交直流混合配电网

重点介绍交直流混合配电网改造、规划与运行等关键技术。他表示分布式可再生能源电源大规模接入配电网，对配电网的安全、高效、优质和灵活运行带来了巨大挑战，亟需通过创新配电网结构模式提升配电网对新型源荷的接纳能力。与交流配电网相比，直流配电网具有更强的供电能力、更灵活的控制能力和更高的电能质量，对于促进分布式可再生能源大规模接入具有重要意义。综合考虑技术可行性和经济性，交直流混合组网是当前可行的技术手段。

柔性交直流混合配电网保护控制技术是柔性交直流混合配电网技术的重要组成部分，承担着第一时间处置故障的任务。国网天津电力在天津电科院组建产学研攻关团队，推进柔性交直流混合配电网保护与自愈控制关键技术攻关和成果落地应用——

配电网直流化是未来发展的重要趋势。城市配电网电缆化率的快速提升、分布式电源直流接入的迫切需求以及数据中心等新兴直流负荷的快速发展，给配网直流化发展提供了强劲动力。发展新一代变电站技术，支撑交直流混合配网构建，已成为配电技术领域的研究热点和竞争制高点，列入国家和公司“十三五”科技规划。 面对新一代变电站发展需求，项目团队在国际上率先提出“柔性变电站”概念，以电力电子技术为核心，具有交直流多端口，端口参数独立调节，功率灵活调配，故障和电能质量扰动相互隔离，集成度高、运行灵活、兼容性好。以其为枢纽站构建交直流混合配电网，可满足用户和电源的定制化需求，助力电网企业服务能力和服务价值提升。 依托公司重点科技项目和2017年“十大重点科技创新工程”，产学研用联合攻关，历时6年，攻克了交直流多端口复合换流、直流短路快速阻断、大容量全固态高频变压器研制、故障穿越等难题，实现了柔性变电站技术从理念到实践的全面突破。

针对现有配电网鲁棒调度方法缺乏对不确定参数相关性问题的考虑，提出了一种基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度方法。首先，构建分布式光伏出力的传统多面体集合，利用历史数据驱动形成了相关性包络图，通过弯曲多面体集合边界，建立了相关性多面体集合模型。然后，在此基础上，针对相关性多面体集合存在鲁棒性差和保守性大的问题，建立了数据驱动的多面体集合模型。进一步，建立了基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度模型，并采用列与约束生成(column and constraint generation, CCG)算法对鲁棒调度模型进行求解。最后，改进的IEEE33节点系统仿真结果表明，基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度方法可以减少优化结果的保守性，提高其鲁棒性，证明了所提出方法的有效性。

基于模块化多电平变换器的固态变压器(modular multilevel converter based solid state transformer, MMC-SST)是实现交直流混合配电网柔性互联及能量多向流动的关键装备。针对固态变压器输入级MMC子模块电容纹波电压过大，导致装置的体积和成本增加的问题，提出一种基于比例重复控制的MMC-SST改进纹波电压抑制策略。首先利用基于比例重复控制的电容电压闭环得到调整后的功率移相角。然后，通过双有源桥变换器将子模块电容纹波功率传递到低压直流母线，从而有效抑制MMC子模块的各频次纹波电压，达到减小电容值的目的。最后，仿真结果表明在网侧电压对称或不对称工况下，基于比例重复控制的MMC-SST子模块电容纹波电压抑制策略均具有良好的纹波电压抑制能力。

随着分布式新能源发电、电气化荷-储更大规模接入，传统交流配电网已无法满足由于能源转型带来的电网升级需求。“源-网-荷”问题本质是面对新型源荷所存在的时空分布不均与能量波动特性，现有配用电网缺乏能量互通路径和能流调节手段。对比传统配电网一次设备的调节手段，柔性互联可取代传统联络开关，实现配电网馈线的常态化柔性互联，增强配电网快速、灵活的调节能力，馈线间互联互济，提高配电网运行水平。此外，传统配电网架构的调节手段无法满足电动汽车、数据/通信中心、分布式新能源等直流型源-荷迅速发展的需求，以多端馈入型固态变压器为核心的新型交直流混合配电网可增强配电网快速、灵活的调节能力，实现馈线潮流灵活调节。本报告介绍柔性互联技术在配电网中的典型应用场景，并从电压等级角度介绍中压柔性互联关键技术及低压柔性互联关键技术，最后介绍柔性互联技术的应用与展望。

能量路由器(energy router,ER)作为新兴电力电子设备，可以实现电能在电力系统中的灵活分配。分析ER对系统的影响，研究以ER为配电枢纽的交直流混合配电网潮流计算方法，对实现配电网的优化运行具有重要意义。文中首先基于改进交替迭代法建立ER的稳态潮流模型，并对ER直流端口采用下垂控制策略，结合传统解耦法，提出一种适用于含ER的配电网交直流解耦迭代潮流计算方法。以含有多个ER的IEEE 14节点和IEEE 69节点配电系统为算例进行仿真计算，验证所提方法的正确性与收敛性。为分析ER对系统运行的影响，对不同场景下IEEE 69节点测试系统进行仿真计算，证明ER在系统中可以支撑节点电压，减小系统运行损耗。

电力电子设备已成为现代电网的重要组成部分。大量分布式光伏、电动汽车通过整流、逆变接入传统交流电网，存在能源转化效率不高、源荷匹配灵活性差等问题。发展直流配电，构建交直流混合配电网，是减少电能转换环节、提升综合能效的必由之路。 电力电子变压器（PET）是交直流混合配电网络的核心设备，本项目之前，其组网运行主要存在以下难题：①设备损耗大，长期运行的经济性低；②控制保护难，故障隔离慢，存在系统振荡风险，影响供电可靠性；③运行灵活性差，不利于有效集成分布式能源、合理调配多样性负荷。 项目团队在国家自然科学基金、国网公司科技项目的资助下，开展产学研用协同攻关，研制了高效率多端口电力电子变压器、多功能复用的直流故障电流控制器，突破了交直流配电网控制保护、系统振荡抑制等关键技术，实现了灵活组网、高效运行。 项目获授权发明专利26项，发表论文60篇，出版专著1部，发布国家标准1项，立项IEC标准1项。王锡凡院士领衔的鉴定委员会认为 “整体达到国际领先水平。项目建成了北京延庆智能电网工程、苏州同里交直流系统示范工程以及连云港海岛综合示范工程，实现了源网荷储协调运行。项目成果对支撑大规模电力电子设备接入后电网高效稳定运行具有重要的现实意义。