低壓配電臺區柔性互聯關鍵技術與發展模式

何 曉，盧宜林

（國網安徽省電力有限公司黃山市黃山區供電公司，安徽 黃山 245000）

現階段，我國較多地區的區域電網在連接中仍然采取的是剛性連接方式，結合關于低壓配電臺區剛性連接的分析，其具有較高的線損，尤其是在農村地區，其低壓臺區具有點多、面廣以及較分散的特點，較多用戶須從支線上直接引入電源，存在較多的線損，影響到供電質量[1]。新時期，隨著對區域電網聯結的不斷研究，低壓配電柔性互聯逐步在低壓配電臺區聯結中得到應用。柔性互聯技術指的是運用柔性直流輸電技術完成不同區域電網的互聯，該方式在應用期間可較好地實現資源優化配置，減少線損，更好地適應新能源的接入，并逐步成為區域電網聯結的一個重要研究方向。

1 區域電網剛性互聯的局限性分析

區域電網剛性互聯是現階段電網互聯的主要方式，即通過硬性連接方式實現不同區域多個電網的互聯，通過不同電網之間的協調與處理，更好地為用戶提供可靠且穩定的電力資源。

結合區域電網互聯的剛性互聯模式，其在使用中具有較高的穩定性，但是同時也存在局限性，主要表現為：（1）投資大，區域電網剛性互聯時，為了保證電力輸送的穩定性和可靠性，在剛性互聯過程中通常需要對現有的輸電設施予以擴建或者繼續建設新的輸電線路，需要大量的資金投入；（2）需要較多的運行維護成本，區域電網在維護過程中，須視情況使用變壓器、輸電線路、配電設備、控制系統等，同時需要人力成本支出，還需要相關的安全保障措施費用支出，各方面的成本支出較大，使得整體運行維護成本高；（3）如果發生故障，影響的范圍較大，且因為范圍較大，整個故障排查以及故障處理耗費的時間較長，可能給相關生產活動、人民的生活造成較大影響；（4）靈活性差，不同用戶本身在用電需求方面存在多樣性，而剛性連接的靈活性差，無法較好地適應用戶側多樣化需求。相對而言，區域電網中的柔性互聯不僅可靠性高，同時還存在較強的“自愈”特點。

2 柔性互聯的主要設備分析

主要設備有以下5類。

2.1 交流低壓智能斷路器

常規的機械式斷路器、電子式斷路器在早期低壓臺區中應用較多，但是實際應用效果并不理想，比如在應用中存在較高的故障率，而發生故障后的維修難度也較大，且上述斷路器在使用中的智能化不足。對此，區域電網在柔性互聯過程中應積極研究一種新型的低壓智能斷路器，而結合不同學者關于低壓智能斷路器的相關研究，現階段應用可靠，且研發成熟度較高的主要有分布式智能終端（DSTATM）、智能型萬能式斷路器（PLC），上述兩種智能斷路器均符合IEC 60870-5-104協議標準。智能斷路器中使用微處理器形成控制中心，不同數據可通過傳感器獲取并在數據分析后執行有關操作，能夠更好地監測電網，保護電網[2]。

2.2 AC/DC換流器

低壓配電臺區柔性互聯過程中，為了更好地實現電能傳輸，AC/DC變換器是必不可少。通過AC/DC換流器能夠使輸入的交流電轉換為直流電，確保輸出的電源滿足不同用電設備的負載需要，同時兼顧供電穩定性與可靠性。AC/DC換流器存在不同的拓撲結構，如半橋型、全橋型等，從功率密度、效率方面分析，全橋型AC/DC變換器有明顯優勢。如果低壓配電臺區柔性互聯區域內存在頻繁的電壓波動，同時低壓臺區存在較大的負荷變化，此時選擇的AC/DC變換器應符合高效、低損耗的要求。

