǒng)在電能供應(yīng)穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等方面將遇到新的挑戰(zhàn)，越發(fā)不能滿足日新月異的直流電源與用電需求。采用柔性直流配電系統(tǒng)能夠提高配電利用率，支撐多源多荷的高效靈活接入，實(shí)現(xiàn)各分區(qū)潮流靈活可控、負(fù)載率均衡，是配電系統(tǒng)研究方向的熱點(diǎn)[8 - 14]。

目前，國內(nèi)外在柔性直流配電系統(tǒng)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)研究、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和示范工程已逐步開展。美國較早地開展了直流配電系統(tǒng)的研究。2010年，弗吉尼亞理工大學(xué)提出了基于分層連接結(jié)構(gòu)的交直流混合配電結(jié)構(gòu)[15 - 17]。2011年，美國北卡羅來納大學(xué)提出了構(gòu)建未來自動智能、變換靈活的配用電結(jié)構(gòu)[18 - 19]。2004年，日本東京工業(yè)大學(xué)搭建了一套10 kW基于直流微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)模型[15]。2006年，日本大阪大學(xué)提出了一種雙極結(jié)構(gòu)的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)[20 - 21]。此后，意大利米蘭理工大學(xué)、羅馬尼亞布加勒斯特理工大學(xué)、丹麥奧爾堡大學(xué)也相繼提出直流配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[22 - 26]。德國亞琛大學(xué)于2016年建成10 kV中壓直流配電系統(tǒng)[27 - 28]，并進(jìn)行了10 kV中壓直流配電的試驗(yàn)性研究，實(shí)現(xiàn)了中壓直流配電系統(tǒng)在實(shí)踐上的突破。自2009年開始，中國相關(guān)研究機(jī)構(gòu)逐步對直流配電系統(tǒng)展開了研究，但重點(diǎn)主要集中在直流裝置的研發(fā)上，直流配電網(wǎng)整體規(guī)劃等方面的研究則較為欠缺[29 - 31]。2018年8月29日，國網(wǎng)杭州供電公司負(fù)責(zé)的全國首個(gè)智能柔性直流配電系統(tǒng)示范工程在浙江杭州江東新城順利通過試運(yùn)行考驗(yàn)，經(jīng)功能升級后正式投入運(yùn)行。2018年9月3日，南網(wǎng)貴州電力科學(xué)研究院牽頭負(fù)責(zé)的國內(nèi)首個(gè)五端直流配電系統(tǒng)示范工程在貴州進(jìn)入試運(yùn)行。

綜上所述，雖然國內(nèi)外在柔性直流配電系統(tǒng)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、示范工程已逐步開展，但大都處于一般性探索階段，并未對其規(guī)劃設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)控制和故障保護(hù)等實(shí)際問題進(jìn)行深入和有效的研究。因此，亟需研究柔性直流配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)、研制核心裝備并通過特色的示范工程實(shí)現(xiàn)理論與技術(shù)驗(yàn)證。

為了突破柔性直流配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于柔性直流配電網(wǎng)的城市能源互聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用，文章首先對城市能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行需求分析，提出城市能源互聯(lián)網(wǎng)的典型架構(gòu)；接著對城市能源互聯(lián)網(wǎng)物理基礎(chǔ)層的核心網(wǎng)絡(luò)——柔性直流配電網(wǎng)進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)分析；最后開展基于柔性直流配電網(wǎng)的城市能源互聯(lián)網(wǎng)示范工程設(shè)計(jì)及分析。

1 城市能源互聯(lián)網(wǎng)的典型架構(gòu)

城市作為區(qū)域用能中心，具有多能供應(yīng)、多網(wǎng)融合、設(shè)備多樣、場景復(fù)雜、交互頻繁、規(guī)模量大等特征，對能源網(wǎng)絡(luò)的可靠性、安全性、穩(wěn)定性及效率要求較高，存在節(jié)能減排、降低能源消費(fèi)成本的實(shí)際壓力，亟需突破傳統(tǒng)能源供給、傳輸、消費(fèi)的模式，發(fā)展城市能源互聯(lián)網(wǎng)將推動城市能源供應(yīng)體系的結(jié)構(gòu)性改革和能源產(chǎn)業(yè)升級。

