柔性厦门琦琦

Vol.
45No.
8Apr.
25,2021第45卷第8期2021年4月25日柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望胡鹏飞1,朱乃璇1,江道灼1,鞠平1,梁一桥2,吴彬锋3(1.
浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市310027;2.
浙大城市学院信息与电气工程学院,浙江省杭州市310015;3.
国网浙江省电力有限公司丽水供电公司,浙江省丽水市323000)摘要: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.
关键词:柔性配电网;分布式新能源;智能软开关;能量路由器;智能功率/信息交换基站0引言配电网作为电力资源从生产者到消费者的关键环节和最终环节,长期以来的发展一直是以满足消费者电力负荷需求为导向,注重于实现供电区域的完整覆盖.
为响应中国2030年前实现"碳达峰"、2060年前实现"碳中和"的宏伟目标,十四五规划和二〇三五年远景目标在能源电力方面明确提出实现绿色生产生活方式和降低碳排放等要求[1],将加快以电力为主的能源消费替代进程,促进可再生能源发电的发展建设和电动汽车的快速普及,对电力系统尤其是配电系统提出了更高的要求;随着能源电力行业的竞争性和市场化改革深入推进,传统配电网在物理结构上的"被动性"问题愈发突出,限制了其平台化的发展与建设.
现有配电网面临的挑战主要包括:分布式可再生能源渗透率的提高使得配电网的潮流双向流动,部分线路容量过载,节点电压越限;而分布式储能的接入和消费端电动汽车的普及,使得负荷特性多样化,源-荷之间的界限模糊,传统配电网的拓扑结构与运行模式难以满足各种灵活负荷的需求;同时,配电网末端的电能消费者对于供电可靠性和电能质量的要求日渐提升,希望从配电网运营者处获取更多能量灵活流动、电力议价谈判等自主性[2-3].
因此,新一代智能配电网拓扑结构与运行控制技术亟待发展.
近年来,电力电子及其相关控制技术、信息技术的发展为解决该问题提供了思路,以智能软开关(softopenpoint,SOP)[4]、能量路由器[5]、智能功率/信息交换基站(smartpower/informationexchangestation,SPIES)[6]为代表的基于电力电子设备的柔性互联装置,提高了配电系统的控制灵活性和运行可靠性,同时也为构建柔性智能配电网提供了基础条件与核心设备.
文献[7]将各类D-FACTS(distributedflexibleACtransmissionsystem)装置和SOP归类于柔性互联设备,对它们进行多层级分类和对比并讨论了不同场景下柔性互联设备的选型和应用,但其主要针对潮流调节能力,未涉及优化配置与故障自愈问题,亦未考虑具有能量路由交互能力的其他柔性互联拓扑;文献[8]分析了以SOP互联为代表的智能配电网的灵活性特征,并基于灵活性量化提出了智能配电网在规划、运行、控制等方面的研究重点;作为运行基础,文献[9]结合相关示范工程,从控制技术与拓扑设计方面详细讨论了柔性互联装置的研究现状与亟待解决的关键问题;文献[10]针对背靠背直流互联的柔性配电网,详细介绍了其控制模型方法和运行特征,并结合工程实践,提出了分层、协同的故障恢复策略.
现有文献从不同层面对柔性智能配电网的关键技术展开了详细介绍,尽管各种文献对柔性互联装置的名称提法略有差异,但针对的应用场景和关键技术基本一致.
因此,本文在现有文献的基础上,详细总结目前柔性互联智能配电网的关键技术进展与共性问题,并提出对未来柔性互联智能配电网发展方向的思考.
DOI:10.
7500/AEPS20210104007收稿日期:2021-01-04;修回日期:2021-02-19.
上网日期:2021-03-05.
国家自然科学基金资助项目(52007167);浙江省自然科学基金资助项目(LQ21E070004).
2胡鹏飞,等柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望http://www.
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com1柔性互联智能配电网概念与结构特点传统交流配电网通常是闭环设计、开环运行的单辐射状网络,面临着大量电力电子装置接入的挑战;新兴的直流配电网则在配电线路损耗、消费端分布式新能源与储能接入等方面展现出优势[11],在现阶段以及未来较长时间内,配电网将呈现出交直流混联共存[12]、微电网(群)蓬勃发展等趋势[13-14].
柔性互联智能配电网这一概念,则是将配电网中各条馈线、各个交/直流配电子网或微电网(群)等通过柔性互联设备(flexibleinterconnecteddevice,FID)连接,使得各配电子网或微电网充分发挥其自身特性,实现分布式新能源、储能设备、电动汽车等的友好接入,并在各配电子网或微电网间实现智能调度,达到潮流控制、有功无功功率优化、能量互济、协同保护等功能.
一个典型的柔性互联智能配电网如图1所示.
图中:FID1连接了同一变电站引出的两条馈线,可调节馈线间的功率分配;FID2连接了交流配电网和直流配电网;FID3连接了不同变电站引出的馈线,可避免两站间直接互联导致的电磁环网和合闸冲击;FID4作为微电网接入配电网的接口,起到了能量路由的作用.
表1所示为传统配电网、有源配电网与柔性互联智能配电网的多维度比较,显示出三者在结构和控制复杂度、潮流及改造建设成本方面依次有所增加.
然而,在有源配电网相对传统配电网有较高运行灵活性与供电可靠性的比较优势上,柔性互联智能配电网通过区域互联与能量交互,进一步提高了灵活性与可靠性,从而抵偿了部分成本;同时其便于分布式新能源、储能设备、电动汽车等的友好接入,能够提升能源就地利用,降低发电成本;此外,柔性互联智能配电网在拓展性方面的优势也使其建设具有规模效应,边际成本也逐步降低.
2FID拓扑及工作原理随着柔性智能配电网的研究,目前已提出多种具有不同拓扑结构与功能的FID.
以下简单介绍3种较有特色的FID.
2.
1SOPSOP最初被提出旨在通过替代配电网中的传统联络开关,利用电力电子装置的功率调节特性,解决分布式发电接入后带来的电压波动问题[4],而随着其运行控制技术的逐渐成熟,SOP在配电网柔性互联方面的应用得到了充分的论述与研究[15-16].
结构上,SOP通常由2组全控型电力电子器件组成的电压源型换流器(voltagesourceconverter,VSC)背靠背连接而成,形成AC/DC/AC的交流馈线联络开关[17],在后续研究中,相关研究者提出了更多种类的SOP结构和实现方式以适应不同的场景需求[18-19].
SOP替代传统的联络开关后,使得配电系统可以合环运行[20],通过对两侧换流器施加适当的控制策略,对系统功率进行灵活调度,从而实现平衡不同馈线间负载情况[21]、改善节点电压波动[22]、电力缺口快速供给[23]等运行功能,并使得配电系统发生故障时可以快速反应,从而实现故障区域负荷快速转供[24].
2.
2能量路由器为实现分布式新能源和分布式储能装置的即插即用,美国学者提出能量互联网的概念,其中的关键设备是由多换流器组成的固态变压器(又称能量路图1典型柔性互联智能配电网结构Fig.
