葛少云，劉 帥，李榮超，高 潔，孔 亮

（1.天津大學(xué)電氣自動(dòng)化與信息工程學(xué)院，天津 300072；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司威海供電公司，山東 威海 264200）

0 引言

在新型電力系統(tǒng)建設(shè)背景下，高比例分布式電源和電動(dòng)汽車等資源大量接入配電網(wǎng)，重要敏感負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求也越來越高，傳統(tǒng)配電網(wǎng)在支撐更高比例新能源并網(wǎng)消納及源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)方面受限，亟須探索新型配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)，支撐構(gòu)建靈活資源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)。

專家學(xué)者對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)已有大量研究，法國(guó)巴黎的20 kV 三環(huán)網(wǎng)［1-2］接線，供電可靠性較高；新加坡電網(wǎng)的“單花瓣”供電結(jié)構(gòu)［3-5］，需要配電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行；雄安新區(qū)的電纜“雙花瓣”接線［6］，供電可靠性較高，負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力達(dá)到100%，線路利用率可達(dá)50%；上海鉆石型接線［7］以開關(guān)站為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)核心，構(gòu)建雙層雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，供電模式為不同變電站雙側(cè)電源，供電可靠性較高，轉(zhuǎn)供能力強(qiáng)，線路利用率為50%。現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)研究成果在供電可靠性或利用效率方面有所提升，但針對(duì)現(xiàn)代化城市的高比例分布式能源、儲(chǔ)能與需求側(cè)資源等新型配電網(wǎng)組成部分的接入、協(xié)調(diào)互動(dòng)、市場(chǎng)化交易等方面缺乏可靠支持［8］。

王成山等提出了蜂巢有源配電網(wǎng)理論，以微網(wǎng)群及柔性軟開關(guān)［9］構(gòu)建蜂巢狀配電網(wǎng)［10］?；诜涓C狀配電網(wǎng)理論進(jìn)一步深化蜂巢型中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及其過渡策略研究，為城市配電網(wǎng)規(guī)劃及改造工作提供新思路，推動(dòng)新型電力系統(tǒng)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1 國(guó)內(nèi)外中壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1.1 國(guó)外中壓配電網(wǎng)

1）巴黎中壓配電網(wǎng)。

巴黎城區(qū)20 kV 配電網(wǎng)多采用由兩座變電站電纜三射線構(gòu)成的電纜三環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。用戶接入方式為雙電源供電。

圖1 巴黎城區(qū)20 kV三環(huán)網(wǎng)Fig.1 Three-ring structure of Paris urban 20 kV power grid

配電網(wǎng)開環(huán)運(yùn)行，三環(huán)網(wǎng)的分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)均配置遠(yuǎn)程遙控功能，配電網(wǎng)具備自愈能力，供電可靠性較高［11］，線路利用率為50%。

圖2 為巴黎電網(wǎng)的組網(wǎng)形態(tài)，從圖中可以看出三個(gè)中壓環(huán)之間縱向聯(lián)絡(luò)，通過高壓線路相連，由此形成圖3網(wǎng)孔型中壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，任意變電站N-1或N-2 均可通過臨近變電站恢復(fù)供電，若相鄰兩個(gè)變電站同時(shí)停運(yùn)，可通過跨母線方式由周邊變電站向斷電變電站恢復(fù)供電，使變電站滿足N-2安全校驗(yàn)。

圖2 巴黎電網(wǎng)形態(tài)Fig.2 Morphological structure of Paris power grid

圖3 巴黎電網(wǎng)形態(tài)細(xì)化Fig.3 Detailed morphological structure of Paris power grid

2）新加坡中壓配電網(wǎng)。

新加坡中壓配電網(wǎng)采用花瓣組網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，如圖4所示，來自同一座變電站4臺(tái)并列運(yùn)行變壓器的2回饋線構(gòu)成單環(huán)網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行。不同電源變電站所供花瓣間設(shè)置備用聯(lián)絡(luò)（1～3個(gè)），開環(huán)運(yùn)行［12］。

圖4 新加坡“單花瓣”供電結(jié)構(gòu)Fig.4 "Petal"structure of Singapore power grid

“單花瓣”接線、單一線路發(fā)生故障時(shí)能夠全容量保障供電且不存在瞬時(shí)停電，但正常運(yùn)行方式下，若調(diào)整站間負(fù)荷須打破花瓣閉環(huán)運(yùn)行，其靈活性、可實(shí)施性較低。

