栗文瑾，楊 龍，張靜忠

1.國網(wǎng)寧夏電力有限公司固原供電公司，寧夏 固原 756000

2.國網(wǎng)寧夏電力有限公司調(diào)度控制中心，寧夏 銀川 750001

0 引言

當(dāng)前，全球新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不斷壯大，以太陽能、風(fēng)能等為代表的分布式電源逐漸受到人們的關(guān)注，并且在各個領(lǐng)域中均有著十分廣泛的應(yīng)用。在這樣的大環(huán)境背景下，配電網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生了極大的改變，其負(fù)荷特性也呈現(xiàn)多樣化發(fā)展，有源配電網(wǎng)逐步形成，對配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行造成了不可忽視的影響[1]。在具體應(yīng)用中，配電網(wǎng)的運行呈現(xiàn)出負(fù)荷波動頻率加劇、有功功率與無功功率流向日趨復(fù)雜等趨向。在這樣的發(fā)展下，為實現(xiàn)配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，面向配電網(wǎng)的柔性互聯(lián)成為當(dāng)前國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究人員重點關(guān)注的話題之一，而柔性互聯(lián)系統(tǒng)的創(chuàng)新也逐漸成為配電網(wǎng)未來實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的重要突破點[2]?；诖?，文章針對配電網(wǎng)柔性互聯(lián)系統(tǒng)在運行過程中的模式進(jìn)行探究，并以配電網(wǎng)穩(wěn)定運行為目標(biāo)，實現(xiàn)對實際應(yīng)用過程中配電網(wǎng)的運行調(diào)控分析。

1 配電網(wǎng)柔性互聯(lián)系統(tǒng)多模式運行與調(diào)控設(shè)計

1.1 配電網(wǎng)柔性互聯(lián)系統(tǒng)三類運行模式設(shè)計

在配電網(wǎng)運行過程中，隨著主變負(fù)載狀態(tài)的改變，柔性互聯(lián)系統(tǒng)的運行模式也需要進(jìn)行相應(yīng)的改變，以適應(yīng)配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。通過對配電網(wǎng)運行條件進(jìn)行分析，在柔性互聯(lián)系統(tǒng)的兩個交流端口上，其變換器能夠根據(jù)不同的控制指令實現(xiàn)不同功率的雙向傳輸，方便在離線狀態(tài)下對系統(tǒng)運行模式的動態(tài)調(diào)節(jié)[3]。柔性互聯(lián)系統(tǒng)的三個端口分別連接著光伏發(fā)電設(shè)備、蓄電池設(shè)備和直流負(fù)載。根據(jù)系統(tǒng)的柔性互聯(lián)結(jié)構(gòu)，確定其運行模式可分為以下三種。

第一種，柔性互聯(lián)運行模式。在這種模式下，與系統(tǒng)相連接的兩個變壓器均是以并網(wǎng)的形式運行，并通過兩個變壓器才能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的柔性互聯(lián)[4]。在系統(tǒng)運行過程中，其端口位置上的功率大小與方向均可通過虛擬同步機對其進(jìn)行控制，并通過變壓器連接實現(xiàn)雙向流動。

第二種，負(fù)荷轉(zhuǎn)換供應(yīng)運行模式。在這種模式下，與柔性互聯(lián)系統(tǒng)相連接的變換器此時處于離線狀態(tài)。當(dāng)配電網(wǎng)運行過程中出現(xiàn)異常時，饋線兩側(cè)產(chǎn)生的負(fù)荷將會通過另一組配電網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換供應(yīng)，并且在另一組配電網(wǎng)中對應(yīng)的饋線功率能夠通過變壓器實現(xiàn)雙向傳輸，從而不需要轉(zhuǎn)換控制策略。

第三種，孤島運行模式。在這種模式下，柔性互聯(lián)系統(tǒng)連接的兩個變壓器均處于離線的狀態(tài)。當(dāng)配電網(wǎng)1和配電網(wǎng)2均發(fā)生故障問題時，此時由于兩個變壓器均離線，需要通過分布式電源為系統(tǒng)提供短暫的電力供應(yīng)，待配電網(wǎng)恢復(fù)正常供電后，系統(tǒng)可重新根據(jù)需要轉(zhuǎn)變?yōu)樯鲜鰞煞N運行模式。

1.2 系統(tǒng)交流端口VSG調(diào)控

針對柔性互聯(lián)系統(tǒng)交流端口的調(diào)控，引入VSG調(diào)控策略，通過虛擬同步電機實現(xiàn)控制。這種調(diào)控方式的主要目的是在交流端口位置上輸出功率能夠表現(xiàn)為同步發(fā)電機，并利用吸收功率的外特性實現(xiàn)對同步電動機的表示，從而提升系統(tǒng)連接柔性。在調(diào)控過程中，系統(tǒng)連接的同步電機轉(zhuǎn)子運動過程可用公式（1）表示：