2.3 DC/DC換流器

為了在區域電網互聯中保證交流電網和直流電網能夠完成電力資源的傳遞，須在柔性直流輸電中配備DC/DC變換器。DC/DC變換器在使用中能夠滿足可靠、高效等優勢，在低壓配電臺區柔性互聯中有一定的應用優勢。低壓配電臺區柔性互聯中為了提升整個系統的靈活性，并考慮系統在后續應用中的可擴展性要求，其結構可采取模塊化，從而滿足上述要求，同時有利于對整個結構的維護與升級。半橋型、全橋型、推挽型均是現階段常用的DC/DC變換器拓撲形式，當然不同形式的變換器有著不同的特點。比如半橋型的DC/DC變換器整體電路相對簡單，有較高的效率，并容易控制；針對一些用電的大功率場合可選擇全橋型DC/DC變換器，同時選擇電壓應力較大的開關管。隨著對DC/DC變換器的研究，諧振 DC/DC 變換器、DC-DC變換器等新型變換器拓撲結構也得到發展與應用，在具體選擇中應結合實際情況，兼顧變換器的成本以及性能[3]。

2.4 直流斷路器

傳統的空氣開關在低壓臺區中應用較多，且具有較高的穩定性，但是隨著太陽能發電、風能發電等新能源發電在整個電網中的接入，其對供電可靠性有著更加嚴格的要求。為了保證整體供電的可靠性與穩定性，常規的空氣開關需要使用性能更好的開關設備來替代，使用率較高的主要是直流斷路器。通過直流斷路器的使用，能夠較好地實現短路保護、過載保護。與交流斷路器相比，直流斷路器在具體使用中有著自身的優勢，如直流斷路器重量較輕，同時體積較小，有著更快的響應速度，在使用中能夠頻繁操作，更重要的是直流斷路器在使用中的燃弧時間短，可提升在實際使用中的安全性，預防并降低火災事故發生風險。直流斷路器在使用中無磁飽和問題，能夠降低諧波污染，改善供電過程中產生的噪音。

2.5 直流限流器

直流限流器在柔性互聯低壓臺區中也有重要應用，通過串聯一個直流電源，可避免負載端發生電壓波動，從而保證設備的正常使用，降低設備損壞可能。電網會為用電器提供相應的電流，不過在實際應用期間因為線損、線路阻抗、電感等原因，電源所提供的電流可能不符合負載的具體需求，可能造成負載受到損害，對此，應依靠一定的技術措施，對輸出的電流大小做好調節與處理，減少本身電流變化對用電器的影響。安裝直流限流器是調整電流的常用方法，其在不同場景電力電子裝置中均有應用，結合實際研究結果，其體積小、重量輕，并有著較快的響應速度。通過在線路中安裝直流限流器，依靠控制電路實現直流電壓向交流電壓的轉換，達到調節負載電流的目的。如果負載電流較大，并超過一定范圍，直流限流器則會自動將電源供應斷開，達到預防過載的目的?，F階段可使用的限流器也較多，比如超導限流器、PTC 電阻限流器、混合型限流器、固態限流器、液態金屬限流器等。當然，不同直流限流器在具體的限流能力、限流速度、通態損耗、重復操作能力、恢復時間以及設備成本方面存在差異，須結合具體情況靈活選擇[4]。

3 柔性互聯關鍵技術分析

低壓配電臺區柔性互聯中除了有相關設備外，還需要通過關鍵技術實現區域互聯，達到柔性互聯，降低線損的目的。

3.1 穩定控制技術

低壓配電臺區柔性互聯須在實際的環境中運行，相應的會受到各種因素的影響，比如環境溫度的變化、用電負荷的變化等，這些變化會對電路系統的供電質量產生影響，造成低壓臺區聯絡線可能出現閃變、電壓波動等問題，影響到供電質量。為了保證相關用電負荷可正常工作，并符合用電設備的負荷要求，在低壓配電臺區柔性互聯過程中應采取一定的技術確保聯絡線電壓處于可控與穩定狀態?；谀Ｐ皖A測控制的開環控制、基于PID控制器的閉環控制在低壓配電網聯絡線電壓穩定控制方面均有應用，應根據具體情況靈活選擇技術措施。