1.2 國(guó)內(nèi)中壓配電網(wǎng)

1）雄安電纜“雙花瓣”結(jié)構(gòu)。

雄安新區(qū)中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架為電纜“雙花瓣”結(jié)構(gòu)，如圖5 所示?！半p花瓣”之間接入的開關(guān)站分段開關(guān)開環(huán)運(yùn)行、互為備用，線路利用率為50%。另外，每個(gè)開關(guān)站均具備兩個(gè)及以上電源點(diǎn)支撐，負(fù)荷轉(zhuǎn)供電能力100%，失去任何一座高壓變電站不損失負(fù)荷。但此結(jié)構(gòu)為合環(huán)運(yùn)行模式，運(yùn)維管理比較復(fù)雜，且線路建設(shè)規(guī)模較大，開關(guān)站造價(jià)較高，整體投資較高。

圖5 電纜“雙花瓣”結(jié)構(gòu)Fig.5 "Double petal"structure of cable

2）上海鉆石型結(jié)構(gòu)。

上海鉆石型結(jié)構(gòu)是以10 kV開關(guān)站為核心節(jié)點(diǎn)、雙側(cè)電源供電、配置自愈功能的雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由多個(gè)變電站、開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)室（箱）構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)站間負(fù)荷100%轉(zhuǎn)供，供電可靠性較高，N-1情況下10 kV 線路利用率為50%。

該結(jié)構(gòu)分為由變電站和開關(guān)站形成的主干網(wǎng)，以及由開關(guān)站和環(huán)網(wǎng)室（箱）形成的次干網(wǎng)，如圖6所示。因開關(guān)站造價(jià)較高，此結(jié)構(gòu)在以開關(guān)站為核心節(jié)點(diǎn)的配電網(wǎng)網(wǎng)架改造方案中較適用。

圖6 上海鉆石型結(jié)構(gòu)Fig.6 "Diamond"structure of Shanghai power grid

國(guó)內(nèi)外城市從各自發(fā)展需求和配電網(wǎng)建設(shè)改造條件出發(fā)，形成各具特色的適合本城市的配電網(wǎng)發(fā)展策略，但在解決新型電力系統(tǒng)下配電網(wǎng)面臨的問題與挑戰(zhàn)時(shí)仍存在不足。因此，在綜合花瓣結(jié)構(gòu)、鉆石型結(jié)構(gòu)、三環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮微電網(wǎng)與配電網(wǎng)融合，深化了中壓蜂巢狀配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)研究。

2 蜂巢狀配電網(wǎng)

2.1 中壓蜂巢狀配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

當(dāng)微網(wǎng)在配電網(wǎng)中大量存在并發(fā)展成微網(wǎng)群后，已不能將其簡(jiǎn)單看作配電系統(tǒng)的補(bǔ)充，而應(yīng)尋求微網(wǎng)規(guī)?；瘧?yīng)用的方案［13-14］。文獻(xiàn)［15］提出了考慮多微網(wǎng)系統(tǒng)與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)性的多微網(wǎng)運(yùn)行模式與決策流程。文獻(xiàn)［16］提出了基于雙層決策模型的含多微網(wǎng)的主動(dòng)配電系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制方法。以上研究中，微網(wǎng)群均以串聯(lián)或并聯(lián)的形式接入配電網(wǎng)，雖已達(dá)到廣域互聯(lián)，但依然只是作為配電網(wǎng)的一部分，智能化程度仍較低。這是因?yàn)閱蝹€(gè)微網(wǎng)的容量小、調(diào)節(jié)能力差，無法做到獨(dú)立自治運(yùn)行，其可靠運(yùn)行仍需要配電網(wǎng)的支撐。對(duì)此，基于文獻(xiàn)［10］的柔性軟開關(guān)的蜂窩狀配電網(wǎng)理論，進(jìn)一步深化中壓蜂巢狀配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)研究，蜂巢狀配電網(wǎng)拓?fù)淙鐖D7 所示。圖中紅色六邊形區(qū)域代表每個(gè)中壓蜂巢的供電范圍，小型交直流微網(wǎng)通過各自的公共連接點(diǎn)與配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接，從而組成蜂巢狀配電網(wǎng)整體。