1Structureoftypicalflexibleinterconnectedsmartdistributionnetwork表1柔性互联智能配电网、有源配电网与传统配电网的比较Table1Comparisonamongflexibleinterconnectedsmartdistributionnetwork,activedistributionnetworkandtraditionaldistributionnetwork配电网柔性互联智能配电网有源配电网传统配电网拓扑结构复杂拓扑复杂拓扑辐射状建设成本高中低潮流情况复杂复杂简单控制难度高中高低供电可靠性高中高中高运行灵活性高中高中拓扑扩展性高中低继电保护难度高中低新能源友好度高高低32021,45(8)·柔性互联配电网关键技术·由器)[5].
通过接口换流器的不同控制策略,相应的能量路由器实现了功率的多向流动和主动控制;作为局域配电子网与主干电网的交互接口,能量路由器结合信息技术,具备了信息通信功能和一定的决策能力,既能监测管理局域子网的能量状态,又能与上层调度中心进行运行协调[25].
不同电压等级的能量路由器结构各异,以满足不同的运行功能与需求[26-27].
以具备故障隔离能力的多端口主干能量路由器为例,其结构如图2所示[28-29],它由整流、双有源桥和逆变器(或DC/DC变换器)组成,为交流子网和直流子网提供能量接口.
其中能量路由器内部的直流母线侧可接入储能模块,如超级电容或储能电池,以增加能量路由器的能量控制灵活性[30].
2.
3SPIES随着分布式发电和分布式储能装置的利用率逐渐提升,配电网用户端从传统的电能消费者转变为具有一定电力生产储存能力的自治群体.
文献[6]提出,将具有自治能力的局域配电网/微电网通过SPIES环环相连,形成类似蜂巢形状的有源配电网.
作为蜂巢状有源配电网柔性互联方案的核心设备,SPIES的结构和原理分别如图3和图4所示,其中各子网通过各自的公共耦合点(pointofcommoncoupling,PCC)接入SPIES[31-32].
区别于能量路由器,SPIES在正常工况时不会进行大量的功率路由,而是与所连微电网进行少量功率调度以平衡微电网内能量;SPIES具有的分布式智能使得相邻基站通过信息交互来实现整个配电网的管理[33-34].
由于多基站提供了功率备用,该蜂巢状柔性互联方案显著提高了系统的运行可靠性[35-36].
3柔性互联智能配电网关键技术3.
1规划设计3.
1.
1电压等级设计传统交流配电网的电压等级序列分为高压配电电压(110kV、63kV),中压配电电压(35kV、10kV)和低压配电电压(380V、220V)[37].
目前国内外研究对于直流配电网、微电网的电压等级序列仍未给出统一标准.
基于"舍二求三"原则[38],即相邻电压等级间的倍数需大于2、接近3且尽可能稍大于3,文献[39]给出了直流配电电压序列为高压配电电压(±100kV、±50kV),中压配电电压(±20kV、±10kV、1.
5kV)和低压配电电压(750V、380V、110V、48V);基于"几何均值"规律[38],文献[40]提出了高压配电电压(±320kV、±100kV、±55kV),中压配电电压(±24kV、±10kV、±6kV、±1.
5kV)和低压配电电压(±0.
75kV、±0.
4kV)的直流配电网电压等级序列;微电网的电压等级除遵循前述两种配电网电压等级规律外,还需充分考虑微电网内部的设备类型图3SPIES结构示意图Fig.
3SchematicdiagramofSPIESstructure图2多端口主干能量路由器拓扑Fig.
2Topologyofmulti-terminalbackboneenergyrouter图4SPIES原理简图Fig.
4SimplifieddiagramofSPIESprinciple4胡鹏飞,等柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望http://www.
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com和分布式电源接入等因素[41],文献[42]提出交直流混合微电网的电压等级划分为1~100kV(交、直流),220~550V(交、直流),24~28V(直流).
3.
1.
2FID优化配置FID的投资建设成本与其设备容量通常成正相关,而FID对配电网的运行调节效果除与FID自身容量有关之外,还与FID在配电网中的接入位置有关.
因此,需要对FID在柔性互联智能配电网中的优化配置开展充分研究,以降低系统的建设成本和提高运行调节效果,从而为柔性互联智能配电网的工程化应用提供基础.
FID优化配置问题的复杂性首先体现在其配置方案对于配电系统运行状态的约束性上,两者彼此耦合,而常用的解决方案是将优化配置问题与系统运行问题交替求解,即转化为两阶段优化问题.
文献[43]首先通过经验分析给出几组合理的SOP布点方案,再使用预想故障集比较不同布点方案的平均失电负荷减少率,进而在选定的布点方案下采用多目标模糊优化确定SOP的最优容量;文献[44]建立了SOP选址定容的双层规划模型,外层采用模拟退火算法确定SOP的安装位置和容量,内层使用锥规划算法求解配电网的最优运行策略,交替迭代求解;文献[45]建立了能量路由器和配电网的代理模型,基于年规划费用优化能量路由器的设备配置及容量,并采用多代理机制协调能量路由器和配电网的配置.
配电网自身的运行特征以及FID的物理特征提高了FID优化配置问题的数学复杂性:优化变量不仅包含FID的安装位置、储能充放电状态、配电网变压器分接头和联络开关状态等整数离散变量,而且包含FID传输功率、配电网系统运行功率等连续变量;问题约束条件不仅包含各元件功率上下限、配电网节点电压上下限等线性约束,而且包含FID容量约束、配电网运行潮流等非线性约束.
因此,综合以上特征,FID优化配置表现为混合整数非线性优化问题,当前相应求解算法多采用启发式算法,但仍有待未来深入研究以进一步提高算法的求解性能.
此外,由于FID为柔性互联方案提供了配电网增量发展的接口,故FID的优化配置问题还需考虑配电网的拓展属性,即其安装位置、接口容量设计和内建储能电量需适应未来一定时间段内增量配电网的负荷和分布式电源的增长情况.
3.
1.
3分布式储能优化配置借由其潮流调节能力和配电子网互联功能,FID为配电网提供了能量的空间调配能力;配电网中的分布式储能设备通过在接入处适时充放电,实现了能量的时间调度.
上述两者在能量调配方面具有相似互补性质,它们在柔性互联智能配电网中的协同优化配置值得加以关注.
柔性互联智能配电网中分布式储能的优化配置问题首先应对储能系统有较为准确的描述.
针对电池储能与功率转换系统构成的四象限运行储能系统,文献[46]建立了其有功、无功功率耦合的储能运行模型,并对其容量约束进行分段线性化,通过混合整数二阶锥规划算法求解了该储能系统的选址定容优化配置问题;文献[47]提出了将储能系统的运行生命周期损耗(lossoflife,LOL)成本纳入系统调度成本的研究策略,通过分别讨论锂电池和铅酸电池等储能形式,在不同运行场景下分析了调度成本关于储能LOL成本的敏感性,说明了考虑储能LOL成本的重要性;文献[48]则将储能参与电力市场的直接收益和间接收益作为分布式储能规划问题的考虑标准,建立外层储能侧综合收益及其他收益最大化、内层各主体协调运行成本最小化的双层决策问题,以改进粒子群算法求解,验证了市场机制下的储能系统优化配置方法.
柔性互联智能配电网中源-荷的多样性提升了分布式储能系统的规划复杂性.
