[關(guān)鍵詞]新型電力系統(tǒng)；配電網(wǎng)；柔性化改造

新型電力系統(tǒng)是基于全球氣候變化和碳中和目標(biāo)，主要依賴可再生能源（如風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能）的供應(yīng)，以高度電氣化為消費(fèi)形態(tài)，基礎(chǔ)設(shè)施廣泛分布，運(yùn)行管理深度互動(dòng)的現(xiàn)代電力系統(tǒng)。其核心特征是可再生能源為主體、高度電氣化、廣泛分布化和深度互動(dòng)化。在這一系統(tǒng)中，配電網(wǎng)面臨挑戰(zhàn)，而柔性配電網(wǎng)作為能靈活適應(yīng)電力供需變化、整合分布式能源、快速響應(yīng)故障和提升電能質(zhì)量的電網(wǎng)形態(tài)，對(duì)于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障供應(yīng)安全、提升服務(wù)質(zhì)量和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。柔性化改造策略與技術(shù)路線的研究，旨在通過(guò)創(chuàng)新優(yōu)化，將配電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨冗m應(yīng)、靈活智能的柔性系統(tǒng)，以滿足新型電力系統(tǒng)的需求。

一、配電網(wǎng)柔性化改造理論基礎(chǔ)與技術(shù)框架

（一）柔性配電網(wǎng)概念與內(nèi)涵

柔性配電網(wǎng)是先進(jìn)科技集成的智能配電系統(tǒng)，利用電力電子、控制策略和信息通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)靈活的能量轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、調(diào)度及控制。它能快速適應(yīng)電力供需變動(dòng)，高效整合分布式能源與新負(fù)載，囊括多形式能量轉(zhuǎn)換、平抑可再生能源波動(dòng)的儲(chǔ)能方案、按實(shí)時(shí)需求優(yōu)化的能源調(diào)度，以及確保系統(tǒng)穩(wěn)定安全的智能控制機(jī)制。

（二）柔性化改造技術(shù)框架

構(gòu)建面向新型電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)柔性化改造技術(shù)框架，旨在通過(guò)集成先進(jìn)技術(shù)和優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提升配電網(wǎng)對(duì)新能源接入、負(fù)荷變化及運(yùn)行環(huán)境不確定性的適應(yīng)能力，保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。該技術(shù)框架主要包括分布式能源集成、儲(chǔ)能系統(tǒng)配置、電力電子設(shè)備應(yīng)用、通信與信息平臺(tái)建設(shè)這四個(gè)核心組成部分，如圖1所示。

二、配電網(wǎng)柔性化改造策略研究

（一）分布式能源優(yōu)化布局與集成策略

分布式光伏、風(fēng)電、微燃機(jī)等各類分布式能源在配電網(wǎng)中的最優(yōu)布局原則，一是資源配置原則，優(yōu)先在光照、風(fēng)速、天然氣供應(yīng)等資源條件優(yōu)越的區(qū)域布局分布式光伏、風(fēng)電、微燃機(jī)等，確保其發(fā)電效率最大化。二是負(fù)荷就近原則，盡可能將分布式能源部署在負(fù)荷中心附近，縮短能源傳輸距離，降低線損，提高供電可靠性。三是電網(wǎng)適應(yīng)原則，考慮配電網(wǎng)的電壓等級(jí)、線路容量、變電站位置等因素，確保分布式能源接入后不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成過(guò)大的電壓波動(dòng)、潮流沖擊等問(wèn)題。

配電網(wǎng)的高效集成技術(shù)與策略，第一，采用先進(jìn)的功率預(yù)測(cè)、優(yōu)化控制、故障診斷等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分布式能源出力的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)調(diào)度與故障快速響應(yīng)，確保其與電網(wǎng)的穩(wěn)定、高效互動(dòng)。第二，配置適當(dāng)容量的儲(chǔ)能裝置（如電池、超級(jí)電容、飛輪等），用于平抑分布式能源出力波動(dòng)，提供調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)，增強(qiáng)電網(wǎng)的瞬態(tài)穩(wěn)定性和供需平衡能力。第三，利用SVG、STATCOM、UPFC等電力電子設(shè)備，快速調(diào)節(jié)電壓、無(wú)功功率，改善電能質(zhì)量，增強(qiáng)電網(wǎng)對(duì)分布式能源接入的適應(yīng)性。

