直流配电网运行控制关键技术研究综述

李洋

摘要：近年来，配电网“源荷”的直流特征日益明显，相比于交流配电网，直流配电网更利于光伏等直流電源以及电动汽车等直流负荷的接入。另一方面，城市用电负荷日益密集，交流配电网面临线路走廊紧缺、供电容量扩展受限的问题，而直流配电网能有效提高供电容量。因此本文就上述论点对直流配电网运行控制关键技术研究进行研究。

关键词：直流配电网;运行控制;关键技术;研究综述

引言

直流配电网运行控制，难以获得直网整体安全性测度与工作点安全裕度，不利于实现直网安全态势感知和预防控制。

1城市能源互联网的典型架构

城市作为区域用能中心，具有多能供应、多网融合、设备多样、场景复杂、交互频繁、规模量大等特征，对能源网络的可靠性、安全性、稳定性及效率要求较高，存在节能减排、降低能源消费成本的实际压力，亟需突破传统能源供给、传输、消费的模式，发展城市能源互联网将推动城市能源供应体系的结构性改革和能源产业升级。为了支撑城市能源变革，推动城市能源互联网的发展，促进新能源发电、直流配电网、多能互补等技术的示范落地，构建面向能源消费革命、具有广泛示范意义的“互联网+”智慧能源新模式。

1.1基础物理层

综合能源网络，消费侧优质高效综合供能为框架，实现多种能源类型的优化互补，支持冷/热/电三联供，支撑从生产到消费的全方位、全时段覆盖，呈现多元化、综合性的互联网服务业态;新型直流配用电网络为基础，实现新能源和电动汽车的灵活接入和高效运营，构建支持新能源和电动汽车即插即用的能源互联局域网。

1.2信息数据层

实现配电网、分布式发电、储能、用户用能监控云数据采集、传输和挖掘，为高端应用提供数据支撑，采用智慧能源测控终端，利用大数据技术，形成数据资产，助于预测与决策，将“业务驱动”转向为“数据驱动”，为需求响应、能源运营管理、分布式发电云监控提供信息支撑。

1.3应用管理层

开展多能流协同能量管理，提升终端能效;开展用户双向互动的需求响应，实现用户需求响应，支持用户自主的能效管理;为用户提供多样化增值服务，实现用户多角色互动，创新基于互联网思维的能源商业模式;开展智慧能源运营管理，实现能源灵活自由交易，推动建成有效竞争的能源市场零售交易体系。

2直流配电网运行控制关键技术

1）电网与主城区电网联络较弱;

2）变电站存在主变N-1后过载问题;

3）近年来负荷增长较快;

4）供电半径过长，线损较高。因此，通过建设性直流配电网工程可实现变电站母线互联，极大增加区内电网事故备用容量和负荷转供能力，并提高该片区供电可靠性和供电质量，对于优化现有电网的运行和提高可靠性具有重要意义。当前国内外性直流配电网研究主要集中在低压微电网、能源路由器、多换流阀共母线供电等场景，真正从电力系统角度对直技术的研究十分有限。

工程应用存在的主要技术难题有：

1）缺乏对直流配电网层级、结构、功能的深入研究，系统性能指标、接线与参数选择、绝缘配合、控保策略等设计难题亟待解决;

2）核心功率器件技术受制于人，关键装备研发体系不完善，性能、效率和集成度不高;

3）缺乏有效应对惯性低、暂态特性复杂、故障隔离困难的技术手段，以及支撑与交流电网、源网荷储协调高效运营的控制策略。因此，基于能源互联网示范区整体功能结构，制定了直流配电网运行控制关键技术路线。

需要突破直流配电网运行控制的系统规划、运行控制、故障保护等关键技术，研制关键设备，并通过示范应用，验证关键技术和关键设备的可行性和先进性，推动直流配电网运行控制发展。

2.1系统规划

为解决城市配电系统扩容难问题，提高配电利用率，需研究城市直流配电网运行控制的网架结构，能够支撑多源多荷的高效灵活接入，实现各分区潮流灵活可控、负载率均衡;需综合考虑最优潮流、最小线损、分布式电源充分利用等因素，研究城市直流配电网运行控制源荷优化配置方案;需研究适用于城市直流配电网运行控制综合评估方法。

2.2运行控制

直流配电网运行控制需研究城市直流配电网供需灵活接入方法和接口形式，支撑多源多荷的灵活高效接入;需研究城市直流配电网运行控制的潮流优化控制算法，实现配网各分区潮流灵活可控;需研究城市直流配电网运行控制的多能互补优化运行算法，支撑多能互补利用;需研究城市直流配电网运行控制的电能质量治理方法，保障高品质电力供应。

2.3故障保护

直流配电网运行控制的结构多样，故障特性复杂，需研究城市直流配电网运行控制的故障机理及特性，提出城市性直流配电网的故障识别及定位方法，给出城市直流配电网运行控制的保护分区及配置方案，以保证其安全可靠运行。

2.4关键设备

直流配电网运行控制关键设备方面需研制性多端口直流变压器、中压多端口直流断路器、性多端口多状态开关。具体地，需研究其基本原理，提出其关键参数、拓扑结构和技术总体方案，进而研制其工程样机，掌握其系统集成和调试方法，建立其在不同运行工况下的性能与功能测试体系。通过关键设备研制，提高性直流配电网的电能传输与变换效率，提升性直流配电网的故障处理和控制保护水平，实现性直流配电网的安全可靠稳定运行。综上所述，通过支撑城市能源变革的性直流配电网关键技术研究与应用，解决城市配电系统扩容难问题，解决城市配电系统多源多荷的灵活高效接入问题，实现城市高品质高可靠电力供应，支撑城市的清洁低碳发展。

2.5系统运行方式

直流配电网运行控制配电网通过3个换流器与交流系统交换能量;同时，直流配电网运行控制线路断开、部分可控设备退出运行都可能导致运行方式的改变。对系统可能出现的运行方式进行归纳，包括以下5种主要的运行模式：

1）三端联网运行;

2）双端手拉手运行;

3）双端隔离供电;

4）单端供电;5）STATCOM。运行方式的划分原则主要是因系统拓扑结构变化而引起电力电子设备控制模式切换的情况。

结语

直流配电网运行控制为推进性直流配电技术在中国落地、运行奠定了坚实基础，并对其他工程设计和建设具有参考价值和示范效应，为能源互联网的发展进而为建设国际化能源变革城市提供支撑。

参考文献

[1]周孝信，曾嵘，高峰，等.能源互联网的发展现状与展望[J].中国科学：信息科学，2017，47（2）：149-170.

[2]姚建国，高志远，杨胜春.能源互联网的认识和展望[J].电力系统自动化，2015，39（23）：9-14.