城市直流配电工程拓扑结构的研究

本文简要介绍了城市直流配电系统的优势和特点,介绍了国内外研究的两端"点对点"柔性直流配电系统、辐射形直流配电网、"手拉手"直流配电网、珠海三端柔性直流配电网等几种城市直流配电系统拓扑结构。在总结以上直流配电系统拓扑结构优缺点的基础上,研究设计了一种多端、中低压、交直流混合、接入多种分布式能源的城市直流配电系统拓扑结构,并应用于贵州城市直流配电示范工程。对该拓扑结构的特点、电压等级、运行方式、效能和可扩展性进行了介绍,指出该拓扑结构对于研究直流配电系统分布式能源的就地消纳,交直流配电的能效对比、运行方式的灵活性方面具有显著优势。通过自主研发的智能配电网半实物仿真平台,实现任意柔性互联交直流配电网的模拟,解决了现在直流配电网作为示范工程应用研究重复建设问题。     

面向低压直流配电网的双降压/升压型柔性互联开关

柔性互联开关作为跨区域低压直流配电网的关键装备,能够实现区域间低压直流功率互联与灵活转供,有利于可再生能源的充分消纳与高效利用.通过分析目前低压直流配电网的运行特性与柔性互联开关的可靠性问题,提出了一种基于双降压/升压变换器的新型柔性互联开关拓扑结构,其具备无桥臂直通、电压利用率高、功率等级易拓展等优点.通过采取反向耦合电感技术来改善无源器件用量与内部续流问题,以柔性提升互联开关的工作效率,并给出了不同工作模式下端口电压增益的表达式.搭建一套150 V/1 kW实验样机进行实验分析,结果验证了所提拓扑结构的有效性与正确性.     

分区柔性互联城市电网的最大供电能力分析

对比现有电网分区运行模式与新型柔性互联运行模式,并阐述柔性直流分区互联装置的基本工作模式;介绍分区互联装置的基本结构,并研究装置在分区间有功支援与动态无功支撑过程中的工作原理;考虑电网N-1静态安全性与暂态电压稳定性,提出分区柔性互联城市电网最大供电能力的定义与模型,并给出一种简化的逼近求解算法。某电网示范工程实际算例验证了所提方法的正确性;与传统分区运行相比,柔性互联后最大供电能力得到提升。     

柔性直流输电技术的工程应用和发展展望

柔性直流输电技术作为新一代的直流输电技术,具有有功无功独立控制、响应快速灵活、扩展性强等突出优点,广泛应用于风电送出、电网互联、无源网络供电和远距离大容量输电等场景。在中国新型电力系统建设的背景下,针对新能源送出和多直流馈入电网安全稳定提升等重大需求,柔性直流输电技术优势将进一步凸显。文中对柔性直流输电技术的发展现状和趋势进行梳理,以多个代表性的柔性直流输电工程为例,系统地阐述了中国柔性直流输电技术的工程实践经验,重点介绍了柔性直流输电技术在新能源送出、电网互联和远距离大容量输电的典型应用及工程运行情况。最后,文中分析了新型电力系统下柔性直流输电技术的发展前景并指出所面临的挑战,为柔性直流输电技术的发展与应用提供参考。     

柔性直流输电技术：应用、进步与期望

柔性直流输电技术是构建灵活、坚强、高效电网和充分利用可再生能源的有效途径,代表着直流输电的未来发展方向,已成为新一代智能电网的关键技术之一。概述了国内外柔性直流输电工程的现状以及柔性直流输电技术在交流电网的异步互联、风电场并网、海上平台供电和城市负荷中心供电等领域的应用情况;重点介绍了世界第一个多端柔性直流输电工程———南澳多端柔性直流输电示范工程的研发情况,尤其是其技术难点;指出了直流输电混合化,高电压大容量化,直流输电网络化和直流配电网等未来柔性直流输电技术发展的主要方向;提出了柔性直流输电系统亟待解决的关键问题,诸如具有直流短路故障电流清除能力的电压源换流器拓扑结构,高压直流断路器技术和直流电网运行的基础理论及控制保护技术。     