在自治型微电网中,文献[49]将风光发电、热电联产(combinedheatandpower,CHP)和电动汽车各自的特性与储能规划问题相结合,同时将超级电容、锂电池和铅酸电池构成的混合储能系统的选型配比纳入储能定容问题,通过粒子群算法获得了混合型分布式储能的配置结果;针对通过FID连接的微电网群,文献[50]考虑微电网内分布式电源、分布式储能系统以及FID的彼此协同,将FID的连接类型选取、储能的容量优化配置综合考虑,以Benders分解法求解6个微电网构成的复杂系统,表明FID的合理配置不仅影响到储能的容量选取,而且在一起程度上起到了降低系统成本的作用.
3.
2运行控制3.
2.
1潮流计算现阶段研究中,潮流计算公式、模型等通常针对输电网领域,而配电网因其线路电阻与电抗比值相对较大、结构参数不对称和网络规模复杂等特性,无法直接采用传统的潮流计算公式.
柔性互联智能配电网的潮流计算问题是实现其运行优化、稳定控制和故障保护等关键技术的基础,因此潮流计算方法52021,45(8)·柔性互联配电网关键技术·在保证准确性的同时,还要具备一定的快速性以提高优化算法的性能;在柔性互联智能配电网中,潮流计算问题除要考虑源自FID的结构特征和交直流混合配电子网的网络参数复杂性之外,还需考虑FID的运行控制特点,因此潮流算法还需具备一定的鲁棒性,以便在不同种类的配电网结构中均能有效收敛.
针对大多数辐射状结构的配电网,文献[51-52]提出了适用于最优潮流的支路潮流计算模型,将该模型松弛为可采用二阶锥规划求解的模型,并推导验证了其在辐射状网络和部分网格状网络中的精确收敛条件.
考虑到FID实现了配电网的子网划分,文献[53]对交直流混合配电网在FID接入处将配电子网解耦,交流子网内使用三相前推回代法,直流子网根据控制策略等效,彼此交替迭代求解配电网潮流;针对下垂控制的多端口柔性互联配电网,文献[54]提出一种改进Zbus高斯算法,基于给定的下垂P-U曲线分步迭代更新换流器的运行功率与直流电压信息,直至获得系统潮流结果;文献[55]推导了能量路由器的稳态模型与损耗模型,在能量路由器的不同控制策略下结合交直流微电网潮流建模,交替求解系统潮流;文献[56]将多供区配电网在SOP连接处分块,等效SOP的不同运行模式进行潮流分析,所提算法在计算时间上具有明显优势.
3.
2.
2协调优化运行柔性互联智能配电网的功率流动除满足负荷用电需求之外,还对配电系统的网络损耗、电压质量、功率分布等具有直接影响,而FID的接入提高了系统功率的可控性,同时为交直流混合配电网、微电网等柔性网络提供了与配电网交互的媒介.
文献[57]利用SOP的灵活运行调节功能,提出了主动配电网电压与无功功率的时序协调运行模型,降低了运行成本与电压波动;针对接入多端柔性多状态开关的柔性配电网,文献[58]建立了多时间尺度的有功无功功率协调调度模型,综合考虑时间断面设备动作约束等实际条件,并对基于示范工程的三馈线运行测试系统进行仿真,验证了FID在电能质量改善、优化系统运行和潮流分配等方面的作用;为适应大规模微电网群并网的优化调度问题,文献[59]基于SPIES,采用一致性约束的分布式优化方法,实现微电网群与配电网交互的功率优化运行,提高了微电网群系统的经济性与可靠性;文献[60]为解决分布式能源大规模接入带来的网络阻塞问题,利用SOP的调控灵活性,建立了SOP、分布式能源和电动汽车充电站等多资源协调优化模型,降低了配电系统的阻塞管理成本;文献[61]综合建立基于能量路由器的柔性互联智能配电网分层分区的优化策略,下层对接入配电网的微电网进行经济优化调度,上层以能量路由器为核心设备建立电力资源的交易和功率传输平台,实现电能传输路径的优化.
3.
2.
3底层控制策略前文所述的研究基础可为柔性互联智能配电网的运行提供优化控制策略,而这些优化策略的实现仍旧依赖于对FID等设备的底层控制策略.
良好的底层控制一方面可以较为准确地执行优化调度的指令信息,另一方面亦可降低上层调度系统的处理负担.
文献[62]提出一种基于分布式平均算法的多端柔性直流系统分层分布式控制策略,引入连续时间分布式平均算法,并以权重参数平衡电压控制和功率控制在下垂控制中的冲突控制问题,该策略亦适用于通信不对称、非同步和有时延的情况,最后以PSCAD/EMTDC仿真验证其有效性;考虑到柔性互联配电系统中储能所扮演的角色日益突出,文献[63]研究了考虑储能电池健康度的微电网群模型预测控制方法,采用变时域模型预测控制寻优降低策略的计算量,并在硬件在环实验平台上验证了该策略在最大化新能源利用、实时性和延长储能寿命等方面的有效性;文献[64]则关注微电网中电力电子变压器与储能的协调控制问题,其中储能接口变流器采用恒压恒频控制,电力电子变压器以储能荷电状态(stateofcharge,SOC)为参考进行虚拟同步发电机控制,通过储能响应微电网功率波动,电力电子变压器维持储能容量稳定并使得电网与微电网的功率可柔性交换,两者在协同控制的同时实现了互为备用,最后在RT-LAB硬件平台上验证了该协同控制方法.
3.
3故障自愈配电网故障自愈问题的主要过程是在配电网发生某种故障之后,首先对该故障点进行定位并将故障区域隔离,接着通过一定的操作恢复受影响负荷的供电,亦有学者将此归为配电系统弹性问题[65].
其中,故障定位与故障隔离是故障自愈问题的基础,要求配电系统能够快速、准确地监测系统运行状态,分析暂态信息[66].
柔性互联智能配电网中大量电力电子设备和分布式电源的接入,提高了配电系统潮流分析和暂态过程的复杂性,为确定合理、准确的故障自愈策略,配电系统需要处理大量的潮流运行6胡鹏飞,等柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望http://www.
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com和暂态信息,对信息处理的算力和速度有较高要求;但另一方面,FID的直流隔离、状态检测、快速响应功能和多运行模式切换在故障自愈过程中可发挥积极作用[67],同时FID与信息技术的融合提供了实现分布式智能的可能,通过设计合适的分布式自愈算法可缓解配电系统的控制压力.
配电网的故障自愈控制通常具有如下原则:理想的控制状态是发生故障后能够通过设备动作实现负荷转供,以恢复负荷供电;而控制的底线则是在必要时切除非重要负荷供电,以保障重要负荷[68].
相较于传统配电网,柔性互联智能配电网中的FID通过其直流隔离作用限制了故障的传播范围,同时FID中电力电子器件的响应较传统配电网中的开关倒闸操作迅速,且FID可进行多端口能量路由,为负荷转供提供了更多的能量通路,提升了配电系统的可靠性.