為了支撐城市能源變革，推動城市能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，促進(jìn)新能源發(fā)電、柔性直流配電網(wǎng)、多能互補(bǔ)等技術(shù)的示范落地，構(gòu)建面向能源消費(fèi)革命、具有廣泛示范意義的“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源新模式，珠海市選定橫琴自貿(mào)區(qū)和唐家灣科技園作為示范核心區(qū)，以多能聯(lián)供的綜合能源運(yùn)營、供需互動的柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)、集成共享的智慧能源大數(shù)據(jù)平臺、服務(wù)創(chuàng)新的新型市場模式為應(yīng)用場景，進(jìn)行“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源示范，其整體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 基礎(chǔ)物理層

以橫琴地區(qū)綜合能源網(wǎng)絡(luò)，以及消費(fèi)側(cè)優(yōu)質(zhì)高效綜合供能為框架，實(shí)現(xiàn)多種能源類型的優(yōu)化互補(bǔ)，支持冷/熱/電三聯(lián)供，支撐從生產(chǎn)到消費(fèi)的全方位、全時(shí)段覆蓋，呈現(xiàn)多元化、綜合性的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)業(yè)態(tài)；以唐家地區(qū)新型直流配用電網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)新能源和電動汽車的靈活接入和高效運(yùn)營，構(gòu)建支持新能源和電動汽車即插即用的能源互聯(lián)局域網(wǎng)。

1.2 信息數(shù)據(jù)層

實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)、分布式發(fā)電、儲能、用戶用能監(jiān)控云數(shù)據(jù)采集、傳輸和挖掘，為高端應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐，采用智慧能源測控終端，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)，助于預(yù)測與決策，將“業(yè)務(wù)驅(qū)動”轉(zhuǎn)向?yàn)椤皵?shù)據(jù)驅(qū)動”，為需求響應(yīng)、能源運(yùn)營管理、分布式發(fā)電云監(jiān)控提供信息支撐。

1.3 應(yīng)用管理層

開展多能流協(xié)同能量管理，提升終端能效；開展用戶雙向互動的需求響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)用戶需求響應(yīng)，支持用戶自主的能效管理；為用戶提供多樣化增值服務(wù)，實(shí)現(xiàn)用戶多角色互動，創(chuàng)新基于互聯(lián)網(wǎng)思維的能源商業(yè)模式；開展智慧能源運(yùn)營管理，實(shí)現(xiàn)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 柔性直流配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

唐家灣地區(qū)電網(wǎng)存在幾個(gè)主要問題：1)該區(qū)電網(wǎng)與珠海主城區(qū)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)較弱；2)110 kV唐家變電站存在主變N-1后過載問題；3)該片區(qū)近年來負(fù)荷增長較快；4)供電半徑過長，線損較高。因此，通過建設(shè)柔性直流配電網(wǎng)工程可實(shí)現(xiàn)變電站母線互聯(lián)，極大增加區(qū)內(nèi)電網(wǎng)事故備用容量和負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力，并提高該片區(qū)供電可靠性和供電質(zhì)量，對于優(yōu)化現(xiàn)有電網(wǎng)的運(yùn)行和提高可靠性具有重要意義。

