王子馳

摘 要：電力作為我國(guó)重要的能源和資源，一直在人們的生活、生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用，而真正推動(dòng)電力能源予以更好應(yīng)用的重要因素之一便是配電網(wǎng)作用的發(fā)揮。交直流混合配電網(wǎng)已經(jīng)成為配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢(shì)和發(fā)展方向，通過(guò)其運(yùn)行中關(guān)鍵技術(shù)的分析研究，可以促使配電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠發(fā)展，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的優(yōu)化建設(shè)。本文就交直流混合配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析研究，希望可以為配電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 交直流混合配電網(wǎng) 網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 優(yōu)化規(guī)劃

中圖分類(lèi)號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）12（b）-00-02

1 交直流配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃研究意義

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也帶來(lái)了用電量的越來(lái)越大，因此，也帶動(dòng)了供配電技術(shù)的不斷發(fā)展。目前，在現(xiàn)實(shí)中所應(yīng)用的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷控制、系統(tǒng)操作等方面的技術(shù)含量越來(lái)越高。盡管如此，我國(guó)的配電技術(shù)發(fā)展速度還是跟不上經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展速度，配電網(wǎng)的更新升級(jí)速度較慢，常規(guī)的交流配電技術(shù)發(fā)展應(yīng)用水平不高，不能夠較好地滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。網(wǎng)架布局落后、設(shè)計(jì)不合理等問(wèn)題導(dǎo)致供電能力較低，造成的成本消耗較大的現(xiàn)狀。作為新技術(shù)的DG研發(fā)使用，這將更加充分地暴露出常規(guī)配電技術(shù)在應(yīng)用中的缺陷。對(duì)于目前DS的發(fā)展階段來(lái)看，柔性直流互聯(lián)技術(shù)的應(yīng)用還存在不成熟的地方，需要在是否適用于配電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行完善的研究論證。在這種背景下，就要首先解決交直流配電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃問(wèn)題，這是配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)升級(jí)的技術(shù)關(guān)鍵，而具體的電網(wǎng)網(wǎng)架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是研究的重中之重，明確交直流的應(yīng)用場(chǎng)景具有豐富的應(yīng)用價(jià)值。

2 交直流混合配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)

2.1 交直流混合配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)

交直流混合配電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃是配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)亟需解決的核心問(wèn)題，如果得到了較好的解決，那么交直流混合配電網(wǎng)應(yīng)用可行性也就也就實(shí)現(xiàn)了大的突破。目前關(guān)于交直流混合配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃研究，主要傾向于傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)規(guī)劃的改良，并嘗試應(yīng)用于特殊的應(yīng)用場(chǎng)景。而對(duì)于城市交流配電網(wǎng)的擴(kuò)建方面的交直流混合配電網(wǎng)的應(yīng)用方法研究的成果還不是特別豐富。由于優(yōu)化問(wèn)題必須要滿足優(yōu)化變量、優(yōu)化目標(biāo)和約束條件這3個(gè)因素，交直流混合配電網(wǎng)的規(guī)劃模型具有獨(dú)特性。模型的優(yōu)化量變需要考慮直流源、荷以及柔性直流裝置的位置和容量等因素；另外，也可以嘗試與交直流混合配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行方式進(jìn)行結(jié)合來(lái)增加優(yōu)化變量。

對(duì)于優(yōu)化的目標(biāo)而言，經(jīng)濟(jì)適用性和運(yùn)行質(zhì)量的安全可靠還是主要的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)濟(jì)實(shí)用型評(píng)估主要圍繞在使用周期內(nèi)的資金成本的投入、回收以及運(yùn)行成本的核算問(wèn)題。交直流混合配電網(wǎng)所配備的柔性直流互聯(lián)裝置部分由于安裝的成本較高，需要在更加充分的核算論證的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化。而直流線路部分則建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，而且會(huì)隨著直流子系統(tǒng)的不斷完善而逐步遞增，因此要分階段對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)估。而交直流混合配電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量評(píng)估主要集中在柔性直流設(shè)備的安全質(zhì)量運(yùn)行方面，并考慮其在直流子系統(tǒng)的配合下所體現(xiàn)出的運(yùn)行質(zhì)量。而目前所開(kāi)展的研究主要集中于單項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)化。但是這種研究所提供的信息不夠充分，因此，多目標(biāo)優(yōu)化將是未來(lái)研究的必然趨勢(shì)。

2.2 交直流混合配電網(wǎng)調(diào)度與控制技術(shù)