为解决智能电网的高供电质量和高可靠性问题,文献[69]设计了应对自动配电网故障的多代理分布式智能自愈控制系统,通过在电力电子设备中内嵌基于标准通信协议的多代理自修复程序,实现了在故障发生后利用分布式智能对故障迅速定位隔离,对无故障支路有序恢复供电的策略,并以模拟实验验证了该方法的有效性;柔性互联智能配电网中安装有大量分布式电源,为使配电网故障自愈方案与分布式电源相配合,文献[70]提出安装具有数据处理能力和控制开关动作的智能终端单元,该方案可适应网络拓扑的变化,实现配电网故障自愈与分布式电源防孤岛与低电压穿越的协调,并通过实时数字仿真(RTDS)平台验证其可行性.
FID的接入为配电网的故障自愈提供了一定的灵活性,SOP在配电网故障后可提供电压支撑.
文献[71]研究了SOP单侧交流系统故障后的重构问题,通过二进制粒子群算法建立了考虑配电网故障重构的最优开关组合,以实现重要负荷恢复供电、网损和开关操作数的综合最优;文献[72]建立了基于SOP的故障后供电恢复方法并使用原对偶内点算法求解,所得到的优化故障恢复策略印证了SOP有助于故障后供电快速恢复和提高配电系统韧性;而面对严重系统故障时,基于FID的柔性互联智能配电网同样具有优势,文献[73]考虑了在配电系统发生严重故障情况下的孤岛划分问题,充分考虑分布式电源与储能的运行特性,利用SOP的运行灵活性将配电网划分为供电孤岛以实现严重故障后最大化负荷供电恢复.
4研究趋势与未来展望基于柔性互联装置构建的柔性互联智能配电网是配电网实现智能化演进的重要手段,前述的关键技术为建成柔性互联智能配电网提供了必要的理论支撑与技术工具.
目前,国内已经初步建成柔性直流输电的应用工程,例如浙江舟山±200kV、福建厦门±320kV和南方电网鲁西±350kV、乌东德±800kV等柔性直流输电工程,为拓展至配电领域提供了工程样板;而柔性配电系统的建设仍处于起步阶段,目前在建或已投运的柔性配电工程包括,基于VSC的南方电网贵州五端直流配电示范工程、南方电网广东多端交直流混合柔性配电网互联工程、杭州江东新城智能柔性直流配电网和基于柔性变电站的国家电网张北交直流配电网工程,为柔性互联智能配电网未来的深度应用打下了基础.
但在今后进一步的研究和实践中,仍有以下多方面的问题亟待深入攻关,且有相关研究趋势值得学者关注.
1)作为柔性互联智能配电网的核心设备,新型低成本FID拓扑与装备研发是柔性互联智能配电网落地应用的关键.
FID具体拓扑选定情况通常因应用场景而异,但不同拓扑结构的功能性多寡与其经济性上的优劣(占地面积、物料成本、运行损耗)存在矛盾.
因此,未来新型FID的研究需进一步降低设备成本,这主要包括两方面:一是经济性改进,即通过结构优化等研究,在实现功能性设计的基础上尽可能降低成本;二是技术性改进,即在基本不增加成本的情况下,通过结构修改和控制优化提高设备的控制自由度.
2)分布式储能是柔性互联智能配电网的重要组成部分,通过灵活的充放电策略,它能解决系统能量的生产和消费在时间尺度上的不平衡问题;类似地,作为柔性互联智能配电网核心设备的FID,通过功率控制和潮流调节功能,它平衡了系统能量在空间分布上的不匹配问题.
相较于以往的主动配电网或微电网中分布式储能配置问题,FID具有的自储能特性增加了系统储能配置规划的复杂性,因此需要研究FID与分布式储能的协同优化配置与运行控制问题.
一方面,根据子网源-荷特征针对性配置,安装于配电子网中的分布式储能系统可以快速响应子网内的功率需求,但分布式储能增加了子网的建设投资成本,各子网各自配置储能也产生了一定程度的冗余;另一方面,FID内建的储能系统使得FID对各子网间的潮72021,45(8)·柔性互联配电网关键技术·流调节更具灵活度,并可通过各子网间的协调在FID中配置容量合适的储能从而降低冗余,但内建储能提高了FID的建设成本尤其是增大了占地面积,对于主导FID建设的配电网运营商是一大挑战.
3)柔性互联智能配电网在拓扑结构、运行方式上与传统交流配电网存在较大差异,且接入了大量分布式电源和电力电子装置.
因此,柔性互联智能配电网的故障暂态的复杂性相较于传统交流配电网大大增加,进而带来了系统继电保护方面的挑战.
为实现柔性互联智能配电网的工程化应用,笔者认为应按照以下路径进行研究:首先,应根据不同的FID类型和分布式电源类型,针对不同的故障种类建立对应的故障暂态分析模型;接着,进行仿真与样机实验,验证暂态模型并提取特征电气量作为继电保护的故障识别量;然后,搭建柔性互联智能配电网的动态模拟实验平台,进一步验证故障暂态模型与故障识别量的准确性,并结合实验调整修正原模型;最后,基于柔性互联智能配电网的故障暂态特性模型,研发适用的继电保护装置.
4)柔性互联智能配电网包含多元不确定性源-储-荷设备,实现FID与智能配电网中的主动设备互动协调控制,尤其是考虑新能源、电动汽车不确定性的优化控制,是未来柔性互联智能配电网安全经济运行的关键技术.
工程化应用应充分考虑不确定性因素,因此需要在现阶段理论研究基础上,结合前沿数学理论,研究较为准确的不确定性评估算法,从而在工程化应用中进行优化控制,以规避风险或将风险控制在可接受的范围内.
5)近年来,以综合能源系统为代表的多能互补应用场景引起了学界及工业界的高度关注,其核心的能量互补互联概念与柔性互联智能配电网具有一定程度的重合[74].
未来研究可针对柔性互联智能配电网和综合能源系统的协同规划,将柔性互联智能配电网的特点和综合能源系统的优势有机结合,提高配电网乃至能源网络的经济性和可靠性.
6)由于FID具有的能量交换功能,使其对于配电子网而言同时具有电能的生产者和消费者的属性,可将FID作为配电子网彼此间以及子网与上层电网间的电力交易中心,推动电力市场的发展.
因此,可在基于FID的柔性互联智能配电网中,引入报价机制,依托FID建设分布式电力交易平台,实现电力市场的应用.
5结语鉴于以分布式可再生能源、分布式储能和电动汽车为代表的多元源-储-荷设备在配电网中大量接入的现实,考虑到用户侧日益提高的自主性和参与度的要求,如何建设和发展高可靠性、高灵活度、高友好度的配电网成为亟待解决的问题.
十四五规划和二〇三五年远景目标在能源电力方面的阐述也指明了发展配电网的必要性和迫切性.
而电力电子技术及其相关控制技术、信息技术的发展为解决该问题提供了思路.
首先,本文阐述了柔性互联智能配电网的概念及其功能,并重点介绍了柔性互联智能配电网的若干核心设备,即以SOP、能量路由器和SPIES为代表的柔性互联设备的拓扑结构和工作原理;接着,梳理分析了当下柔性互联智能配电网研究的关键问题和方案现状,并讨论了相关的技术路线;最后,提出并展望了未来需要重点研究攻关的技术领域和工程应用前景.
随着关键问题的深入研究,柔性互联智能配电网的发展前景将更加明晰,其建设成本问题也会因柔性互联智能配电网带来的经济效益得以弥补,进而使其具有越来越强的现实意义和应用价值.