圖7 蜂巢狀配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.7 Topological structure of honeycomb distribution network

中壓蜂巢狀配電網(wǎng)以柔性軟開關(guān)（Soft Open Point，SOP）為核心節(jié)點(diǎn)、三側(cè)或以上電源供電、蜂巢式連接、配微融合、閉環(huán)運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)形態(tài)如圖8 所示。蜂巢狀配電網(wǎng)并非要求其在地理上為嚴(yán)格的正六邊形，也可以為四邊形、五邊形等結(jié)構(gòu)。

圖8 中壓蜂巢狀配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)示意圖Fig.8 Structure of medium voltage honeycomb distribution network

中壓蜂巢狀配電網(wǎng)二次系統(tǒng)架構(gòu)如圖9 所示，主要包括10 kV線路保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)、中壓柔性互聯(lián)系統(tǒng)、就地監(jiān)控系統(tǒng)及主站系統(tǒng)。各系統(tǒng)之間通過61850等協(xié)議進(jìn)行通信，其中就地監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)上與主站通信，對(duì)下與中壓柔性互聯(lián)系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)中壓柔性互聯(lián)系統(tǒng)的運(yùn)行控制與展示；柔性互聯(lián)系統(tǒng)接收上級(jí)控制指令，實(shí)現(xiàn)變流器級(jí)的直流電壓控制、交流電壓控制、有功功率及無功功率控制和變流器級(jí)的相關(guān)保護(hù)。

圖9 中壓蜂巢狀配電網(wǎng)二次系統(tǒng)架構(gòu)Fig.9 Structure of medium voltage honeycomb distribution secondary system

蜂巢狀配電網(wǎng)可應(yīng)用于電纜網(wǎng)或架空網(wǎng)，分段開關(guān)采用二遙型或三遙型自動(dòng)化開關(guān)，通信采用光纖或5G 通信。保護(hù)控制方面部署線路雙向差動(dòng)保護(hù)裝置，建設(shè)蜂巢狀配電網(wǎng)內(nèi)全域保護(hù)系統(tǒng)，用于主干線故障快速定位及故障隔離。

2.2 SOP容量選取

中壓蜂巢組網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，SOP 容量選取應(yīng)從正常運(yùn)行方式、故障運(yùn)行方式、滿足遠(yuǎn)景負(fù)荷需求及經(jīng)濟(jì)可靠四方面進(jìn)行綜合評(píng)判，具體容量選取原則如下：

1）正常運(yùn)行。

以互聯(lián)線路負(fù)載率均衡為目標(biāo)，提升線路利用效率，SOP 容量需要大于互聯(lián)線路最大負(fù)荷差值的1/2。以最大化促進(jìn)分布式能源消納為目標(biāo)，SOP 容量需要大于線路過剩的分布式電源容量。

2）故障運(yùn)行。

以縮短停電時(shí)間為目標(biāo)，通過SOP 對(duì)非故障線路供電，SOP 容量需要大于該線路負(fù)荷（或該線路內(nèi)重要負(fù)荷）。

3）滿足遠(yuǎn)景需求。

SOP 容量選型除了滿足近期負(fù)荷需求，同時(shí)須滿足遠(yuǎn)景負(fù)荷需求，避免重復(fù)建設(shè)、投資浪費(fèi)。以提高設(shè)備利用率為目標(biāo)，SOP 與儲(chǔ)能站結(jié)合，SOP 容量須大于儲(chǔ)能容量。

4）經(jīng)濟(jì)性與可靠性。

考慮SOP 設(shè)計(jì)成本與技術(shù)難度，目前常用中壓SOP開關(guān)容量為3 MW、5 MW、10 MW。

2.3 中壓蜂巢狀配電網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

2.3.1 安全性和靈活性

蜂巢狀配電網(wǎng)中6 回10 kV 主干線路來自不少于3 個(gè)變電站的6 回母線，且基于SOP 實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)行，站間負(fù)荷可轉(zhuǎn)供電率達(dá)到100%。

蜂巢狀配電網(wǎng)在1回線路故障情況下，基于SOP可實(shí)現(xiàn)線路連續(xù)轉(zhuǎn)供及負(fù)荷均衡，其余線路均可為故障線路提供故障支援。在滿足N-1 情況下，蜂巢狀配電網(wǎng)線路最高利用率可達(dá)到83%，較單聯(lián)絡(luò)（單環(huán)網(wǎng)）提升33%，較兩聯(lián)絡(luò)提升17%，可有效緩解分布式電源波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)的沖擊。蜂巢狀配電網(wǎng)滿足N-1下線路利用率如表1所示。