柔性互联配电网运行调度研究综述

新型电力系统发展阶段,多元化源网荷储设备的接入给电网运行带来了巨大挑战。各种新型电力电子柔性互联装置实现了配电网柔性互联,在配电网新形势发展下能够更好地适应各种挑战,是配电网实现智能化进展的重要结构形式。首先阐述了基于柔性互联技术构成的柔性互联配电网相关概念,然后介绍了几种典型的柔性互联设备,在此基础上展示柔性互联系统的相应组网形态,并着重针对柔性互联配电网系统运行调度层面关键技术展开讨论,最后进行总结与展望。     

柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望

通过以智能软开关、能量路由器和智能功率/信息交换基站为代表的电力电子设备实现配电网的柔性互联,更好地适应多元源-储-荷设备的接入,将是未来智能配电网的演进趋势。从柔性互联智能配电网的概念阐述入手,详细介绍其核心柔性互联设备的拓扑结构及工作原理,分析柔性互联智能配电网规划设计、运行控制和故障自愈等关键技术的研究现状与难点,并对未来需要重点研究的技术领域和工程应用前景进行了讨论与展望。     

柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望

通过以智能软开关、能量路由器和智能功率/信息交换基站为代表的电力电子设备实现配电网的柔性互联,更好地适应多元源-储-荷设备的接入,将是未来智能配电网的演进趋势.从柔性互联智能配电网的概念阐述入手,详细介绍其核心柔性互联设备的拓扑结构及工作原理,分析柔性互联智能配电网规划设计、运行控制和故障自愈等关键技术的研究现状与难点,并对未来需要重点研究的技术领域和工程应用前景进行了讨论与展望.     

柔性直流背靠背装置在北京配电网中的应用

随着大城市负荷密度的不断增加,配电网的规模不断扩大,受制于短路容量、电磁环网等问题,城市配电网通常按照高压分区、中压开环的方式运行,导致系统设备利用率降低,可靠性下降。利用柔性直流技术对分割的高压配电网和中压配电网进行互联形成交直流混合配电网,有助于提升电网的可靠性和设备利用率,缓解城市电网站点走廊有限与负荷密度高的矛盾,同时在负荷中心提供动态无功支持。研究了柔性直流背靠背装置在大型城市高压配电网和中压配电网中的应用模式和系统设计方案,并以北京高压配电网为实例,从降低短路电流和提供动态无功支撑两个角度,定量分析了应用柔性直流背靠背装置实现高压配电网分区互联的优势。     

城市电网分区柔性互联选址方法及示范应用

在城市电网分区间,利用柔性直流电力电子装置,实现柔性互联,有可能解决现有交流型城市电网分区运行中存在的难题。介绍了国内外首个城市电网分区柔性互联示范工程的选址,并提出一种实用的选址方法。首先,建立了分区间柔性互联装置选址模型,计及了静态安全性、供电能力、短路电流、电压稳定等7项指标。由于电压稳定等指标计算需要逐个case模拟故障仿真,对于大型城市电网柔性互联选址的计算量很大,模型很难直接求解,因此提出一种实用的选址方法:先给出分区有功需求及无功需求初筛指标,依据其进行方案初筛;再进一步详细仿真分析得到7项细筛指标;然后采用层次分析法确定最优方案,最后介绍了示范工程的选址论证。结果表明,所提方法确定的选址方案具有很好的互联效果,发现了除示范工程外更多效果良好的位置,为后续柔性互联提供了选择。同时,研究发现不是所有分区柔性互联后都具有明显效果,故进一步归纳了适合柔性互联的分区特征。所提方法和实践对城市电网分区柔性互联的发展具有重要意义。     