参考文献[1]中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议[EB/OL].
[2020-11-03].
http://www.
gov.
cn/zhengce/2020-11/03/content_5556991.
htm.
ProposalsoftheCentralCommitteeoftheCommunistPartyofChinaonformulatingthefourteenthFive-YearPlanfornationaleconomicandsocialdevelopmentandthelong-termgoalsfor2035[EB/OL].
[2020-11-03].
http://www.
gov.
cn/zhengce/2020-11/03/content_5556991.
htm.
[2]余贻鑫.
面向21世纪的智能电网[J].
天津大学学报(自然科学与工程技术版),2020,53(6):551-556.
YUYixin.
Smartgridfacingthe21stcentury[J].
JournalofTianjinUniversity(ScienceandTechnology),2020,53(6):551-556.
[3]李钦豪,张勇军,陈佳琦,等.
泛在电力物联网发展形态与挑战[J].
电力系统自动化,2020,44(1):13-22.
LIQinhao,ZHANGYongjun,CHENJiaqi,etal.
DevelopmentpatternsandchallengesofubiquitouspowerInternetofThings[J].
AutomationofElectricPowerSystems,2020,44(1):13-22.
[4]BLOEMINKJM,GREENTC.
Increasingdistributedgenerationpenetrationusingsoftnormally-openpoints[C]//IEEEPESGeneralMeeting,July25-29,2010,Minneapolis,USA:1-8.
[5]HUANGAQ,CROWML,HEYDTGT,etal.
Thefuturerenewableelectricenergydeliveryandmanagement(FREEDM)system:theenergyinternet[J].
ProceedingsoftheIEEE,2010,99(1):133-148.
[6]江道灼,徐宁,江崇熙,等.
蜂巢状有源配电网构想、关键技术与展望[J].
电力系统自动化,2019,43(17):1-11.
JIANGDaozhuo,XUNing,JIANGChongxi,etal.
8胡鹏飞,等柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望http://www.
aeps-info.
comConception,keytechnologyandprospectofhoneycomb-shapeactivedistributionnetwork[J].
AutomationofElectricPowerSystems,2019,43(17):1-11.
[7]周剑桥,张建文,施刚,等.
应用于配电网柔性互联的变换器拓扑[J].
中国电机工程学报,2019,39(1):277-288.
ZHOUJianqiao,ZHANGJianwen,SHIGang,etal.
Explorationonpowerconvertertopologiesappliedinflexibleinterconnectionofdistributionsystem[J].
ProceedingsoftheCSEE,2019,39(1):277-288.
[8]王成山,李鹏,于浩.
智能配电网的新形态及其灵活性特征分析与应用[J].
电力系统自动化,2018,42(10):13-21.
WANGChengshan,LIPeng,YUHao.
Developmentandcharacteristicanalysisofflexibilityinsmartdistributionnetwork[J].
AutomationofElectricPowerSystems,2018,42(10):13-21.
[9]祁琪,姜齐荣,许彦平.
智能配电网柔性互联研究现状及发展趋势[J].
电网技术,2020,44(12):4664-4676.
QIQi,JIANGQirong,XUYanping.
Researchstatusanddevelopmentprospectofflexibleinterconnectionforsmartdistributionnetworks[J].
PowerSystemTechnology,2020,44(12):4664-4676.
[10]HUANGS,WUS,ZHANGJ,etal.
Researchonandapplicationoffaultdisposalinflexibleinterconnectiondistributionnetwork[C]//2020IEEEInternationalConferenceonAdvancesinElectricalEngineeringandComputerApplications(AEECA),August25-27,2020,Dalian,China:639-642.
[11]郑欢.
柔性直流配电网的若干问题研究[D].
杭州:浙江大学,2014.
ZHENGHuan.
ResearchonsomeproblemsofflexibleDCdistributionnetwork[D].
Hangzhou:ZhejiangUniversity,2014.
[12]魏怡.
交直流混合配电网柔性互联技术研究[D].
保定:华北电力大学,2019.
WEIYi.
ResearchonflexibleinterconnectiontechnologyofAC/DChybriddistributionnetwork[D].
Baoding:NorthChinaElectricPowerUniversity,2019.
[13]茆美琴,丁勇,王杨洋,等.
微网——未来能源互联网系统中的"有机细胞"[J].
电力系统自动化,2017,41(19):1-11.
MAOMeiqin,DINGYong,WANGYangyang,etal.
Microgrid—an"organiccell"forfutureenergyinterconnectionsystem[J].
AutomationofElectricPowerSystems,2017,41(19):1-11.
[14]刘迎澍,陈曦,李斌,等.
多微网系统关键技术综述[J].
电网技术,2020,44(10):3804-3820.
LIUYingshu,CHENXi,LIBin,etal.
Stateofartofthekeytechnologiesofmultiplemicrogridssystem[J].
PowerSystemTechnology,2020,44(10):3804-3820.
[15]王成山,宋关羽,李鹏,等.
基于智能软开关的智能配电网柔性互联技术及展望[J].
电力系统自动化,2016,40(22):168-175.
WANGChengshan,SONGGuanyu,LIPeng,etal.
Researchandprospectforsoftopenpointbasedflexibleinterconnectiontechnologyforsmartdistributionnetwork[J].
AutomationofElectricPowerSystems,2016,40(22):168-175.
[16]CAOW,WUJ,JENKINSN,etal.
Benefitsanalysisofsoftopenpointsforelectricaldistributionnetworkoperation[J].
AppliedEnergy,2016,165:36-47.
[17]QINH,WUR,ABD-EL-MOTALEBAM,etal.
Utilizationofback-to-backVSCinadistributionnetworkwithDG[C]//2016IEEEInternationalConferenceontheScienceofElectricalEngineering(ICSEE),November16-18,2016,Eilat,Israel:1-5.
[18]姚宗强,赵长伟,马世乾,等.
含多端SOP的智能配电网运行优化及示范应用[J].
电力系统及其自动化学报,2018,30(12):66-72.
YAOZongqiang,ZHAOChangwei,MAShiqian,etal.
Operationandoptimizationofsmartdistributionnetworkwithmulti-terminalsoftopenpointandpilotapplication[J].
ProceedingsoftheCSU-EPSA,2018,30(12):66-72.
[19]ATTANASIOF,WASTERLAINS,PIDANCIERT,etal.
Lowvoltagesoftopenpointwithenergystorage:systemsimulationandprototypepreliminarytestresults[C]//2018InternationalSymposiumonPowerElectronics,ElectricalDrives,AutomationandMotion(SPEEDAM),June20-22,2018,Amalfi,Italy:254-261.
[20]葛乐,陆文涛,袁晓冬,等.
背靠背柔性直流互联的有源配电网合环优化运行[J].
电力系统自动化,2017,41(6):135-141.
GELe,LUWentao,YUANXiaodong,etal.
Back-to-backVSC-HVDCbasedloop-closedoptimaloperationforactivedistributionnetwork[J].
AutomationofElectricPowerSystems,2017,41(6):135-141.
[21]JIH,WANGC,LIP,etal.
AnenhancedSOCP-basedmethodforfeederloadbalancingusingthemulti-terminalsoftopenpointinactivedistributionnetworks[J].