表1 蜂巢狀配電網(wǎng)滿足N-1下線路利用率Table 1 Honeycomb distribution network meeting the capacity utilization of transmission lines under N-1

蜂巢狀配電網(wǎng)基于SOP 可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行模式靈活切換。蜂巢狀配電網(wǎng)運(yùn)行模式包括正常態(tài)功率轉(zhuǎn)供模式、故障態(tài)N-1運(yùn)行模式及分布式電源協(xié)同消納模式。

正常態(tài)功率轉(zhuǎn)供模式下，通過最優(yōu)潮流計(jì)算，SOP 控制器控制AC/DC 變流器進(jìn)行功率輸出，實(shí)現(xiàn)各線路之間的負(fù)載率均衡。故障態(tài)N-1 運(yùn)行模式下，SOP 設(shè)備可提供頻率、電壓支撐，恢復(fù)非故障段線路供電，縮短停電時(shí)間。分布式電源協(xié)同消納模式下，結(jié)合峰谷電價(jià)及光伏出力特性，通過潮流計(jì)算，控制器控制儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充放電，促進(jìn)分布式電源消納及削峰填谷。

2.3.2 適用性

蜂巢狀配電網(wǎng)能夠有效應(yīng)對(duì)靈活資源接入對(duì)配電網(wǎng)的影響。由于分布式電源的接入使配電網(wǎng)呈現(xiàn)多電源點(diǎn)情況，可能導(dǎo)致原有故障定位失效。為了縮短停電時(shí)間，蜂巢狀配電網(wǎng)通過部署全域差動(dòng)保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)快速故障隔離，降低分布式電源故障對(duì)電流、對(duì)配電網(wǎng)的影響?；赟OP 電壓支撐功能，可以有效濾除高比例電力電子設(shè)備接入或線路故障引起的電壓波動(dòng)，提高線路供電質(zhì)量。分布式光伏、儲(chǔ)能、直流充電樁等資源通過接入蜂巢狀配電網(wǎng)直流干線，實(shí)現(xiàn)高效接入。

蜂巢狀配電網(wǎng)能夠?yàn)榕潆娋W(wǎng)傳統(tǒng)問題提供新型解決思路：1）蜂巢狀配電網(wǎng)基于功率分配功能，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)內(nèi)線路負(fù)荷實(shí)時(shí)均衡，提高設(shè)備利用效率，節(jié)約線路廊道及10 kV 間隔，實(shí)現(xiàn)挖潛增效；2）通過SOP交—直—交的變換模式，有效解決三相不平衡以及相角差問題。

2.3.3 供電可靠性

架空單聯(lián)絡(luò)等接線通過閉合聯(lián)絡(luò)開關(guān)恢復(fù)供電，但是停電時(shí)間較長(zhǎng)，達(dá)到分鐘級(jí)；蜂巢狀配電網(wǎng)通過SOP進(jìn)行故障支援可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)恢復(fù)供電。

某城市配電網(wǎng)供電可靠性參數(shù)如表2 所示，以此為計(jì)算依據(jù)，采用故障模式后果分析法對(duì)3 種典型網(wǎng)架的供電可靠性計(jì)算，結(jié)果如表3 所示?？梢钥闯?，蜂巢狀接線供電可靠率最高為99.999 782%，年戶均停電時(shí)間114.58 s，比“單花瓣”接線少31.54 s，比常規(guī)雙環(huán)式接線少56.24 s。

表3 典型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可靠性計(jì)算結(jié)果（僅考慮故障）Table 3 Reliability calculation results of a typical structure（only considering fault）

3 中壓蜂巢型配電網(wǎng)過渡策略研究

中壓蜂巢結(jié)構(gòu)分為交流組網(wǎng)、交直流混合組網(wǎng)兩大方向，如圖10 所示，其中交流組網(wǎng)結(jié)構(gòu)SOP 安裝于六邊形的“邊”上，交直流混合組網(wǎng)結(jié)構(gòu)SOP 安裝于六邊形的“角”上。

