配电网柔性互联系统多模式运行及调控分析

栗文瑾，杨 龙，张静忠

1.国网宁夏电力有限公司固原供电公司，宁夏 固原 756000

2.国网宁夏电力有限公司调度控制中心，宁夏 银川 750001

0 引言

当前，全球新能源产业的发展不断壮大，以太阳能、风能等为代表的分布式电源逐渐受到人们的关注，并且在各个领域中均有着十分广泛的应用。在这样的大环境背景下，配电网的整体结构发生了极大的改变，其负荷特性也呈现多样化发展，有源配电网逐步形成，对配电网的稳定运行造成了不可忽视的影响[1]。在具体应用中，配电网的运行呈现出负荷波动频率加剧、有功功率与无功功率流向日趋复杂等趋向。在这样的发展下，为实现配电网的稳定运行，面向配电网的柔性互联成为当前国内外相关领域研究人员重点关注的话题之一，而柔性互联系统的创新也逐渐成为配电网未来实现创新发展的重要突破点[2]。基于此，文章针对配电网柔性互联系统在运行过程中的模式进行探究，并以配电网稳定运行为目标，实现对实际应用过程中配电网的运行调控分析。

1 配电网柔性互联系统多模式运行与调控设计

1.1 配电网柔性互联系统三类运行模式设计

在配电网运行过程中，随着主变负载状态的改变，柔性互联系统的运行模式也需要进行相应的改变，以适应配电网的稳定运行。通过对配电网运行条件进行分析，在柔性互联系统的两个交流端口上，其变换器能够根据不同的控制指令实现不同功率的双向传输，方便在离线状态下对系统运行模式的动态调节[3]。柔性互联系统的三个端口分别连接着光伏发电设备、蓄电池设备和直流负载。根据系统的柔性互联结构，确定其运行模式可分为以下三种。

第一种，柔性互联运行模式。在这种模式下，与系统相连接的两个变压器均是以并网的形式运行，并通过两个变压器才能够实现系统的柔性互联[4]。在系统运行过程中，其端口位置上的功率大小与方向均可通过虚拟同步机对其进行控制，并通过变压器连接实现双向流动。

第二种，负荷转换供应运行模式。在这种模式下，与柔性互联系统相连接的变换器此时处于离线状态。当配电网运行过程中出现异常时，馈线两侧产生的负荷将会通过另一组配电网进行转换供应，并且在另一组配电网中对应的馈线功率能够通过变压器实现双向传输，从而不需要转换控制策略。

第三种，孤岛运行模式。在这种模式下，柔性互联系统连接的两个变压器均处于离线的状态。当配电网1和配电网2均发生故障问题时，此时由于两个变压器均离线，需要通过分布式电源为系统提供短暂的电力供应，待配电网恢复正常供电后，系统可重新根据需要转变为上述两种运行模式。

1.2 系统交流端口VSG调控

针对柔性互联系统交流端口的调控，引入VSG调控策略，通过虚拟同步电机实现控制。这种调控方式的主要目的是在交流端口位置上输出功率能够表现为同步发电机，并利用吸收功率的外特性实现对同步电动机的表示，从而提升系统连接柔性。在调控过程中，系统连接的同步电机转子运动过程可用公式（1）表示：

公式（1）中，Tm为系统运行过程中同步电机的机械转矩；Te为系统运行过程中同步电机的电磁转矩；D为阻尼系数；ω为运行过程中的角速度；ω0为额定角速度；J为转动惯量参数。

在公式（1）的基础上，引进等比例谐波振动控制技术，将其与上端交流端口对接，通过此种方式，实现对电流信号与前端传输指令的有效追溯与跟踪，从而实现在信息交互端，对电流的高精度宏观调控[5]。在进行调控操作处理时，可采用调整机械功率的方式，进行多个交互端口的对接，实现对交互端的同步调整。

1.3 系统直流端口虚拟直流电机调控

针对柔性互联系统直流端口的调控，引入虚拟直流电机调控策略，通过调节虚拟直流电机，实现系统与直流配电网之间的柔性互联。虚拟直流电机的转子在运行过程中可用公式（2）表示：

公式（2）中，Tdm、Tde、Dd、ωd均与上述公式（1）所示参数对应，分别为直流电机的机械转矩、电磁转矩、阻尼系数、角速度。

在公式（2）的基础上，将直流电机电枢回路的电动势平衡作为条件，对系统直流端口进行调控。同时，在调控的过程中，根据系统直流电机控制功率指令可将获取到的控制指令采用电流闭环比例实现对电流参数变化的跟踪。通过此种处理方式，实现在系统稳定运行过程中，对传输电流的高精度有效控制。在此基础上，根据上文所述的电机调节方式调整系统联机，这样能够在系统连接的过程中避免母线冲压，对系统运行造成抑制与干扰，从而提高系统运行的稳定性。

2 应用效果分析

为了验证上述设计的多模式运行和调控方法的合理性以及应用优势，选择以某电力企业作为依托，将上述提出的方法应用到该电力企业的配电网柔性互联系统中，并对该电力系统的运行情况进行记录，从而反映本文上述方法的应用效果。已知在该系统运行的环境中共包含两个电压均为10 kV的配电网运行环境，其直流母线电压为750 kV。在配电网中，连接的5个变压器额定容量为150 kVA，变压器的额定功率为45 kW，直流负荷为5 kW，光伏出力为15 kW。按照上述提出的多模式运行方式完成运行，并在系统的交流端口采用VSG调控，在系统直流端口采用虚拟直流电机调控。完成上述内容后，分别记录5个变压器的运行状态，并将在0.1～0.5 s、0.5～1.0 s和1.0～1.5 s范围内变压器的运行功率记录如表1所示。

表1 五个变压器运行状态记录表 单位：kW

从表1中记录的数据可以看出，配电网中所有与柔性互联系统相连接的变压器均能够保持正常的运行状态。随机选择5个变压器中，两个相对应位置上的变压器，对其在运行的0.2～1.8 s内系统端口上的功率进行记录，并绘制成图，如图1所示。

图1 系统端口功率变化图

从图1可以看出，两个变压器在0.2～1.8 s运行时间内，其功率变化曲线呈现出以功率为10 kW为轴线的轴对称图形，实现了对负载的均衡调控。

3 结束语

通过上述研究提出了一种符合配电网柔性互联系统稳定运行的多模式运行方式，并针对其运行需要实现了对交流端口和直流端口的调控。同时应用实例的方式证明，文章提出的多模式运行与调控法在实际应用中能够实现对配电网柔性互联系统更稳定的控制，确保配电网整体运行安全。在后续的研究中，还将结合协同控制方法和故障保护控制方法，从优化降损的角度进一步完善该系统。