（二）儲(chǔ)能系統(tǒng)配置與運(yùn)行策略

第一，以鋰離子電池為代表的電池儲(chǔ)能，可在用電低谷時(shí)充電，高峰時(shí)放電，平抑負(fù)荷波動(dòng)，提高電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；還可以作為變電站、重要用戶或微電網(wǎng)的應(yīng)急備用電源，保障供電可靠性；或與風(fēng)電、光伏等可再生能源電站配套，平滑其輸出功率，減少棄風(fēng)棄光。容量配置需要根據(jù)配電網(wǎng)的負(fù)荷特性、可再生能源滲透率、備用需求、電壓穩(wěn)定性要求等因素，通過(guò)電力系統(tǒng)規(guī)劃模型計(jì)算所需的儲(chǔ)能容量。電池儲(chǔ)能往往靠近高負(fù)荷區(qū)域，便于快速響應(yīng)負(fù)荷波動(dòng)，減少輸電損耗靠近高負(fù)荷區(qū)域，便于快速響應(yīng)負(fù)荷波動(dòng)。

第二，超級(jí)電容也是一種重要的儲(chǔ)能技術(shù)。超級(jí)電容具有極高的充放電速率，適合提供瞬態(tài)功率補(bǔ)償，如電壓驟降恢復(fù)、短時(shí)負(fù)荷波動(dòng)緩沖。其在微電網(wǎng)中作為短時(shí)備用電源，應(yīng)對(duì)孤島模式下的瞬態(tài)功率不平衡。在容量配置上，需要考慮所需提供的短時(shí)功率支持水平、響應(yīng)速度要求以及超級(jí)電容自身的能量密度，通常容量配置較小，主要用于提供高功率服務(wù)。超級(jí)電容選址往往在關(guān)鍵設(shè)備附近，如變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備旁，直接提供快速功率支持，減輕設(shè)備負(fù)擔(dān)。

第三，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化，提供優(yōu)質(zhì)的慣性服務(wù)和一次調(diào)頻能力，在短時(shí)間內(nèi)提供或吸收功率，改善電壓波動(dòng)和閃變。在容量配置上，需要根據(jù)電網(wǎng)對(duì)頻率響應(yīng)速度、持續(xù)時(shí)間以及電壓穩(wěn)定性的要求，結(jié)合飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率密度和效率，確定合理容量。該系統(tǒng)通常部署在電網(wǎng)的弱聯(lián)系區(qū)域、新能源高滲透區(qū)或負(fù)荷中心，提供快速頻率響應(yīng)服務(wù)。

（三）電力電子設(shè)備應(yīng)用與協(xié)調(diào)控制策略

SVG（靜止無(wú)功發(fā)生器）、STATCOM（靜止同步補(bǔ)償器）和UPFC（統(tǒng)一潮流控制器）均為先進(jìn)的電力電子裝置，它們?cè)谂潆娋W(wǎng)中的作用主要包括提升電壓穩(wěn)定性、抑制諧波、增強(qiáng)故障隔離能力等。以下分別探討它們的作用，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制策略。

第一，SVG能快速、精準(zhǔn)地提供或吸收無(wú)功功率，調(diào)整電網(wǎng)電壓，維持電壓穩(wěn)定。加之其具有濾波功能，還能夠抵消電網(wǎng)中的諧波電流，改善電能質(zhì)量。具體的協(xié)調(diào)控制是設(shè)定電壓參考值，通過(guò)PI控制器實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)SVG輸出無(wú)功功率，保持節(jié)點(diǎn)電壓恒定；設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臑V波器模型，結(jié)合FFT（快速傅里葉變換）分析電網(wǎng)諧波含量，控制SVG產(chǎn)生反向諧波電流，實(shí)現(xiàn)諧波抵消。

第二，STATCOM不僅能在寬范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，精確控制節(jié)點(diǎn)電壓，增強(qiáng)電壓穩(wěn)定性；還能產(chǎn)生與系統(tǒng)諧波電流相位相反的補(bǔ)償電流，有效濾除諧波，提升電能質(zhì)量。具體的協(xié)調(diào)控制可以采用dq坐標(biāo)系下的電壓控制策略，設(shè)定d軸（有功）和q軸（無(wú)功）參考值，通過(guò)電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)PI控制器，精確控制STATCOM輸出，維持節(jié)點(diǎn)電壓恒定?；蛘卟捎没谒矔r(shí)無(wú)功理論的諧波電流檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)諧波電流觀測(cè)器，結(jié)合諧波電流指令生成器，驅(qū)動(dòng)STATCOM產(chǎn)生反向諧波電流，實(shí)現(xiàn)諧波抑制。