圖10 中壓蜂巢組網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.10 Structure of medium voltage honeycomb distribution network

交流組網(wǎng)通過交流線構(gòu)建中壓主干網(wǎng)架，適用于無直流資源或直流資源較少區(qū)域；交直流組網(wǎng)通過交流線及直流線構(gòu)建中壓主干網(wǎng)架，適用于直流資源較多區(qū)域。

對(duì)于不具備條件的配電網(wǎng)，可以運(yùn)用蜂巢電網(wǎng)思想構(gòu)建三角形、四邊形等環(huán)形結(jié)構(gòu)。

3.1 交流組網(wǎng)過渡策略

交流組網(wǎng)過渡策略分為“先上SOP，逐步組網(wǎng)”和“先組網(wǎng)，再上SOP”兩種方式。

1）先上SOP、逐步組網(wǎng)策略。

先上SOP、逐步組網(wǎng)策略即對(duì)優(yōu)先需要改造的線路安裝SOP，逐步形成蜂巢網(wǎng)絡(luò)。以架空單聯(lián)絡(luò)線路為例，可以通過在聯(lián)絡(luò)開關(guān)處更換SOP，實(shí)現(xiàn)2回線路柔性組網(wǎng)，遠(yuǎn)期3 組單聯(lián)絡(luò)線路構(gòu)建成六邊形蜂巢結(jié)構(gòu)。先上SOP 過渡方案如圖11 所示，終期組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖12所示。

圖11 單聯(lián)絡(luò)網(wǎng)架過渡方案（先上SOP）Fig.11 Transitional scheme of interconnection structure（install SOP first）

圖12 基于單聯(lián)絡(luò)構(gòu)建的蜂巢組網(wǎng)Fig.12 Schematic diagram of honeycomb distribution network with interconnection structure

2）先組網(wǎng)、再上SOP過渡策略。

先組網(wǎng)、再上SOP 策略即優(yōu)先對(duì)現(xiàn)狀網(wǎng)架進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，例如將3組單聯(lián)絡(luò)線路或2組兩聯(lián)絡(luò)線路構(gòu)成六邊形結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)期將聯(lián)絡(luò)開關(guān)更換為SOP，實(shí)現(xiàn)柔性組網(wǎng)。先組網(wǎng)過渡方案如圖13 所示，終期組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與先上SOP策略相同。

圖13 單聯(lián)絡(luò)網(wǎng)架過渡方案（先組網(wǎng)）Fig.13 Transitional scheme of interconnection structure（networking first）

3.2 交直流組網(wǎng)過渡策略

對(duì)于交直流組網(wǎng)過渡策略，以電纜單環(huán)網(wǎng)線路為例，可以通過在線路中段安裝SOP，實(shí)現(xiàn)2 回線路柔性組網(wǎng)，且具備直流接入能力，遠(yuǎn)期3 組單環(huán)網(wǎng)線路通過安裝6 臺(tái)SOP 構(gòu)建交直流混合組網(wǎng)的六邊形蜂巢結(jié)構(gòu)。交直流組網(wǎng)過渡方案如圖14 所示，終期組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖15所示。

圖14 單環(huán)網(wǎng)網(wǎng)架過渡方案（交直流）Fig.14 Transitional scheme of ring-shaped structure（AC-DC）

圖15 基于單環(huán)網(wǎng)構(gòu)建的蜂巢組網(wǎng)Fig.15 Schematic diagram of honeycomb distribution network with ring-shaped structure

4 示范應(yīng)用

4.1 試點(diǎn)區(qū)域現(xiàn)狀及發(fā)展情況

某試點(diǎn)區(qū)域供電面積為2.59 km2，區(qū)域內(nèi)共有110（35）kV 變電站3 座，10 kV 線路已有4 條、在建2條，高可靠性用戶2 個(gè)。其中，10 kV 重載線路1 條、輕載2 條。試點(diǎn)區(qū)域直流資源初具規(guī)模，其中，分布式光伏4.65 MW，直流充電樁6 個(gè)、容量0.36 MW，其現(xiàn)狀如圖16所示。

圖16 試點(diǎn)區(qū)域蜂巢升級(jí)改造工程線路現(xiàn)狀Fig.16 Status of the network transformation and upgrading in pilot area