2.2.1 交直流混合配電網(wǎng)的調(diào)度方案

交直流混合配電網(wǎng)的調(diào)度方案的制定應(yīng)當(dāng)根據(jù)分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備和實(shí)際的負(fù)荷特性等因素來(lái)進(jìn)行。由于交直流混合配電網(wǎng)相比于傳統(tǒng)配電網(wǎng)具有明顯的不同，所以?xún)烧叩恼{(diào)度方式也存在較大差異，交直流混合配電網(wǎng)可在柔性互聯(lián)裝置的輔助下，實(shí)現(xiàn)更大區(qū)域范圍的靈活調(diào)動(dòng)。目前在此方面的研究存在較大的不足，研究領(lǐng)域更加傾向于柔性交直流混合電網(wǎng)的最優(yōu)潮流方面。有的學(xué)者采用遺傳算法、牛頓法和二階錐規(guī)劃的技術(shù)方法對(duì)交直流混合電網(wǎng)OPF問(wèn)題進(jìn)行了研究論證。內(nèi)點(diǎn)法在電力系統(tǒng)的優(yōu)化中比較常見(jiàn)，有的學(xué)者在此基礎(chǔ)上建立了交直流混合電網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)法OPF應(yīng)用模型，這對(duì)實(shí)際應(yīng)用起到較大的推動(dòng)作用。建立在OPF研究的基礎(chǔ)上，部分專(zhuān)家學(xué)者已經(jīng)考慮并實(shí)際做出了多時(shí)段狀態(tài)下交直流混合電網(wǎng)調(diào)度問(wèn)題的研究，運(yùn)用的方法包括通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理來(lái)降低求解難度、對(duì)算法進(jìn)行分解優(yōu)化，把復(fù)雜的問(wèn)題劃分成幾個(gè)部分來(lái)進(jìn)行求解等。對(duì)于上述的研究，按照分布式理念來(lái)進(jìn)行交直流混合配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度方案的優(yōu)化研究的方法最具可行性，因?yàn)榈谝?，交直流混合配電網(wǎng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分區(qū)設(shè)置比較清晰，這就容易對(duì)各個(gè)優(yōu)化部分進(jìn)行劃分，而且柔性直流換流站具有較強(qiáng)的功率控制能力，可以利于不同部分研究建模難度的降低和求解；第二，交流配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)部可以保持相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)行，這就方便對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，分布式優(yōu)化還可以利用各區(qū)域的獨(dú)立運(yùn)行能力，實(shí)現(xiàn)一并的計(jì)算；第三，分布式的優(yōu)化理念，可以使得配電網(wǎng)內(nèi)的信息傳遞距離得到控制，降低了通信的需求壓力，還可以有效地確保信息傳送的安全。

2.2.2 交直流混合配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制策略

多端柔性直流配電網(wǎng)將會(huì)是交直流混合配電網(wǎng)應(yīng)用研究的重要問(wèn)題部分，其協(xié)調(diào)控制策略具備的可靠性能夠直接影響交直流混合配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。多端柔性直流配電網(wǎng)的運(yùn)行控制一般采取分層的形式，其中包括系統(tǒng)級(jí)控制和換流站級(jí)控制，其中系統(tǒng)級(jí)控制主要用來(lái)確保直流電網(wǎng)的功率平衡和電壓穩(wěn)定，換流站級(jí)控制實(shí)主要用來(lái)確保各個(gè)換流站與上級(jí)運(yùn)行指令保持同步，并對(duì)運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。那么，由系統(tǒng)級(jí)控制、換流站級(jí)控制與調(diào)度級(jí)控制就組成了交直流混合配電網(wǎng)的調(diào)度控制系統(tǒng)。其中，系統(tǒng)級(jí)控制可以深入分為一次和二次控制層。二次控制層能夠?qū)σ淮慰刂浦械腻e(cuò)誤信息進(jìn)行清除，從而實(shí)現(xiàn)多端柔性直流系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。

系統(tǒng)級(jí)一次控制是依靠對(duì)各個(gè)換流站之間的控制模式進(jìn)行設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要包括主從控制、電壓偏差控制和下垂控制等。其中電壓偏差控制模式以及下垂控制模式具備更強(qiáng)的可靠性和更廣的運(yùn)行范圍，所以受到廣泛的肯定。

矢量控制是實(shí)現(xiàn)換流站級(jí)控制所采用的主要技術(shù)方式，由坐標(biāo)變換功能使abc坐標(biāo)系轉(zhuǎn)為dq坐標(biāo)系，以達(dá)到直接控制有功、無(wú)功功率的效果。常見(jiàn)的矢量控制形式是在比例—積分控制器的應(yīng)用基礎(chǔ)上所設(shè)計(jì)出來(lái)的。該類(lèi)控制器在運(yùn)行中存有因運(yùn)行點(diǎn)變化過(guò)大而造成控制效果不穩(wěn)定的缺陷，針對(duì)此情況，很多研究者對(duì)其進(jìn)行了改良，以不斷完善控制效果。此外，有的研究者受到VSC換流器的非線性數(shù)學(xué)模型的思維啟發(fā)，發(fā)明出非線性控制策略，這種策略不會(huì)因某一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)發(fā)生改變而影響控制器整體效果，從而實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)化的控制效果。

3 結(jié)語(yǔ)

做好交直流混合配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)的分析研究，才能夠讓配電網(wǎng)的發(fā)展越來(lái)越好，配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、優(yōu)化規(guī)劃方法、調(diào)度控制方法都是其中影響配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行的重要及關(guān)鍵技術(shù)，都是需要高度重視的方面。相關(guān)人員更加需要從實(shí)際情況出發(fā)，做好交直流混合配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)的研究分析，讓配電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展越來(lái)越好。

參考文獻(xiàn)

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