考虑低压台区柔性互联的配电网最大供电能力

“双碳”目标下,配电网将承载分布式发电、电动汽车、电采暖等低碳技术的大规模应用,面临着承载能力不足、负载不均衡以及电能质量等问题的严峻挑战,而低压台区柔性互联技术被认为是应对上述挑战的有效手段。因此,研究了考虑低压台区柔性互联的配电网最大供电能力(TSC)。首先,给出了考虑台区柔性互联的配电网典型结构以及运行方式,建立了考虑柔性互联设备多端口潮流灵活分配、负荷多级转供的配电网TSC模型;其次,针对所提TSC模型的非线性非凸特征,提出了基于分支定界算法的模型求解方法;然后,计算了实际台区柔性互联配电网算例的TSC,并进行N-1安全性校验;最后,观测了不同低压柔性互联设备容量下TSC数值的变化规律,给出了台区柔性互联配电网的规划运行建议,为低压台区柔性互联技术在配电网的大规模应用提供了理论基础。     

基于柔性直流互联的交直流混合配电网建模与仿真分析

交直流混合配电网的详细建模和多运行工况的仿真分析,将有效支撑主动配电网工程投运和可靠稳定运行。然而目前大规模的基于柔直的交直流混合配电网系统级仿真的时效性和实用性不足。因此,基于实时数字仿真平台RT-LAB建立交直流混合主动配电网模型,包含±20k V柔性直流互联系统、分布式光伏、分布式风电、储能系统、电动汽车、直流微网及其相应变流器控制的详细建模。针对电力盈亏优先考虑储能系统平衡的局限性问题,将柔性直流互联应用于主动配电网工程,可以在换流站一端出现功率缺口时由直流母线及时提供功率供给。利用该模型对储能系统充放电消纳工况、高峰电力缺口时由柔性直流互联从外部电网受电工况进行仿真分析,验证该系统在配电网应用的有效性。RT-LAB实时仿真平台在大规模系统级仿真中显示其时效性的优势,为交直流配电网工程建设提供前期参考。     

基于边缘自治决策终端的台区柔性直流互联控制系统

随着我国“双碳”发展战略以及建设新型电力系统等重大战略的实施,传统的无源配电网正逐渐转变为有 源配电网.为了满足分布式光伏高比例接入和高效消纳,就地实现配电网源荷平衡,提出了一种基于边缘自治决策终 端的台区低压柔性直流互联控制技术,通过低压柔性直流互联改造,利用边缘自治决策终端装置的灵活、快速功率调 节特性,不仅使得台区内部原有负荷的正常使用得到保证,同时有力地解决了相邻台区间的负载率不均衡等问题,满 足负荷增长的需求,有效提升了配电网供电可靠性.     

城市电网分区柔性互联的概念与示范工程论证

将柔性电力电子技术应用于城市电网是一个新的方向,文章提出了城市电网分区柔性互联的概念,并介绍了国内外首个城市电网分区柔性互联工程的可研论证。首先提出了城市电网分区柔性互联的概念,并与现在的城市电网分区分片运行方式进行了对比;其次介绍了基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流分区互联装置;最后全面介绍了北京电网220k V分区柔性示范工程的可研论证,给出了暂态电压稳定性、静态安全性、供电能力、短路电流、可靠性等分析结果,并论证了装置的容量和位置。     

一种中压直流短路故障下不间断运行的MMC-SST拓扑及控制

多端口固态变压器是多电压形态多电压等级的交直流混合电网的核心设备,模块化多电平(modular multilevel converter,MMC)型固态变压器(solid state transformer,SST)具有中压直流端口,可接入中压直流配电网,构成多区域交流配电网的柔性互联,提升区域网络间功率灵活调节能力。而采用传统的MMC-SST拓扑及控制,中压直流线路短路故障会引起低压端口供电中断。文中提出一种混合型MMC-SST的拓扑及控制,其具备中压交流、中压直流和低压交直流端口,通过控制使其具有中压直流短路故障耐受能力,同时故障期间保持中压交流和低压端口的不间断功率交互,从而提升低压用户供电可靠性。分析MMC-SST在正常运行和中压直流故障不间断运行控制下内部能量平衡机理,提出中压直流短路故障下电容电压平衡及不间断运行控制策略,实现MMC-SST中压直流短路故障时不间断稳定运行。通过理论分析,仿真与物理动模实验,验证了所提拓扑及控制的可行性及有效性。     