“十四五”期間，試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)預(yù)計(jì)新增分布式光伏1.35 MW；新增交流負(fù)荷7.78 MW，新建充換電站1座，新增直流負(fù)荷0.6 MW；計(jì)劃配置0.85 MW、2 h 用戶側(cè)儲(chǔ)能裝置1套，配置0.2 MW、2 h移動(dòng)儲(chǔ)能裝置1套，與綜合能源公司建設(shè)1 MW、2 h 分散式儲(chǔ)能裝置1 套，如圖17 所示。至“十四五”末，預(yù)計(jì)試點(diǎn)區(qū)域分布式光伏達(dá)到6 MW，最大負(fù)荷達(dá)到18.45 MW，儲(chǔ)能達(dá)到2.05 MW、2 h。

圖17 試點(diǎn)區(qū)域發(fā)展拓?fù)銯ig.17 Topology of pilot area

根據(jù)試點(diǎn)區(qū)域負(fù)荷、分布式光伏及儲(chǔ)能裝置發(fā)展情況，現(xiàn)狀區(qū)域主要存在以下問題。

1）電力供應(yīng)方面存在問題：D 線路現(xiàn)有供電能力不足；D 線路新增負(fù)荷供電可靠性不高；乙變電站與甲、丙變電站存在相角差。

2）電力消納方面存在問題：直流資源接入電網(wǎng)效率不高；分布式光伏與儲(chǔ)能、負(fù)荷分布不均。

3）源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)方面存在問題：試點(diǎn)區(qū)域分布式光伏、儲(chǔ)能、多元負(fù)荷空間分布分散，各類資源獨(dú)立接入電網(wǎng)，源網(wǎng)荷儲(chǔ)缺少協(xié)調(diào)互動(dòng)。

4.2 蜂巢組網(wǎng)及過渡建設(shè)方案

結(jié)合試點(diǎn)區(qū)域資源發(fā)展情況及存在問題，采用先上SOP、逐步組網(wǎng)的交流組網(wǎng)過渡策略。

1）一期網(wǎng)架建設(shè)方案。

一期在B 線路與D 線路之間建設(shè)1 臺(tái)SOP，實(shí)現(xiàn)柔性互聯(lián)、功率互濟(jì)；新建直流充換電站、用戶側(cè)儲(chǔ)能、新建分散式儲(chǔ)能、新增分布式光伏就近接入SOP直流母線。根據(jù)SOP 容量選取原則，本期SOP 容量選取3 MVA，如圖18所示。

圖18 蜂巢結(jié)構(gòu)電網(wǎng)構(gòu)建一期拓?fù)鋱DFig.18 First phase topology of honeycomb distribution network

2）二期網(wǎng)架建設(shè)方案。

二期新建2 臺(tái)SOP，電纜線路及聯(lián)絡(luò)環(huán)網(wǎng)箱，構(gòu)成六邊形，形成準(zhǔn)蜂巢網(wǎng)架，滿足源網(wǎng)荷儲(chǔ)高效互動(dòng)，蜂巢結(jié)構(gòu)電網(wǎng)構(gòu)建二期拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖19所示。

圖19 蜂巢結(jié)構(gòu)電網(wǎng)構(gòu)建二期拓?fù)鋱DFig.19 Second phase topology of honeycomb distribution network

3）遠(yuǎn)期網(wǎng)架建設(shè)方案。

遠(yuǎn)期新增3 臺(tái)SOP 組成蜂巢網(wǎng)架，滿足遠(yuǎn)景負(fù)荷及靈活資源接入需求，如圖20所示。

圖20 蜂巢結(jié)構(gòu)電網(wǎng)構(gòu)建遠(yuǎn)期拓?fù)鋱DFig.20 Long-term topology of honeycomb distribution network

4.3 建設(shè)成效

示范應(yīng)用推動(dòng)了配電網(wǎng)控制架構(gòu)、運(yùn)行策略等適應(yīng)性轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)了多條線路柔性互聯(lián)、配電網(wǎng)資源高效接入、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)。一方面充分挖掘了SOP 的直流應(yīng)用價(jià)值，構(gòu)建了基于SOP 的交直流立體靈活組網(wǎng)的直流微電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了直流微電網(wǎng)內(nèi)部源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)；另一方面探索了配電能源站高可靠性供電模式，既發(fā)揮了SOP 柔性互聯(lián)的功能，又利用了其交—直—交變換的工作原理，實(shí)現(xiàn)了電壓、頻率快速支撐，滿足區(qū)域內(nèi)高可靠性用戶供電需求。

