基于柔性直流技术的一种交直流混合配电网可行性研究

随着配电网中负荷的快速增长和分布式电源迅速发展,传统配电网需要进行一定的升级改造才能满足新增负荷和分布式电源的需求。立足于“手拉手”式接线的传统中压配电网结构,提出了利用柔性直流技术构建交直流混合配电网的改造方案,对其网架结构和控制策略进行了介绍分析。之后,以辽宁省某供电区域为例,对建设交直流混合配网、增建交流配电网和增建直流配电网三种配电网改造方案的经济性进行了对比分析。分析证明交直流混合配电网具有最低的系统运行损耗,当配电网运行年数超过5年时,建设交直流混合配电网具有最低的总投资费用。最后,分析总结了交直流混合配电网的综合优势和发展前景,证明了交直流混合配电网能够成为配电网改造的可行方案。     

10kV交流配电网升级改造不同方案的对比分析

选择20kV配电电压等级和采用中压直流配电在现有线路上进行改造升级都能够解决当前国内10kV交流配电网供电能力不足的问题,但每种方案的特点和适用情况各有不同。文中对配电网升级改造的不同方案进行对比分析。首先根据线路的电气绝缘配合要求选择±10kV和±15kV作为待研究的直流配电电压等级。然后,以辐射状配电网为例比较了分别采用10kV交流、20kV交流、±10kV和±15kV直流配电等4种方案时的供电能力,分析了采用不同方案时运行效率随总负荷、供电半径、中压直流负荷及分布式电源并网功率等的变化情况。对4种方案的经济性进行了初步的分析。     

含分布式电源的交直流混合配电网潮流分析

随着电力电子技术的不断发展,直流输出型分布式电源不断接入不同等级配电系统,伴随着交直流敏感负荷数量的显著增加,急需研究一种满足分布式电源接入的交直流混合配电网潮流分析方法。针对具有多端点结构的交直流混合配电网,通过分析VSC(电压源变换器)损耗和直流、交流线路损耗对配电系统的影响,并考虑因换流站数量增加所导致的不可忽略的换流站损耗,提出混合交直流配电网连续潮流计算方法,建立混合交直流配电网模型,设计2种不同的混合交直流配电网的拓扑结构,并对其进行仿真分析。仿真结果表明,考虑网络损耗和网络内换流器数量较多的变换器损耗,特别是考虑到交流或直流母线占主导地位的网络,会导致网络间的潮流解和功率转移有很大的不同。     

芬兰交直流配电网规划与建设实例

介绍了芬兰Elenia Oy公司在农村地区将低压直流配电技术用于替代老旧中压分支线路的应用案例。基于原有的20k V中压交流系统及用户侧的0.4k V低压交流系统,采用低压直流配电技术,构建了可用于芬兰公共中低压配电网的交直流配电系统。文章以电压降和电缆的最大负荷为边界条件,给出低压直流电缆选型建议及低压直流系统的功率传输容量限值,构建了单极对点低压直流配电送电模式。通过对芬兰Elenia Oy公司整个配电网的统计分析表明,农村中压配电网的老旧分支线路可以采用更经济的低压直流配电线路来替代。可以期待低压直流配电技术在芬兰Elenia Oy公司的中低压配电网改造中将发挥良好的作用。     

多类型分布式电源接入下的低压交流与直流配电网运行经济性对比

配电网运行经济性是配电网经济评估的重要组成部分,直接影响着用户用电效益。随着直流配电网的快速发展以及多类型分布式电源接入低压配电网,如何定量评估低压交流与直流配电网运行损耗,进而对比二者运行经济性,对于未来低压配电系统的规划和运行具有重要指导意义。根据含有多类型分布式电源接入的低压交流与直流配电系统典型拓扑结构,建立了基于系统全环节功率损耗的交直流运行经济性对比评估模型,并以运行经济性为优化目标建立考虑储能充放电状态的配网运行策略优化模型。最后基于深圳中美中心低压直流配网示范工程实际数据对系统典型运行日的功率损耗进行分类统计,对比了交流与直流配网运行经济性的差异以及储能接入的影响。结果表明,在多类型分布式电源接入下,系统功率损耗呈现明显的时空分布差异性,且长期运行下低压直流配电网运行经济性具有一定优势。     