AppliedEnergy,2017,208:986-995.
[22]孙峰洲,马骏超,于淼,等.
含多端柔性多状态开关的主动配电网日前-日内协调能量管理方法[J].
中国电机工程学报,2020,40(3):778-790.
SUNFengzhou,MAJunchao,YUMiao,etal.
Aday-aheadandintradaycoordinatedenergymanagementmethodforactivedistributionnetworksbasedonmulti-terminalflexibledistributionswitch[J].
ProceedingsoftheCSEE,2020,40(3):778-790.
[23]陈亮,黄强,贾萌萌,等.
基于柔性直流互联的交直流混合配电网建模与仿真分析[J].
电网技术,2018,42(5):1410-1417.
CHENLiang,HUANGQiang,JIAMengmeng,etal.
ModelingandsimulationanalysisofhybridAC/DCdistributionnetworkbasedonflexibleDCinterconnection[J].
PowerSystemTechnology,2018,42(5):1410-1417.
[24]解智刚,韩蓓,李国杰.
含SOP的配电网多阶段供电恢复优化策略[J/OL].
电测与仪表[2020-12-24].
http://kns.
cnki.
net/kcms/detail/23.
1202.
TH.
20200617.
1200.
004.
html.
XIEZhigang,HANBei,LIGuojie.
Multi-stagepowersupplyrestorationoptimizationstrategyfordistributionnetworkwithSOP[J/OL].
ElectricalMeasurement&Instrumentation[2020-12-24].
http://kns.
cnki.
net/kcms/detail/23.
1202.
TH.
20200617.
1200.
004.
html.
[25]盛万兴,段青,孟晓丽,等.
电力电子化进程下的交直流无缝混合灵活配电系统研究[J].
中国电机工程学报,2017,37(7):1877-1889.
SHENGWanxing,DUANQing,MENGXiaoli,etal.
92021,45(8)·柔性互联配电网关键技术·ResearchontheAC&DCseamless-hybridfluentpowerdistributionsystemfollowingthepowerelectronicsevolution[J].
ProceedingsoftheCSEE,2017,37(7):1877-1889.
[26]XUY,ZHANGJ,WANGW,etal.
Energyrouter:architecturesandfunctionalitiestowardEnergyInternet[C]//2011IEEEInternationalConferenceonSmartGridCommunications,October17-20,2011,Brussels,Belgium:31-36.
[27]张福兴,桂勇华,张涛,等.
基于分层递阶的能源互联网系统能量管理架构研究[J].
电网技术,2019,43(9):3161-3174.
ZHANGFuxing,GUIYonghua,ZHANGTao,etal.
Researchonhierarchicalenergymanagementarchitectureofenergyinternetsystem[J].
PowerSystemTechnology,2019,43(9):3161-3174.
[28]王雨婷.
面向能源互联网的多端口双向能量路由器研究[D].
北京:北京交通大学,2016.
WANGYuting.
Studyonmulti-portbi-directionalenergyrouterinenergyinternet[D].
Beijing:BeijingJiaotongUniversity,2016.
[29]孙利,陈武,蒋晓剑,等.
能源互联网框架下多端口能量路由器的多工况协调控制[J].
电力系统自动化,2020,44(3):32-39.
SUNLi,CHENWu,JIANGXiaojian,etal.
Coordinatedcontrolofmultipleoperationconditionsformulti-portenergyrouterinEnergyInternetframework[J].
AutomationofElectricPowerSystems,2020,44(3):32-39.
[30]盛万兴,兰征,段青,等.
自储能型能量路由器研究[J].
电网技术,2017,41(2):387-393.
SHENGWanxing,LANZheng,DUANQing,etal.
Studyonselfenergystoragebasedenergyrouter[J].
PowerSystemTechnology,2017,41(2):387-393.
[31]陈杰涛.
蜂巢状配电网能量/信息交换基站研究[D].
杭州:浙江大学,2019.
CHENJietao.
Researchonenergy/informationexchangestationinhoneycombdistributionnetwork[D].
Hangzhou:ZhejiangUniversity,2019.
[32]陈杰涛,江道灼,张翀,等.
基于能量交换基站的岛屿微网群拓扑及其控制策略[J].
电力建设,2019,40(4):60-69.
CHENJietao,JIANGDaozhuo,ZHANGChong,etal.
Researchonislandmicrogridtopologyanditscontrolstrategybasedonenergyexchangestation[J].
ElectricPowerConstruction,2019,40(4):60-69.
[33]杨轶凡.
蜂巢状有源配电网优化调度技术研究[D].
杭州:浙江大学,2019.
YANGYifan.
Optimaldispatchingtechnologyinhoneycombactivedistributionnetwork[D].
Hangzhou:ZhejiangUniversity,2019.
[34]ZHUN,JIANGD,HUP,etal.
Honeycombactivedistributionnetwork:anovelstructureofdistributionnetworkanditsstochasticoptimization[C]//202015thIEEEConferenceonIndustrialElectronicsandApplications(ICIEA),November9-13,2020,Kristiansand,Norway:455-462.
[35]阮闯,江道灼,朱乃璇,等.
蜂巢状有源配电网拓扑及其可靠性评估[J].
电力建设,2019,40(3):77-84.
RUANChuang,JIANGDaozhuo,ZHUNaixuan,etal.
Topologyandreliabilityevaluationofhoneycombactivedistributionnetwork[J].
ElectricPowerConstruction,2019,40(3):77-84.
[36]阮闯.
蜂巢状配电网的可靠性评估[D].
杭州:浙江大学,2019.
RUANChuang.
Reliabilityevaluationofhoneycombdistributionnetwork[D].
Hangzhou:ZhejiangUniversity,2019.
[37]马钊,安婷,尚宇炜.
国内外配电前沿技术动态及发展[J].
中国电机工程学报,2016,36(6):1552-1567.
MAZhao,ANTing,SHANGYuwei.
Stateoftheartanddevelopmenttrendsofpowerdistributiontechnologies[J].
ProceedingsoftheCSEE,2016,36(6):1552-1567.
[38]史恒瑞.
配电网形式选择和直流配电网电压等级配置研究[D].
太原:山西大学,2019.
SHIHengrui.
StudyontheselectionofdistributionnetworkformandvoltagegradeconfigurationofDCdistributionnetwork[D].
Taiyuan:ShanxiUniversity,2019.
[39]盛万兴,李蕊,李跃,等.
直流配电电压等级序列与典型网络架构初探[J].
中国电机工程学报,2016,36(13):3391-3403.
SHENGWanxing,LIRui,LIYue,etal.
Apreliminarystudyonvoltagelevelsequenceandtypicalnetworkarchitectureofdirectcurrentdistributionnetwork[J].
ProceedingsoftheCSEE,2016,36(13):3391-3403.
[40]段建东,魏朝阳,周一,等.
未来直流配电网电压等级序列研究[J].
中国电机工程学报,2018,38(12):3538-3545.
DUANJiandong,WEIZhaoyang,ZHOUYi,etal.
ResearchonvoltagelevelsequenceoffutureDCdistributionnetwork[J].
ProceedingsoftheCSEE,2018,38(12):3538-3545.