4.3.1 一期工程成效

1）消除線路硬合環(huán)電流沖擊。甲、乙變電站存在相角差，直接合環(huán)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作，通過SOP 可以實(shí)現(xiàn)柔性合環(huán)，并可解決長(zhǎng)距離輸電低電壓?jiǎn)栴}，提高供電質(zhì)量。

2）滿足近期負(fù)荷增長(zhǎng)需求。新增負(fù)荷集中于D線路末端、B 線路負(fù)載率較低，通過SOP 相連后可以實(shí)現(xiàn)兩條線路之間的負(fù)載率均衡，負(fù)載率約為61%，避免了D線路重過載，滿足負(fù)荷接入需求。

3）滿足分布式光伏高效接入與全額消納。近期供電范圍內(nèi)預(yù)計(jì)新增分布式光伏1.35 MVA，通過直流接入，轉(zhuǎn)換效率由AC/DC 的96.5%提升至DC/DC的99%；通過SOP 將多余光伏容量轉(zhuǎn)移至對(duì)側(cè)線路，實(shí)現(xiàn)光伏全額消納。

4）有效提升供電可靠性。N-1情況下，SOP通過快速動(dòng)作、實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)供，基于故障模式后果分析法測(cè)算預(yù)計(jì)減少全線用戶因倒負(fù)荷停電1.85 h/a，減少重要用戶停電4.96 h/a。

4.3.2 遠(yuǎn)期工程成效

1）提升供電能力。N-1 準(zhǔn)則下試點(diǎn)區(qū)域蜂巢網(wǎng)絡(luò)單回線路供電能力達(dá)到6.5 MW，較單聯(lián)絡(luò)線路供電能力提升2.5 MW。

2）減少線路投資。試點(diǎn)區(qū)域六邊形蜂巢滿足N-1 下最大可帶負(fù)荷39 MW，若通過單聯(lián)絡(luò)接線模式供電，則需要10回線路，蜂巢組網(wǎng)可節(jié)約4回中壓線路建設(shè)投資。

3）滿足直流負(fù)荷接入問題，提升運(yùn)行效率。區(qū)域內(nèi)將建設(shè)電動(dòng)汽車充電站1 座，滿足直流負(fù)荷接入問題，降低線路損耗，提升運(yùn)行效率。并通過加裝儲(chǔ)能裝置，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)。

4）構(gòu)建新型靈活平衡體系。通過建設(shè)蜂巢組網(wǎng)與能源站深度融合，構(gòu)建多時(shí)空尺度的電力靈活性供需平衡體系，使得能量和信息雙向流動(dòng)，提升電網(wǎng)可觀性與可控性，支撐源網(wǎng)荷儲(chǔ)的高效互動(dòng)。

5 結(jié)論

通過調(diào)研國(guó)內(nèi)外中壓配電網(wǎng)研究現(xiàn)狀，總結(jié)現(xiàn)有技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合新型電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)存在的問題，基于蜂巢理論進(jìn)一步研究蜂巢狀中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)并給出過渡策略，最后以某試點(diǎn)區(qū)域?yàn)槔治龇涑残团潆娋W(wǎng)組網(wǎng)方案及其建設(shè)成效。主要特征總結(jié)如下：

1）蜂巢型配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有一定的靈活性。蜂巢型配電網(wǎng)適配于各種電源資源、負(fù)荷資源組合類型，支持源網(wǎng)荷儲(chǔ)的高效互動(dòng)，能夠根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，減少線路投資。

2）蜂巢型配電網(wǎng)具有較高可靠性。N-1 情況下，SOP 通過快速動(dòng)作、實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)供，基于故障模式后果分析法測(cè)算預(yù)計(jì)減少全線用戶因倒負(fù)荷停電時(shí)長(zhǎng)；蜂巢網(wǎng)絡(luò)單回線路供電能力，較單聯(lián)絡(luò)線路供電能力有所提升。

3）蜂巢型配電網(wǎng)消納新能源的能力更強(qiáng)。蜂巢組網(wǎng)可以深度融合直流資源，實(shí)現(xiàn)了多條線路柔性互聯(lián)，滿足了分布式光伏高效接入與全額消納。