配电网柔性互联系统多模式运行及调控

配电网柔性互联系统多模式运行及调控

孙皓

国网冀北电力有限公司廊坊供电公司 河北 廊坊 065000

摘要：本文以配电网柔性互联系统为对象，探讨了保障配电网柔性互联系统稳定运行的多模式运行方式，并针对其运行需要实现了对交流端口和直流端口的调控。同时应用实例的方式证明，其能够实现对配电网柔性互联系统更稳定的控制，确保配电网整体运行安全。

关键词：配电网柔性互联系统；多模式；运行；调控

1配电网柔性互联系统

配电网柔性互联系统由多组变流器通过直流母线背靠背并联组成。以2条馈线互联为例，其系统结构如图1所示。系统中SNOP替代机械联络开关安装在馈线1、2的末端进行馈线互联，SNOP包含交流端口1、2和直流端口1、2共4个端口，4个端口变换器通过750V直流母线并联。在不考虑SNOP内部故障的条件下，交流端口1、2变换器均用三相三线制桥式拓扑，直流端口1变换器采用Boost拓扑实现光伏等分布式电源灵活接入，直流端口2变换器采用双有源桥式（DAB）拓扑连接储能蓄电池，为能量交互提供支撑，以实现直流母线电压稳定和SNOP的灵活调控。

图1 配电网柔性互联系统

2配电网柔性互联系统多模式运行与调控设计

2.1 配电网柔性互联系统三类运行模式设计

2.1.1柔性互联运行模式

这种模式下，与系统相连接的两个变压器均是以并网的形式运行，并通过两个变压器才能够实现系统的柔性互联。在系统运行过程中，其端口位置上的功率大小与方向均可通过虚拟同步机对其进行控制，并通过变压器连接实现双向流动。

2.1.2负荷转换供应运行模式

在这种模式下，与柔性互联系统相连接的变换器此时处于离线状态。当配电网运行过程中出现异常时，馈线两侧产生的负荷将会通过另一组配电网进行转换供应，并且在另一组配电网中对应的馈线功率能够通过变压器实现双向传输，从而不需要转换控制策略。

2.1.3孤岛运行模式

在这种模式下，柔性互联系统连接的两个变压器均处于离线的状态。当配电网1和配电网2均发生故障问题时，此时由于两个变压器均离线，需要通过分布式电源为系统提供短暂的电力供应，待配电网恢复正常供电后，系统可重新根据需要转变为上述两种运行模式。

2.2系统交流端口VSG调控

引入VSG调控策略，通过虚拟同步电机实现控制。这种调控方式的主要目的是在交流端口位置上输出功率能够表现为同步发电机，并利用吸收功率的外特性实现对同步电动机的表示，从而提升系统连接柔性。在调控过程中，系统连接的同步电机转子运动过程可用公式（1）表示：

式中，T_m为系统运行过程中同步电机的机械转矩；T_e为系统运行过程中同步电机的电磁转矩；D为阻尼系数；ω为运行过程中的角速度；ω₀为额定角速度；J为转动惯量参数。在公式（1）的基础上，引进等比例谐波振动控制技术，将其与上端交流端口对接，通过此种方式，实现对电流信号与前端传输指令的有效追溯与跟踪，从而实现在信息交互端，对电流的高精度宏观调控。在进行调控操作处理时，可采用调整机械功率的方式，进行多个交互端口的对接，实现对交互端的同步调整。

2.3 系统直流端口虚拟直流电机调控

引入虚拟直流电机调控策略，通过调节虚拟直流电机，实现系统与直流配电网之间的柔性互联。虚拟直流电机的转子在运行过程中可用公式（2）表示：

式中，T_dm、T_de、D_d、ω_d均与上述公式（1）所示参数对应，分别为直流电机的机械转矩、电磁转矩、阻尼系数、角速度。在公式（2）的基础上，将直流电机电枢回路的电动势平衡作为条件，对系统直流端口进行调控。同时，在调控的过程中，根据系统直流电机控制功率指令可将获取到的控制指令采用电流闭环比例实现对电流参数变化的跟踪。通过此种处理方式，实现在系统稳定运行过程中，对传输电流的高精度有效控制。在此基础上，根据上文所述的电机调节方式调整系统联机，这样能够在系统连接的过程中避免母线冲压，对系统运行造成抑制与干扰，从而提高系统运行的稳定性。

3配电网柔性互联系统多模式运行及调控的应用效果分析

本文将上述提出的方法应用到该电力企业的配电网柔性互联系统中，并对该电力系统的运行情况进行记录，从而反映本文上述方法的应用效果。已知在该系统运行的环境中共包含两个电压均为10kV的配电网运行环境，其直流母线电压为750kV。在配电网中，连接的5个变压器额定容量为150kVA，变压器的额定功率为45kW，直流负荷为5kW，光伏出力为15kW。按照上述提出的多模式运行方式完成运行，并在系统的交流端口采用VSG调控，在系统直流端口采用虚拟直流电机调控。完成上述内容后，分别记录5个变压器的运行状态，并将在0.1～0.5s、0.5～1.0s和1.0～1.5s范围内变压器的运行功率进行记录。研究发现配电网中所有与柔性互联系统相连接的变压器均能够保持正常的运行状态。随机选择5个变压器中，两个相对应位置上的变压器，对其在运行的0.2～1.8s内系统端口上的功率进行记录，并绘制成图。从图2可以看出，两个变压器在0.2～1.8s运行时间内，其功率变化曲线呈现出以功率为10kW为轴线的轴对称图形，实现了对负载的均衡调控。

图2 系统端口功率变化图

4结束语

全球新能源产业的发展不断壮大，以太阳能、风能等为代表的分布式电源逐渐受到人们的关注，并且在各个领域中均有着十分广泛的应用。在这样的大环境背景下，配电网的整体结构发生了极大的改变，其负荷特性也呈现多样化发展，有源配电网逐步形成，对配电网的稳定运行造成了不可忽视的影响。在具体应用中，配电网的运行呈现出负荷波动频率加剧、有功功率与无功功率流向日趋复杂等趋向。在这样的发展下，为实现配电网的稳定运行，面向配电网的柔性互联成为当前国内外相关领域研究人员重点关注的话题之一，而柔性互联系统的创新也逐渐成为配电网未来实现创新发展的重要突破点。基于此，文章针对配电网柔性互联系统在运行过程中的模式进行探究，并以配电网稳定运行为目标，实现对实际应用过程中配电网的运行调控分析。

参考文献

[1]余云雯，袁旭峰，熊炜，禹洪波，班国邦.含多端SOP柔性互联配电网供电恢复方法[J].电网与清洁能源，2021，37(10):75-82.

[2]窦飞，蔡晖，郭朝辉，葛乐，汪惟源.基于深度强化学习的多端背靠背柔性直流系统直流电压控制[J].电力系统自动化，2021，45(19):155-162.

作者介绍：

孙皓（1989.02.13-）；女；吉林省白山市；汉；本科；工程师；初级服务指挥员；研究方向：配网调控运行；国网冀北电力有限公司廊坊供电公司。