中压柔性直流配电技术在深圳电网的应用框架

随着柔性直流输电和现代配电系统的发展,对柔性直流配电的应用需求日益增强。首先对柔性中压直流配电发展背景和现状进行了介绍,对中压柔性直流配电的基本特征和应用方向进行了归纳。其次,通过对深圳电网的实际调研,指出了中压柔性直流配电网在深圳电网的应用前景,提出了中压柔性直流配电的系统架构、关键设备和运行方式,给出了相关研究结论。最后,对中压柔性直流配电网的后续研究工作进行了介绍和展望。     

柔性直流配电网动态模拟系统设计与实现

介绍了柔性直流配电网动态模拟系统设计与实现,该动态模拟系统为多端可变换柔性直流配电网试验系统,使用了工程中应用的控制保护装置,能够实现多种电网主回路拓扑以及多种子模块拓扑的动态模拟,给出了动态模拟系统中设备的参数设计计算,介绍了故障模拟以及故障点设置,可应用于柔性直流配电网系统暂态和稳态特性的研究,并且能够为柔性直流配电网关键设备的开发研制提供试验检测基础。     

背靠背直流输电技术及其在鲁西异步联网工程中的应用

背靠背直流输电技术可用于异步电网互联,文章介绍了背靠背直流输电系统的特点及世界上已投运的背靠背直流输电工程的情况。结合南方电网的首个背靠背直流工程——云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程(简称鲁西异步联网工程),介绍了常规直流与柔性直流组合的系统方案,包括单元接线方式、主要运行方式、主设备参数、换流站占地面积等,最后总结了鲁西异步联网工程的关键技术及创新点。     

产品介绍

正直流配电网应用1贵州城市配电网柔性互联示范工程2018年9月3日南方电网重点科技项目-国内首个中压五端柔性直流配电示范工程正式进入试运行。四方公司作为本项目的一、二次系统总包方,为本项目提供了包括四端MMC换流器、电力电子变压器、储能/光伏换流器、直流充电桩、直流中心控制保护系统、交直流微电网控制保护系统、能量管理系统等在内的全部产品。该项目在国内率先实现了具备直流故障抑制能力混合式拓扑结构模块化多电平换流器的工程应用,建成了国内首个集10千伏交流配电网、±10千伏直流配电中心、380伏交流微电网、±375伏直流微电网、电动汽车充电站为—体的5端柔性互联交直流混合系统示范工程,国内首个集交直流配电网、交/直流微电网、配电自动化、需求侧管理、云计算等多学科技术为一体的直流配电中心。     

考虑电压-无功调节的台区互联装置规划方法

伴随分布式能源广泛接入低压配网,对配电网运行灵活性和消纳能力要求不断提高。利用低压柔性互联装置将独立运行的低压配电台区分区互联,避免传统电压调节和无功补偿装置频繁动作。考虑柔性互联装置造价昂贵,协同传统电压-无功调节装置,提出了低压柔性互联装置的选址定容规划方法。首先,分析低压柔性互联装置拓扑结构和运行方式,建立其潮流模型。其次,建立低压柔性互联装置优化配置的双层规划模型,上层规划以年综合费用最少为目标,下层规划考虑电压-无功协调控制时间序列模型,以运行成本和电压偏差最小为目标,基于粒子群算法和混合整数二阶锥规划算法交替求解,得出配网系统最优柔性互联方案和最优运行方式。最后在IEEE 33节点算例上进行实例分析,验证该双层规划算法的有效性。