[41]蔡冰倩,贾利虎,朱永强,等.
直流微电网电压等级序列选择的影响因素研究[J].
电工电能新技术,2016,35(12):45-51.
CAIBingqian,JIALihu,ZHUYongqiang,etal.
ResearchoninfluencefactorofvoltageclassseriesoptioninDCmicrogrid[J].
AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergy,2016,35(12):45-51.
[42]史盛亮.
交直流混合微电网优化规划[D].
合肥:合肥工业大学,2018.
SHIShengliang.
HybridAC/DCmicrogridoptimizationplanning[D].
Hefei:HefeiUniversityofTechnology,2018.
[43]任思宇,张爱军,刘石川,等.
基于多目标模糊优化的配电网柔性互联装置运行配置[J].
南方电网技术,2020,14(5):37-43.
RENSiyu,ZHANGAijun,LIUShichuan,etal.
Operationconfigurationofflexibleinterconnectiondeviceindistributionnetworkbasedonmulti-objectivefuzzyoptimization[J].
SouthernPowerSystemTechnology,2020,14(5):37-43.
[44]王成山,宋关羽,李鹏,等.
考虑分布式电源运行特性的有源配电网智能软开关SOP规划方法[J].
中国电机工程学报,2017,37(7):1889-1897.
WANGChengshan,SONGGuanyu,LIPeng,etal.
Optimalconfigurationofsoftopenpointforactivedistributionnetworkconsideringthecharacteristicsofdistributedgeneration[J].
ProceedingsoftheCSEE,2017,37(7):1889-1897.
[45]盛万兴,段青,王良,等.
基于多代理协调机制的能量路由器群组与配电网综合规划[J/OL].
高电压技术[2020-12-19].
https://doi.
org/10.
13336/j.
1003-6520.
hve.
20200611.
SHENGWanxing,DUANQing,WANGLiang,etal.
Energyroutersanddistributionnetworkcomprehensiveplanningbased10胡鹏飞,等柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望http://www.
aeps-info.
comonmulti-agentsystemcoordinationmechanism[J/OL].
HighVoltageEngineering[2020-12-19].
https://doi.
org/10.
13336/j.
1003-6520.
hve.
20200611.
[46]贾兆昊,张峰,丁磊.
考虑功率四象限输出的配电网储能优化配置策略[J].
电力系统自动化,2020,44(2):104-112.
JIAZhaohao,ZHANGFeng,DINGLei.
Optimalallocationstrategyofenergystorageindistributionnetworkconsideringpowerfour-quadrantoutput[J].
AutomationofElectricPowerSystems,2020,44(2):104-112.
[47]FARAJIJ,KETABIA,HASHEMI-DEZAKIH.
Optimizationoftheschedulingandoperationofprosumersconsideringthelossoflifecostsofbatterystoragesystems[J].
JournalofEnergyStorage,2020,31:101655.
[48]姜欣,郑雪媛,胡国宝,等.
市场机制下面向电网的储能系统优化配置[J].
电工技术学报,2019,34(21):4601-4610.
JIANGXin,ZHENGXueyuan,HUGuobao,etal.
Optimizationofbatteryenergystoragesystemlocatingandsizingforthegridunderthemarketmechanism[J].
TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety,2019,34(21):4601-4610.
[49]LIUZ,CHENY,ZHUOR,etal.
EnergystoragecapacityoptimizationforautonomymicrogridconsideringCHPandEVscheduling[J].
AppliedEnergy,2018,210:1113-1125.
[50]YANGY,PEIW,HUOQ,etal.
Coordinatedplanningmethodofmultiplemicro-gridsanddistributionnetworkwithflexibleinterconnection[J].
AppliedEnergy,2018,228:2361-2374.
[51]LIN,CHENL,LOWSH.
ExactconvexrelaxationofOPFforradialnetworksusingbranchflowmodel[C]//2012IEEEThirdInternationalConferenceonSmartGridCommunications(SmartGridComm),November5-8,2012,Taiwan,China:7-12.
[52]FARIVARM,LOWSH.
Branchflowmodel:relaxationsandconvexification—PartⅠ[J].
IEEETransactionsonPowerSystems,2013,28(3):2554-2564.
[53]叶学顺,刘科研,孟晓丽.
含分布式电源的交直流混合配电网潮流计算[J].
供用电,2016,33(8):23-26.
YEXueshun,LIUKeyan,MENGXiaoli.
PowerflowcalculationofAC/DChybriddistributionnetworkwithdistributedgenerations[J].
Distribution&Utilization,2016,33(8):23-26.
[54]彭克,张新慧,陈羽.
适用于多端柔性互联的交直流配电网潮流计算方法[J].
电力自动化设备,2017,37(1):22-27.
PENGKe,ZHANGXinhui,CHENYu.
PowerflowcalculationalgorithmforAC-DChybriddistributionnetworkwithmulti-terminalflexibleinterconnection[J].
ElectricPowerAutomationEquipment,2017,37(1):22-27.
[55]王聪,徐晓贤,沙广林,等.
基于能量路由器的交直流混合微网潮流计算[J].
电工电能新技术,2018,37(7):33-40.
WANGCong,XUXiaoxian,SHAGuanglin,etal.
PowerflowalgorithmofAC/DCmicrogridbasedonenergyrouter[J].
AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergy,2018,37(7):33-40.
[56]王灿,孙建军,余攀,等.
基于前推回代法的多供区互联配电网潮流计算[J].
电力系统自动化,2020,44(11):95-101.
WANGCan,SUNJianjun,YUPan,etal.
Powerflowcalculationofinterconnecteddistributionnetworkwithmultiplesupplyareasbasedonback/forwardsweepmethod[J].
AutomationofElectricPowerSystems,2020,44(11):95-101.
[57]LIP,JIH,WANGC,etal.
Coordinatedcontrolmethodofvoltageandreactivepowerforactivedistributionnetworksbasedonsoftopenpoint[J].
IEEETransactionsonSustainableEnergy,2017,8(4):1430-1442.
[58]彭元泉,麦志远,艾维,等.
含柔性多状态开关的主动配电网有功-无功协调动态优化[J].
电力系统自动化,2020,44(14):54-61.
PENGYuanquan,MAIZhiyuan,AIWei,etal.
Activeandreactivepowercoordinateddynamicoptimizationforactivedistributionnetworkwithflexibledistributionswitch[J].
AutomationofElectricPowerSystems,2020,44(14):54-61.
[59]杨轶凡,江道灼,阮闯,等.
基于蜂巢状有源配电网的分布式优化调度[J].
电力建设,2019,40(3):85-93.
YANGYifan,JIANGDaozhuo,RUANChuang,etal.
Distributedoptimalschedulingbasedonhoneycombactivedistributiongrid[J].
ElectricPowerConstruction,2019,40(3):85-93.
[60]丛鹏伟,胡泽春.
基于SOP和VSC的交直流混合配电网两阶段阻塞管理[J].
供用电,2020,37(10):22-28.
CONGPengwei,HUZechun.
Two-stagecongestionmanagementinAC/DChybriddistributionnetworkbasedonSOPandVSC[J].
Distribution&Utilization,2020,37(10):22-28.
[61]郭慧,汪飞,张笠君,等.