當(dāng)前國內(nèi)外柔性直流配電網(wǎng)研究主要集中在低壓微電網(wǎng)、能源路由器、多換流閥共母線供電等場景，真正從電力系統(tǒng)角度對柔直技術(shù)的研究十分有限。工程應(yīng)用存在的主要技術(shù)難題有：1) 缺乏對柔直配電網(wǎng)層級、結(jié)構(gòu)、功能的深入研究，系統(tǒng)性能指標(biāo)、接線與參數(shù)選擇、絕緣配合、控保策略等設(shè)計(jì)難題亟待解決；2) 核心功率器件技術(shù)受制于人，關(guān)鍵裝備研發(fā)體系不完善，性能、效率和集成度不高；3) 缺乏有效應(yīng)對柔直慣性低、暫態(tài)特性復(fù)雜、故障隔離困難的技術(shù)手段，以及支撐與交流電網(wǎng)、源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)高效運(yùn)營的控制策略。

因此，基于珠海能源互聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)整體功能結(jié)構(gòu)，制定了珠海柔性直流配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)路線，如圖2所示。需要突破柔性直流配電網(wǎng)的系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行控制、故障保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)，研制關(guān)鍵設(shè)備，并通過示范應(yīng)用，驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備的可行性和先進(jìn)性，推動柔性直流配電網(wǎng)的發(fā)展。

圖2 柔性直流配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)路線Fig.2 Key technology route of flexible DC distribution network

2.1 系統(tǒng)規(guī)劃

為解決城市配電系統(tǒng)擴(kuò)容難問題，提高配電利用率，需研究城市柔性直流配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，能夠支撐多源多荷的高效靈活接入，實(shí)現(xiàn)各分區(qū)潮流靈活可控、負(fù)載率均衡；需綜合考慮最優(yōu)潮流、最小線損、分布式電源充分利用等因素，研究城市柔性直流配電網(wǎng)源荷優(yōu)化配置方案；需研究適用于城市柔性直流配電網(wǎng)的綜合評估方法。

2.2 運(yùn)行控制

柔性直流配電網(wǎng)的運(yùn)行控制方面需研究城市柔性直流配電網(wǎng)的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；需研究城市柔性直流配電網(wǎng)的潮流優(yōu)化控制算法，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)各分區(qū)潮流靈活可控；需研究城市柔性直流配電網(wǎng)的多能互補(bǔ)優(yōu)化運(yùn)行算法，支撐多能互補(bǔ)利用；需研究城市柔性直流配電網(wǎng)的電能質(zhì)量治理方法，保障高品質(zhì)電力供應(yīng)。

2.3 故障保護(hù)

城市柔性直流配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)多樣，故障特性復(fù)雜，需研究城市柔性直流配電網(wǎng)的故障機(jī)理及特性，提出城市柔性直流配電網(wǎng)的故障識別及定位方法，給出城市柔性直流配電網(wǎng)的保護(hù)分區(qū)及配置方案，以保證其安全可靠運(yùn)行。

2.4 關(guān)鍵設(shè)備

城市柔性直流配電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備方面需研制柔性多端口直流變壓器、中壓多端口直流斷路器、柔性多端口多狀態(tài)開關(guān)。具體地，需研究其基本原理，提出其關(guān)鍵參數(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和技術(shù)總體方案，進(jìn)而研制其工程樣機(jī)，掌握其系統(tǒng)集成和調(diào)試方法，建立其在不同運(yùn)行工況下的性能與功能測試體系。通過關(guān)鍵設(shè)備研制，提高柔性直流配電網(wǎng)的電能傳輸與變換效率，提升柔性直流配電網(wǎng)的故障處理和控制保護(hù)水平，實(shí)現(xiàn)柔性直流配電網(wǎng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

綜上所述，通過支撐城市能源變革的柔性直流配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用，解決城市配電系統(tǒng)擴(kuò)容難問題，解決城市配電系統(tǒng)多源多荷的靈活高效接入問題，實(shí)現(xiàn)城市高品質(zhì)高可靠電力供應(yīng)，支撐城市的清潔低碳發(fā)展。

3 柔性直流配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)及分析

珠海能源互聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)將建設(shè)±10 kV/±375 V 柔性直流配用電網(wǎng)，結(jié)構(gòu)如圖3所示。為實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)供的功能，提高配電網(wǎng)的供電可靠性，系統(tǒng)采用“星型”網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，換流器相關(guān)參數(shù)如表1所示。