第三，UPFC能在線路兩端同時(shí)注入有功和無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)潮流的靈活控制，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。該控制器通過(guò)改變線路阻抗就能有效調(diào)節(jié)線路兩端電壓，提高電壓穩(wěn)定性。具體的協(xié)調(diào)控制措施，一是設(shè)定線路有功和無(wú)功功率參考值，采用多變量控制策略，通過(guò)UPFC的電壓源換流器（VSC）和電壓同步發(fā)電機(jī)（VSG）部分，實(shí)現(xiàn)精確的潮流控制；二是設(shè)計(jì)線路電壓調(diào)節(jié)算法，結(jié)合線路兩端電壓測(cè)量值，通過(guò)調(diào)整UPFC的注入功率，保持線路兩端電壓在規(guī)定范圍內(nèi)。三是采用類似SVG或STATCOM的諧波檢測(cè)與抑制方法，結(jié)合UPFC的有源濾波功能，消除系統(tǒng)諧波。

（四）通信與信息平臺(tái)建設(shè)策略

在柔性配電網(wǎng)中，通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)以及高級(jí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)（ADMS）等信息平臺(tái)的構(gòu)建與功能優(yōu)化至關(guān)重要。以下對(duì)這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行研究：

第一，通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)要遵循可靠性、實(shí)時(shí)性、兼容性等原則，主要應(yīng)具備冗余路徑、故障自愈能力，確保在局部故障下仍能維持正常通信；滿足配電網(wǎng)操作、控制、保護(hù)等業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性的高要求；支持多種通信協(xié)議，適應(yīng)不同設(shè)備間的互聯(lián)互通。架構(gòu)模式主要包括分層式架構(gòu)和混合通信網(wǎng)絡(luò)，前者包括現(xiàn)場(chǎng)層、接入層、匯聚層、核心層。現(xiàn)場(chǎng)層由各類傳感器、智能電表、分布式能源等組成。接入層負(fù)責(zé)將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)匯集至匯聚層，再經(jīng)核心層傳輸至數(shù)據(jù)中心。后者融合光纖、無(wú)線、電力線載波等多種通信方式，根據(jù)設(shè)備位置、通信需求和成本選擇最優(yōu)通信技術(shù)。

第二，數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)。首先要部署各類智能傳感器，如電壓／電流互感器、溫度／濕度傳感器、故障指示器等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)電力數(shù)據(jù)的精確采集，支持雙向通信，便于需求響應(yīng)和分布式能源管理。然后在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，提供高帶寬、低延遲、強(qiáng)抗干擾的通信通道，適用于主干網(wǎng)和重要節(jié)點(diǎn)間通信。引用LoRa、NB-IoT等LPWAN無(wú)線通信技術(shù)，完成遠(yuǎn)程、大規(guī)模終端設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。

第三，高級(jí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)。首先集成SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）、DMS（配電管理系統(tǒng)）、OSS（運(yùn)營(yíng)支持系統(tǒng)）等功能，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的全面監(jiān)控、分析與決策。其次，實(shí)時(shí)監(jiān)控配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)可視化界面呈現(xiàn)全網(wǎng)拓?fù)?、設(shè)備狀態(tài)、負(fù)荷分布等信息；并利用大數(shù)據(jù)分析、人工智能技術(shù)快速識(shí)別故障類型、定位故障點(diǎn)，縮短停電時(shí)間。再次，在故障發(fā)生時(shí)自動(dòng)執(zhí)行隔離、轉(zhuǎn)供等操作，提高供電可靠性。最后，根據(jù)負(fù)荷變化、分布式能源出力、電網(wǎng)約束等因素動(dòng)態(tài)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提升運(yùn)行效率。

三、柔性配電網(wǎng)技術(shù)路線與實(shí)施步驟

（一）技術(shù)路線選擇

針對(duì)各地配電網(wǎng)特性，需制定差異化的柔性改造策略。農(nóng)村薄弱地區(qū)應(yīng)優(yōu)先增強(qiáng)電網(wǎng)可靠性和電壓合格率，優(yōu)化電源布局、加強(qiáng)負(fù)荷聯(lián)絡(luò)和配電自動(dòng)化。中西部和東北地區(qū)需提升電網(wǎng)裝備和供電質(zhì)量，加強(qiáng)基建、提升智能化數(shù)字化水平，并推進(jìn)電力替代技術(shù)應(yīng)用。東部地區(qū)已具備較高供電可靠性，應(yīng)著重提升電網(wǎng)智能化數(shù)字化水平，利用先進(jìn)信息技術(shù)和控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能調(diào)度，提高供電質(zhì)量和效率。