基于能量路由器的能源互联网分层分区优化[J].
中国电机工程学报,2018,38(16):4726-4737.
GUOHui,WANGFei,ZHANGLijun,etal.
Hierarchicalandzonaloptimizationoftheenergyrouterbasedenergyinternet[J].
ProceedingsoftheCSEE,2018,38(16):4726-4737.
[62]和敬涵,王振吉,罗国敏,等.
适用于VSC-MTDC系统的电压功率分层分布式控制策略[J].
电网技术,2018,42(12):3951-3959.
HEJinghan,WANGZhenji,LUOGuomin,etal.
HierarchicaldistributedcontrolofvoltageandactivepowerforVSC-MTDC[J].
PowerSystemTechnology,2018,42(12):3951-3959.
[63]孟洪民,刘迪,李强,等.
考虑蓄电池健康的微电网群模型预测控制能量管理策略[J].
电力自动化设备,2019,39(6):88-95.
MENGHongmin,LIUDi,LIQiang,etal.
Energymanagementstrategybasedonmodelpredictivecontrolofmicrogridclusterconsideringbatteryhealth[J].
ElectricPowerAutomationEquipment,2019,39(6):88-95.
[64]涂春鸣,黄红,兰征,等.
微电网中电力电子变压器与储能的协调控制策略[J].
电工技术学报,2019,34(12):2627-2636.
TUChunming,HUANGHong,LANZheng,etal.
Coordinatedcontrolstrategyofpowerelectronictransformerandenergystorageinmicrogrid[J].
TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety,2019,34(12):2627-2636.
[65]鞠平,王冲,辛焕海,等.
电力系统的柔性、弹性与韧性研究[J].
电力自动化设备,2019,39(11):1-7.
JUPing,WANGChong,XINHuanhai,etal.
Flexibility,resilienceandtoughnessofpowersystem[J].
ElectricPowerAutomationEquipment,2019,39(11):1-7.
[66]徐俊俊.
有源配电网状态感知与故障恢复方法研究[D].
南京:112021,45(8)·柔性互联配电网关键技术·东南大学,2019.
XUJunjun.
Researchonstateawarenessandfaultrestorationmethodsforactivedistributionnetworks[D].
Nanjing:SoutheastUniversity,2019.
[67]宋毅,孙充勃,李鹏,等.
基于智能软开关的有源配电网供电恢复方法[J].
中国电机工程学报,2018,38(15):4390-4398.
SONGYi,SUNChongbo,LIPeng,etal.
SOPbasedsupplyrestorationmethodofactivedistributionnetworksusingsoftopenpoint[J].
ProceedingsoftheCSEE,2018,38(15):4390-4398.
[68]黄泽华,李锰,刘裕涵,等.
智能配电网自愈控制方案研究[J].
电工技术学报,2014,29(增刊1):492-496.
HUANGZehua,LIMeng,LIUYuhan,etal.
Researchofsmartdistributionnetworkself-healingscheme[J].
TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety,2014,29(Supplement1):492-496.
[69]SAMPAIORF,MELOLS,LEORPS,etal.
Automaticrestorationsystemforpowerdistributionnetworksbasedonmulti-agentsystems[J].
IETGeneration,Transmission&Distribution,2017,11(2):475-484.
[70]吴悦华,高厚磊,徐彬,等.
有源配电网分布式故障自愈方案与实现[J].
电力系统自动化,2019,43(9):140-146.
WUYuehua,GAOHoulei,XUBin,etal.
Distributedfaultself-healingschemeanditsimplementationforactivedistributionnetwork[J].
AutomationofElectricPowerSystems,2019,43(9):140-146.
[71]袁晓敏,袁旭峰,李婧.
城市配电网柔性互联系统故障重构研究[J].
电测与仪表,2018,55(20):76-81.
YUANXiaomin,YUANXufeng,LIJing.
Researchonfaultreconstructionofflexibleinterconnectedsystemofurbandistributionnetwork[J].
ElectricalMeasurement&Instrumentation,2018,55(20):76-81.
[72]LIP,SONGG,JIH,etal.
Asupplyrestorationmethodofdistributionsystembasedonsoftopenpoint[C]//2016IEEEInnovativeSmartGridTechnologies—Asia(ISGT-Asia),November28-December1,2016,Melbourne,Australia:535-539.
[73]JIH,WANGC,LIP,etal.
SOP-basedislandingpartitionmethodofactivedistributionnetworksconsideringthecharacteristicsofDG,energystoragesystemandload[J].
Energy,2018,155:312-325.
[74]郭创新,王惠如,张伊宁,等.
面向区域能源互联网的"源-网-荷"协同规划综述[J].
电网技术,2019,43(9):3071-3080.
GUOChuangxin,WANGHuiru,ZHANGYining,etal.
Reviewof"source-grid-load"co-planningorientingtoregionalenergyinternet[J].
PowerSystemTechnology,2019,43(9):3071-3080.
胡鹏飞(1988—),男,博士,研究员,主要研究方向:柔性交直流输配电技术、新能源并网与主动配电网技术、电力电子化电力系统分析与控制.
E-mail:hpf@zju.
edu.
cn朱乃璇(1995—),男,博士研究生,主要研究方向:高比例新能源并网技术、微网(群)的规划与优化问题.
E-mail:nxzhu@zju.
edu.
cn江道灼(1960—),男,通信作者,教授,博士生导师,主要研究方向:交直流电力系统运行与控制、电力电子在电力系统中的应用技术.
E-mail:dzjiang@zju.
edu.
cn(编辑章黎)ResearchProgressandProspectsofKeyTechnologiesofFlexibleInterconnectedSmartDistributionNetworkHUPengfei1,ZHUNaixuan1,JIANGDaozhuo1,JUPing1,LIANGYiqiao2,WUBinfeng3(1.
CollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China;2.
SchoolofInformation&ElectricalEngineering,ZhejiangUniversityCityCollege,Hangzhou310015,China;3.
LishuiPowerSupplyCompanyofStateGridZhejiangElectricPowerCo.
,Ltd.
,Lishui323000,China)Abstract:Usingpowerelectronicdevicesrepresentedbysoftopenpoints,energyrouters,andsmartpower/informationexchangestationstorealizetheflexibleinterconnectionofthedistributionnetwork,andbetteradaptingtotheintegrationofmulti-source-storage-loaddevices,willbethedevelopmenttrendsofthefuturesmartdistributionnetwork.
Startingfromtheconceptofflexibleinterconnectedsmartdistributionnetworks,thepaperintroducesindetailthetopologicalstructureandworkingprincipleofitscoredevices,i.
e.
flexibleinterconnecteddevices.
Meanwhile,theresearchstatusanddifficultiesofkeytechnologiesofflexibleinterconnectionsmartdistributionnetworkssuchasplanninganddesign,operationcontrolandfaultself-healingareanalyzed.
Finally,thetechnicalfieldsthatneedtobestudiedinthefutureandtheengineeringapplicationprospectsarediscussedandprospected.
ThisworkissupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.
52007167)andZhejiangProvincialNaturalScienceFoundationofChina(No.
LQ21E070004).
Keywords:flexibledistributionnetwork;distributedrenewableenergy;softopenpoint;energyrouter;smartpower/informationexchangestation12