圖3 珠海柔性直流配電網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)Fig.3 Overall structure of Zhuhai flexible DC distribution network

表1 換流器技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters of converter

3.1 電氣接線方式

柔性中壓直流配電網(wǎng)可行的主接線方式主要包括：單極不對稱系統(tǒng)主接線、單極對稱系統(tǒng)主接線和雙極系統(tǒng)主接線[31 - 32]。相比之下，單極對稱系統(tǒng)具有對稱的直流電壓從而簡化了變壓器設(shè)計(jì)；且單極不對稱系統(tǒng)直流極線所耐受電壓是雙極系統(tǒng)的2倍；此外，由于工程采用星型三端配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在一端換流站出現(xiàn)故障時(shí)，另外兩端換流站仍能夠保持供電，可靠性相對較高，無須為了提高可靠性而采用成本更高的雙極系統(tǒng)，因此，本工程電氣主接線采用單極對稱系統(tǒng)接線方式，如圖4所示。

圖4 單極對稱系統(tǒng)接線方式Fig.4 Wiring mode of single pole symmetrical system

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行方式

本工程建設(shè)的柔性直流配電網(wǎng)通過3個(gè)換流器與交流系統(tǒng)交換能量；同時(shí)，柔性直流配電網(wǎng)內(nèi)的線路斷開、部分可控設(shè)備退出運(yùn)行都可能導(dǎo)致運(yùn)行方式的改變。對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的運(yùn)行方式進(jìn)行歸納，包括以下5種主要的運(yùn)行模式：1)三端聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行；2)雙端手拉手運(yùn)行；3)雙端隔離供電；4)單端供電；5)STATCOM。運(yùn)行方式的劃分原則主要是因系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化而引起電力電子設(shè)備控制模式切換的情況[33]。

3.3 關(guān)鍵設(shè)備選型

3.3.1 換流器選型

對于唐家站和雞山Ⅱ站，由于其直流母線配置有直流斷路器，因此可以采用基本的模塊化多電平換流器(modular multilevel converter，MMC)，其功率模塊采用帶有晶閘管旁路和機(jī)械開關(guān)旁路供能的兩電平拓?fù)?，如圖5所示。

圖5 唐家站和雞山Ⅱ站的換流器拓?fù)銯ig.5 Converter topology design of Tangjia station and Jishan Ⅱ station

由于雞山換流站Ⅰ的直流母線不配置直流斷路器，因此其換流器應(yīng)采用具有直流故障電流自清除能力的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。帶有直流故障自清除能力的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的方案包括基于IGCT器件交叉箝位的模塊化多電平換流器(ICC-MMC)、全橋和半橋子模塊混合的模塊化多電平換流器。對于ICC-MMC，每個(gè)橋臂只需增加少量的ICM箝位模塊，以半橋型MMC為基準(zhǔn)，成本僅有少許增加；而且沒有改變MMC的功率子模塊設(shè)計(jì)、換流器控制方式和運(yùn)行特性，又不會占據(jù)太大的柜內(nèi)空間；同時(shí)由于IGCT器件具有低通態(tài)損耗的特性，ICC-MMC方案的效率明顯高于其它阻斷型MMC。因此推薦不配置直流斷路器的雞山Ⅰ站換流器采用基于IGCT交叉箝位的模塊化多電平換流器[34]，如圖6所示。

圖6 基于IGCT器件的交叉箝位換流器拓?fù)銯ig.6 Topology of ICC-MMC based on IGCT

3.3.2 直流斷路器選型

在多端柔性直流系統(tǒng)當(dāng)中，通常會存在多條直流線路的交匯點(diǎn)，如圖3所示。為確保清除任一條直流線路上的短路故障，3條直流線路交匯點(diǎn)處需安裝斷路器。如果這些斷路器均采用混合式直流斷路器，則整個(gè)系統(tǒng)的成本將十分昂貴。如果可以將交匯點(diǎn)安裝的斷路器整合成一個(gè)直流斷路器，并通過優(yōu)化拓?fù)鋪頊p少電力電子串聯(lián)開關(guān)的數(shù)量，則系統(tǒng)成本將顯著下降，并可實(shí)現(xiàn)多路協(xié)調(diào)關(guān)斷。