公式（1）中，Tm為系統(tǒng)運行過程中同步電機的機械轉(zhuǎn)矩；Te為系統(tǒng)運行過程中同步電機的電磁轉(zhuǎn)矩；D為阻尼系數(shù)；ω為運行過程中的角速度；ω0為額定角速度；J為轉(zhuǎn)動慣量參數(shù)。

在公式（1）的基礎(chǔ)上，引進(jìn)等比例諧波振動控制技術(shù)，將其與上端交流端口對接，通過此種方式，實現(xiàn)對電流信號與前端傳輸指令的有效追溯與跟蹤，從而實現(xiàn)在信息交互端，對電流的高精度宏觀調(diào)控[5]。在進(jìn)行調(diào)控操作處理時，可采用調(diào)整機械功率的方式，進(jìn)行多個交互端口的對接，實現(xiàn)對交互端的同步調(diào)整。

1.3 系統(tǒng)直流端口虛擬直流電機調(diào)控

針對柔性互聯(lián)系統(tǒng)直流端口的調(diào)控，引入虛擬直流電機調(diào)控策略，通過調(diào)節(jié)虛擬直流電機，實現(xiàn)系統(tǒng)與直流配電網(wǎng)之間的柔性互聯(lián)。虛擬直流電機的轉(zhuǎn)子在運行過程中可用公式（2）表示：

公式（2）中，Tdm、Tde、Dd、ωd均與上述公式（1）所示參數(shù)對應(yīng)，分別為直流電機的機械轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩、阻尼系數(shù)、角速度。

在公式（2）的基礎(chǔ)上，將直流電機電樞回路的電動勢平衡作為條件，對系統(tǒng)直流端口進(jìn)行調(diào)控。同時，在調(diào)控的過程中，根據(jù)系統(tǒng)直流電機控制功率指令可將獲取到的控制指令采用電流閉環(huán)比例實現(xiàn)對電流參數(shù)變化的跟蹤。通過此種處理方式，實現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定運行過程中，對傳輸電流的高精度有效控制。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)上文所述的電機調(diào)節(jié)方式調(diào)整系統(tǒng)聯(lián)機，這樣能夠在系統(tǒng)連接的過程中避免母線沖壓，對系統(tǒng)運行造成抑制與干擾，從而提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

2 應(yīng)用效果分析

為了驗證上述設(shè)計的多模式運行和調(diào)控方法的合理性以及應(yīng)用優(yōu)勢，選擇以某電力企業(yè)作為依托，將上述提出的方法應(yīng)用到該電力企業(yè)的配電網(wǎng)柔性互聯(lián)系統(tǒng)中，并對該電力系統(tǒng)的運行情況進(jìn)行記錄，從而反映本文上述方法的應(yīng)用效果。已知在該系統(tǒng)運行的環(huán)境中共包含兩個電壓均為10 kV的配電網(wǎng)運行環(huán)境，其直流母線電壓為750 kV。在配電網(wǎng)中，連接的5個變壓器額定容量為150 kVA，變壓器的額定功率為45 kW，直流負(fù)荷為5 kW，光伏出力為15 kW。按照上述提出的多模式運行方式完成運行，并在系統(tǒng)的交流端口采用VSG調(diào)控，在系統(tǒng)直流端口采用虛擬直流電機調(diào)控。完成上述內(nèi)容后，分別記錄5個變壓器的運行狀態(tài)，并將在0.1～0.5 s、0.5～1.0 s和1.0～1.5 s范圍內(nèi)變壓器的運行功率記錄如表1所示。

表1 五個變壓器運行狀態(tài)記錄表 單位：kW

從表1中記錄的數(shù)據(jù)可以看出，配電網(wǎng)中所有與柔性互聯(lián)系統(tǒng)相連接的變壓器均能夠保持正常的運行狀態(tài)。隨機選擇5個變壓器中，兩個相對應(yīng)位置上的變壓器，對其在運行的0.2～1.8 s內(nèi)系統(tǒng)端口上的功率進(jìn)行記錄，并繪制成圖，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)端口功率變化圖

從圖1可以看出，兩個變壓器在0.2～1.8 s運行時間內(nèi)，其功率變化曲線呈現(xiàn)出以功率為10 kW為軸線的軸對稱圖形，實現(xiàn)了對負(fù)載的均衡調(diào)控。

3 結(jié)束語

通過上述研究提出了一種符合配電網(wǎng)柔性互聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的多模式運行方式，并針對其運行需要實現(xiàn)了對交流端口和直流端口的調(diào)控。同時應(yīng)用實例的方式證明，文章提出的多模式運行與調(diào)控法在實際應(yīng)用中能夠?qū)崿F(xiàn)對配電網(wǎng)柔性互聯(lián)系統(tǒng)更穩(wěn)定的控制，確保配電網(wǎng)整體運行安全。在后續(xù)的研究中，還將結(jié)合協(xié)同控制方法和故障保護(hù)控制方法，從優(yōu)化降損的角度進(jìn)一步完善該系統(tǒng)。