基于矩阵算法的主动配电网交直流混合网络供电恢复策略研究

考虑到直流输电技术的发展,直流配电应用于配电网中是未来配电网的研究重点。本文为解决主动配电网交直流混合网络的供电恢复问题,提出含直流配电线路的主动配电网供电恢复方案,当交流配电线路出现故障时,考虑直流侧配电线路网损、换流器以及分布式电源影响下的供电恢复方案;当直流配电线路出现故障时,考虑转换直流侧运行方式或让失电的直流负荷转入计划孤岛运行模式,以保证直流侧重要负荷的持续供电,分别提出交流侧和直流侧约束条件,并在约束条件下选取网络损耗、线路末端电压越限节点个数以及开关操作次数作为指标构建目标函数,依据矩阵算法对供电恢复过程的不同恢复方案进行大数据分析与处理,得出最优方案。通过改进的IEEE123节点算例证明,提出的方案能够有效的解决主动配电网的供电恢复问题。     

基于多端VSC技术的一种交直流混合配电网网络结构

分布式电源的快速发展和配电网负荷的变化使得传统辐射型交流配电网面临诸多问题。该文利用多端电压源换流器(voltage source converter,VSC)技术,通过在交流配电网中增加直流环节来构建交流直流混合配电网,提出了交直流混合配电网的网络结构,并对其控制策略进行了理论分析,最后利用Matlab/Simulink搭建仿真模型对其网络结构和控制策略进行了仿真验证。仿真结果表明,通过对换流器进行合理控制,能够有效改善原有交流配电线路的电压分布和负荷承载能力,并且能够对系统潮流进行灵活控制,实现对系统能源的合理分配。另外,交直流混合配电网中的直流环节可以作为未来直流配电网的一部分,从而使传统交流配电网可以平缓过渡到未来可能全面建设的直流配电网。     

网格式中压直流配电网潮流计算与稳态 功率分布特性研究

中压直流配电网作为连接各种类型分布式能源、负荷与主网的平台,能高效地发挥分布式电源的价值与效益。针对大量分布式能源接入的特点,提出网格式中压直流配电网拓扑方案,构建了网状结构直流配电网等值网络和节点功率、节点电压和线路网络损耗模型,提出了直流配电网潮流计算的约束条件、控制策略和功率分布算法。以网损和电压不平衡度为衡量指标,计算了不同分布式电源渗透率下的网损、电压分布,评价了网格式直流配电网接纳分布式电源的能力。仿真结果表明,电压分布不均衡度与网络损耗具有较大的相关性,且网格式结构网络接纳分布式能源的能力优于辐射型和环网结构的配网。     

基于成本分析的柔性直流配电网综合规划方案研究

随着直流分布式发电的高渗透率以及敏感直流电子负载的不断增长,柔性直流配电网络的应用越来越广泛,为比较柔性直流系统与传统交流配电系统,提出基于成本分析的柔性直流配电网规划方案。该方案可确定最优的交直流变电站位置和规模、交直流馈线的布线路线以及中低压侧交直流馈线的长度和容量,其目标函数由投资成本和运营成本组成。提出的柔性直流配网规划方案是在没有预先分配配电系统的地区实施的,并与传统交直流规划方案进行了比较。最后算例结果表明,与常用的交流配电系统相比,采用柔性直流配电方案可降低敏感负载下的总成本,并能提高分布式电源的渗透率。     