為提高直流斷路器應(yīng)用于柔性直流配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性并實(shí)現(xiàn)多路協(xié)調(diào)關(guān)斷，工程應(yīng)用三端口耦合負(fù)壓型混合式直流斷路器，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖7所示[35]。

圖7 三端口混合式直流斷路器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.7 Topology of three port hybrid DC circuit breaker

該三端口混合式直流斷路器包含3條主支路path1-path3，其中path1和path2均是1個(gè)完整的耦該三端口混合式直流斷路器包含3條主支路path1—path3，其中path1和path2均是1個(gè)完整的耦合負(fù)壓型混合式直流斷路器。耦合負(fù)壓型混合式直流斷路器由3個(gè)并聯(lián)支路組成，包括用于導(dǎo)通直流系統(tǒng)電流的主支路CB1—CB3，用于短時(shí)承載并關(guān)斷直流系統(tǒng)短路電流和建立瞬態(tài)開斷電壓的轉(zhuǎn)移支路U1—U2，用于抑制開斷過電壓和吸收線路及限流電抗儲能的耗能支路R1—R2。

3.4 直流控制系統(tǒng)

直流控制系統(tǒng)是整個(gè)柔性直流配電網(wǎng)的核心，其基本要求是保持柔性直流配電網(wǎng)中重要負(fù)荷的供電可靠性和電能質(zhì)量需求，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)分布式電源的充分利用。直流控制系統(tǒng)分為三級控制：優(yōu)化層、協(xié)調(diào)層和就地層。其中，最優(yōu)層以柔性直流配電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)潮流計(jì)算為基礎(chǔ)，選擇網(wǎng)絡(luò)損耗和電壓質(zhì)量作為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建柔性直流配電網(wǎng)運(yùn)行的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，如式(1)所示。

minf={Ploss,Ivq}

(1)

式中Ploss為直流配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)損耗，

(2)

式中：n為直流配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；Vi和Vj分別為第i個(gè)和j個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓值；yij為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第j個(gè)節(jié)點(diǎn)之間支路的直流電導(dǎo)。

Ivq為直流配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量指標(biāo)，其表達(dá)式為：

(3)

式中：Vei為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓的期望值；ΔVimax為可以接受的最大電壓偏差。通過每個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓偏差與ΔVmax比值的平方和可以衡量直流配電網(wǎng)的整體電壓質(zhì)量。

上述多目標(biāo)優(yōu)化模型需滿足潮流方程約束、直流電壓約束、換流站容量約束、儲能功率限制。通過雜交粒子群優(yōu)化算法對上述多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，得到一系列非劣解，并使用模糊技術(shù)進(jìn)行決策得到了直流配電系統(tǒng)集控中心電壓、功率等優(yōu)化指令。以唐家站的最優(yōu)控制為例，其網(wǎng)絡(luò)損耗和電壓質(zhì)量的求解結(jié)果如圖8所示。通過實(shí)時(shí)功率與對應(yīng)的改善程度相乘，可得唐家站實(shí)際的線損改善值，其中線損改善最大值為6.12 kW；電壓偏差最差值為4.95%。

圖8 唐家站最優(yōu)控制結(jié)果Fig.8 Optimal control results of Tangjia station

3.5 直流保護(hù)系統(tǒng)