3.2 兼顧儲能的臺區互聯調控技術

結合低壓配電電臺特點，其在運行期間具有故障發生的可能，而故障發生后可能對用電設備造成損害，所以在柔性互聯期間應注意上述問題，并強調新技術措施的應用。根據近年來的研究分析，通過在電壓控制以及電流調節過程中可通過電容滿足上述要求，即將LC濾波器加入到低壓配網中，同步實現對線路中電壓與電流的調控，提升整個電路的靈活性，更好地完成電路自動轉換，保證整個系統運行的可靠性，保證低壓配網運行中電壓受到控制，電流能夠得到調節，保證用電設備的安全。

3.3 XGBoost算法

低壓配電臺區柔性互聯過程中還需要采集與線路運行相關的信息，進而作為線路運行狀況評價、故障診斷的參考，而在實際采集數據過程中，部分數據可能出現缺失，而部分數據可能本身存在異常，影響到數據對整個線路的指導與參考價值。須通過統計學分析方法完成對數據的分析與處理，并解決在實際數據分析中遇到的問題，盡管支持向量機、線性回歸等統計學方法能夠完成部分數據的分析與處理，無法全面解決在具體應用中遇到的問題?；跈C器學習的算法能夠更系統、全面地完成數據分析，并通過數據分析發現其中的異常數據，解決在具體運行中遇到的問題。從預測精度、泛化能力方面考慮，XGBoost作為決策樹集成算法之一，其可滿足上述要求，完成對多種類型數據集的分析與處理，整體預測精度較高。

4 柔性互聯系統網架結構設計分析

4.1 確定換流器的接線形式與相應的電壓等級

ISOP換流器與LCC換流器是當前使用較多的低壓臺區換流器，不同換流器本身的特點也有所不同，其中ISOP在使用中損耗較低，同時體積較小，是一種新型換流器拓撲結構換流器，以IGBT、MOSFET為基礎。LCC則為換流器拓撲結構，能夠實現交流到直流的轉換，存在較高的轉換效率。鑒于不同用電負荷、用電場景以及用電需求等不同，需要的電能質量也有差異，應依據實際情況選擇最佳的換流器類型。在低壓臺區柔性互聯過程中，也應重視換流器的電壓等級，通常情況下要求換流器額定工作電壓不小于用戶側所需電壓，換流器也須滿足過壓保護要求。比如在低壓臺區柔性互聯中可使用380 V/400 V兩級式升壓方案，這樣不會影響臺區內其他負荷，同時更好地滿足不同用戶的用電要求[5]。

4.2 柔性互聯拓撲與結構分析

柔性互聯拓撲中應采取公共直流母線集中部署模式，圖1所示為雙臺區低壓母聯柜，其組成主要包括臺區智能斷路器、運行狀態指示燈、急停按鈕、融合終端等相關模塊。柔性互聯系統的組成主要包括備用電源、公共直流母線、配電變流器等，采取分散式直流母線分段部署模式能夠通過饋線連接不同電源母線，不同分段上均有電壓互感器，然后接入終端，通過上述處理，能夠提高整個線路的靈活性，更好地對線路中的容量大小、負荷等級做出調整。

圖1 雙臺區低壓母聯柜

5 結束語

低壓配電臺區柔性互聯技術在應用中不僅能夠保證該臺區原有負荷的正常使用，同時還可解決相鄰臺區間的負載率不均衡的問題，滿足不同用戶對電力資源使用中的負荷增長需求。低壓配電臺區柔性互聯關鍵技術在應用中應結合實際情況合理選擇所需要的設備，并保證關鍵技術的使用。母聯柜的使用能夠更好的實現多臺區的互聯，發揮母線匯集的作用，更好地保護與監測配電變壓器，確保低壓系統的穩定運行，確保所提供的電力資源可靠，減少線損以及線路波動對用電設備的影響。