采用柔性直流技术的智能配电网接入交流电网方式

基于柔性直流技术的智能配电网与交流电网的连接方式是系统设计的基础,也是直流配电中的关键技术之一,为此针对±10kV基于柔性直流技术的智能配电网接入交流电网的方式开展了理论和仿真分析。首先从理论上简要分析了其与10kV交流配电网之间可能的连接方式及各种连接方式下交直流系统故障之间的相互影响。然后在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中建立不同连接方式下的仿真模型并开展典型故障下的仿真计算,从过电压和过电流的角度分析交直流系统故障间的相互影响。最后,从系统运行可靠性和经济性的角度提出基于柔性直流技术的智能配电系统与交流电网之间推荐的连接方式,即直流配电系统通过联接变压器与交流电网连接。     

配电台区交直流混合配电网工程建设研究

随着分布式电源、电动汽车、储能设施在电力系统的广泛应用,部分低压配电台区接入的直流负荷和直流电源比重快速增加,基于配电台区构建交直流混合配电网的建设改造工程在电力建设中逐步推广。从交直流配电网关键技术出发,对直流设备、网架结构等方面进行了分析。全面梳理交直流混合配电网在关键设备和组网方式等方面的技术应用,对DC/AC换流器、DC/DC换流器、直流断路器等设备在交直流混合配电网中的功能定位和发展趋势进行了探讨。分析了交直流混合配电网的典型应用场景,比较了辐射型、两端型、环型结构在运行方式、供电可靠性、经济性上的区别,并基于重庆西部科学城设想场景,提出基于电力电子变压器的建设改造方案,开展交直流混合配电网示范应用,实现高质量可靠供电。     

考虑需求响应的交直流配网调度研究

随着需求响应与交直流配网不断发展,未来的配电网将出现电源侧分布式电源大量接入、电网侧直流配电方式兴起以及用户侧电力市场竞争性放开的发展态势。结合未来交直流配网中可能存在的可控元件和需求响应负荷,提出一种考虑需求响应的调度策略,其中可控元件包括:传统发电机、分布式电源和可控换流器等,充分挖掘交直配网的灵活性与需求响应相结合的潜力。以10节点交直流配网为算例,研究所提调度策略的经济性和消纳分布式电源(distributedgeneration,DG)的能力。     

城市配网改造下中压直流配电网的供电能力分析

我国的城市配电网正面临供电能力不足的压力,中压直流配电方式的出现为城市配电网的改造提供了一个新的思路和方法。基于可靠性和适应性的要求,本文选择双极三线制作为直流配电网的接线方式。首先考虑交直流线路的过电压水平,确定了交直流配电网额定电压的关系。在此基础上,从电压损耗、功率损耗以及供电容量3个方面,对中压交、直流配电网的供电能力进行了理论推导,建立了交、直流配电网供电能力的通用模型。并以常用的中压电缆YJV-300为例,分析发现中压直流配电网的供电能力显著优于中压交流配电网。特别的,本文研究了直流配电网线路发生单极故障时的供电能力,发现其供电能力相对于交流配电网而言也具有一定的优势。     

基于双回路交直流同线输电方式的线路增容研究

针对高压远距离输电最大输送功率主要受制于静态稳定性的特点,通过分析交直流同线输电系统输送功率和功角之间的关系,得出利用直流输电系统的快速可控性来应对负荷的扰动,可提高系统的稳定裕度,间接增加线路的输送容量;并讨论了两侧交流系统有效短路比和稳定性之间的关系。同时分析出在电压电流满足一定的规则条件下,无需改变现有线路结构,在交流输电线路中注入直流实现交直流的同线传输,可大幅度地节省投资和运行成本。Matlab仿真实验验证了这一方案的可行性和有效性。     

柔性直流配电网在深圳电网的应用研究

为解决深圳市配电网所面临的线路扩容、电能质量治理、分布式电源并网发电以及直流负荷用电需求增大等问题,分析了柔性直流配电技术的优势特点和解决深圳配网上述问题的可行性与有效性,并针对深圳宝龙工业城交流配网现状,分布式电源、负荷和储能的实际情况,设计了柔性直流配网示范工程的拓扑网架和运行方式。最后对柔性直流配网技术领域有待进一步解决的问题和未来发展方向进行了简要说明。     