（二）實(shí)施步驟規(guī)劃

配電網(wǎng)柔性化改造是一個(gè)系統(tǒng)性工程，涵蓋前期準(zhǔn)備、方案設(shè)計(jì)、設(shè)備采購(gòu)與安裝、系統(tǒng)調(diào)試與驗(yàn)收、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等多個(gè)關(guān)鍵階段，具體工作內(nèi)容與要求如下。

1．前期準(zhǔn)備

首先，進(jìn)行全面的電網(wǎng)現(xiàn)狀調(diào)研與評(píng)估，包括電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備狀態(tài)、負(fù)荷特性、可再生能源潛力等，為后續(xù)改造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其次，分析改造目標(biāo)與需求，明確柔性化改造的目標(biāo)指標(biāo)（如可再生能源接入比例、電能質(zhì)量改善、故障恢復(fù)時(shí)間等）。再次，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，評(píng)估不同改造方案的投入產(chǎn)出比、環(huán)境效益、社會(huì)效益等，為決策提供依據(jù)。最后，編制改造項(xiàng)目建議書或可行性研究報(bào)告，提交相關(guān)部門審批。

2．方案設(shè)計(jì)

在前期準(zhǔn)備基礎(chǔ)上，開(kāi)展詳細(xì)的柔性化改造方案設(shè)計(jì)。內(nèi)容包括：（1）確定改造范圍與重點(diǎn)，如關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、薄弱環(huán)節(jié)的設(shè)備升級(jí)、線路優(yōu)化等：（2）選擇適用的柔性化技術(shù)與設(shè)備，如分布式能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電力電子設(shè)備、通信與信息平臺(tái)等；（3）設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)與運(yùn)行模式，如微電網(wǎng)、虛擬電廠、需求響應(yīng)等；（4）制定設(shè)備配置、布局、接口標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)規(guī)范；（5）編制詳細(xì)的工程圖紙、施工組織設(shè)計(jì)、進(jìn)度計(jì)劃等技術(shù)文件。

3．設(shè)備采購(gòu)與安裝

依據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)備與材料的采購(gòu)招標(biāo)，確保供應(yīng)商資質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。設(shè)備到貨后，進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)與入庫(kù)管理。安裝階段，按照施工組織設(shè)計(jì)與安全規(guī)程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，確保設(shè)備安裝位置準(zhǔn)確、接線規(guī)范、接地良好、防護(hù)設(shè)施完備。安裝過(guò)程中，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備調(diào)試大綱，進(jìn)行單體調(diào)試、分系統(tǒng)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)整改。

4.系統(tǒng)調(diào)試與驗(yàn)收

系統(tǒng)安裝完成后，進(jìn)行整體聯(lián)調(diào)與試運(yùn)行，驗(yàn)證設(shè)備功能、系統(tǒng)性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。調(diào)試內(nèi)容包括：（1）設(shè)備功能測(cè)試，如電力電子設(shè)備的無(wú)功補(bǔ)償、電壓調(diào)節(jié)、故障穿越等；（2）系統(tǒng)性能測(cè)試，如電能質(zhì)量、故障隔離與恢復(fù)時(shí)間、可再生能源接納能力等；（3）通信與信息平臺(tái)測(cè)試，如數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性、命令執(zhí)行及時(shí)性、界面友好性等。試運(yùn)行達(dá)標(biāo)后，組織專家進(jìn)行項(xiàng)目竣工驗(yàn)收，出具驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。

結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)柔性化改造是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要政策引導(dǎo)、技術(shù)創(chuàng)新、市場(chǎng)機(jī)制、人才培養(yǎng)等多方面的協(xié)同推進(jìn)。未來(lái)，還需進(jìn)一步深化理論研究，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與示范應(yīng)用，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，培育市場(chǎng)環(huán)境，提升全社會(huì)對(duì)柔性配電網(wǎng)的認(rèn)知與接受度，共同推動(dòng)電力系統(tǒng)向更加清潔、高效、智能、韌性的方向邁進(jìn)，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)作出貢獻(xiàn)。