柔性直流配電系統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)是快速可靠地切除故障、減少故障影響范圍、保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。直流保護(hù)系統(tǒng)工作的實(shí)現(xiàn)步驟為：首先確定保護(hù)分區(qū)；其次在分區(qū)的基礎(chǔ)上確定保護(hù)配置方案；之后根據(jù)柔性直流配電系統(tǒng)的運(yùn)行及故障特性，結(jié)合一次設(shè)備中隔離設(shè)備(直流隔離刀閘、直流斷路器等)的性能與配置，制定保護(hù)功能和動作策略，最終完成整個(gè)多端直流配電保護(hù)系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)工作。工程中將故障限流裝置與直流斷路器相結(jié)合，大大降低了系統(tǒng)對直流斷路器性能的要求。同時(shí)在保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，通過電力電子設(shè)備與直流斷路器、負(fù)荷開關(guān)的協(xié)調(diào)配合，完全可以實(shí)現(xiàn)直流側(cè)故障的隔離和系統(tǒng)的快速恢復(fù)。

4 柔性直流配電網(wǎng)的運(yùn)行

2018年12月25日，珠海三端柔性直流配電網(wǎng)工程成功投運(yùn)。工程三端滿功率運(yùn)行時(shí)的錄波如圖9所示。典型方式下，柔直實(shí)現(xiàn)雞山唐家站間20 MW功率互濟(jì)，延緩唐家站擴(kuò)建主變與相應(yīng)線路建設(shè)投資1 000萬元以上。提高雞山變電站變壓器容量利用率約20%，降低變壓器損耗比約50%。

圖9 三端滿功率運(yùn)行Fig.9 Full power operation results of three terminals

工程投產(chǎn)至今正常運(yùn)行超過1 a，成功經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)行、交流電網(wǎng)故障時(shí)三端無功支撐等特殊工況的考驗(yàn)，累計(jì)輸送電量58.260 4 GWh，以0.62元/kWh電費(fèi)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益約2 612萬元。

5 結(jié)語

為推動城市能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，開展了基于柔性直流配電網(wǎng)的城市能源互聯(lián)網(wǎng)研究，主要工作內(nèi)容如下。

1)首先對城市能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行需求分析，提出城市能源互聯(lián)網(wǎng)示范工程的三層架構(gòu)，即基礎(chǔ)物理層、信息數(shù)據(jù)層和應(yīng)用管理層。通過多能聯(lián)供的綜合能源運(yùn)營、供需互動的柔性直流配電網(wǎng)絡(luò)、集成共享的智慧能源大數(shù)據(jù)平臺、服務(wù)創(chuàng)新的新型市場模式為應(yīng)用場景，進(jìn)行能源互聯(lián)網(wǎng)示范。

2)接著對城市能源互聯(lián)網(wǎng)物理基礎(chǔ)層的核心網(wǎng)絡(luò)——柔性直流配電網(wǎng)進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)分析。通過突破柔性直流配電網(wǎng)的系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行控制、故障保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)，研制關(guān)鍵設(shè)備，并通過示范應(yīng)用，可解決城市配電系統(tǒng)擴(kuò)容難問題，解決城市配電系統(tǒng)多源多荷的靈活高效接入問題，實(shí)現(xiàn)城市高品質(zhì)高可靠電力供應(yīng)。

3)最后開展柔性直流配電網(wǎng)示范工程的設(shè)計(jì)及分析。首先對柔性直流配電網(wǎng)的電氣接線方式、系統(tǒng)運(yùn)行方式等進(jìn)行設(shè)計(jì)及分析，提出工程總體建設(shè)方案；接著對換流器和直流斷路器等主要設(shè)備進(jìn)行選型。直流控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置三級控制：優(yōu)化層、協(xié)調(diào)層和就地層；保護(hù)系統(tǒng)按照功能相近原則劃分保護(hù)分區(qū)，分別配置保護(hù)分區(qū)。

柔性直流配電網(wǎng)示范工程為推進(jìn)柔性直流配電技術(shù)在中國落地、運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并對其他工程設(shè)計(jì)和建設(shè)具有參考價(jià)值和示范效應(yīng)，為珠海城市能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)而為建設(shè)國際化能源變革城市提供支撐。