国内首个五端柔性直流配电示范工程进入试运行(之一)

正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在贵州大学新校区试运行。该项目不仅建立了国内首个融合交流配电网、交流微网、直流微网、分布式电源、电动汽车充电站为一体的柔性交直流互联配电中心,也标志着国内外高校中首个智能配电网产学研协同创新平台投入试运行。输配电系统产生时,一直存在交流和直流之争,早期的直流输配电系     

计及阻塞管理的交直流柔性配电网协调优化调度方法

针对包含柔性变电站的交直流柔性配电网,提出一种计及阻塞管理的交直流柔性配电网协调优化调度方法,以市场手段引导交流配电网和直流配电网的友好互动。结合交直流柔性配电网的特点,以直流配电系统运行成本最小为目标,建立基于Distflow和二阶锥松弛的直流网络优化决策模型,同时考虑直流配电系统的储能系统约束及需求响应负荷约束。当交流线路发生阻塞时,交流配电系统运营商产生阻塞电价,调整直流配电系统内储能和需求响应负荷的调度计划,优化内部直流网络的潮流分布,引导直流配电系统改变购售电计划,从而解决交流线路的阻塞问题。算例采用改进的IEEE-33节点系统,考虑线路的双向阻塞,通过对阻塞管理前后结果的分析,验证了所提方法的有效性。     

含分布式电源的多电压等级交直流混合配用电测试系统

交直流混合的配电网络为分布式电源及新型负荷的广泛接入提供条件,是未来配电网形态的重要发展方向。本文考虑分布式光伏、风电、电化学储能、交直流负荷的接入,考虑电力电子变压器、直流变压器、故障电流限制器等电力电子设备的应用,建立交直流混合的配用电测试系统,并依据设备的控制模式,给出系统典型的运行方式。所建立的测试系统具有一定适用性,可为交直流混合的配用电系统的稳态计算和相关研究提供基础。     

基于高频链直流变压器的柔性中压直流配电系统分析

为了克服柔性中压直流配电网工频方案中变压器体积大、重量大、噪音大、控制不够灵活等问题,提出一种基于高频链直流变压器的柔性中压直流配电系统。该系统中直流配电母线不仅包括中压直流母线,还包括低压直流母线;中低压直流母线之间通过直流变压器进行连接;低压直流母线用于接入各类分布式电源。该系统中高频链直流变压器的使用不仅实现了不同电压等级直流母线间的电压变换、能量管理,还可以有效提高系统功率密度。介绍了中压柔性直流配电系统架构,给出了高频链直流变压器以及其它典型换流器的设计和分析,并对直流配电系统的工作模式和控制器进行了设计。最后,搭建了仿真平台,验证了系统的有效性。     

基于网络重构与SNOP协调控制的交直流混合高压配电网阻塞管控模型

传统交流系统的负荷转供依赖倒闸重构操作,机械过程响应速度慢、操作流程复杂,已经无法有效地缓解结构复杂、负荷快速大幅波动的城市高压配网中的局部运行阻塞,交直流混合配电网具有拓扑灵活、潮流可控的优势,可以利用电力电子换流设备加入可控直流环节提升线路的传输能力,实现负载均衡和连续快速转供,提出将城市配网中的部分交流联络开关改造为背靠背电压源型换流器(VSC)控制的智能软开关(SNOP),这种交直流组网方式在融入可控直流环节的同时最大限度的保留了原有交流配电系统的存量资产,在此基础上建立SNOP端口功率控制与高压配电网供电路径转换的联合运行优化模型,算例验证数据表明此方案充分利用了SNOP对线路潮流的灵活控制,根据负荷变化动态建立传输路径,有效缓解了局部运行阻塞,同时控制成本更低,还能减少备供线路的投资。