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柔性配电网

分类:
电源技术
作者:
广州市爱浦电子科技有限公司
来源:
原创
发布时间:
2019/11/29
浏览量
柔性配电网是使用先进电力电子技术,对传统配电网进行升级改造的产物。利用电力电子装置控制对象多样、控制速度快、调节能力强的特点,改变原有配电网系统的潮流与无功分布状态等运行参数,有效的提升配电网系统的可靠性、可控性和运行潜力。
柔性配电网关键电力电子设备
  1) ACDC(ACAC)换流器
  ACDC或ACAC换流器指通过电力电子变换装置,实现交流到直流或交流到交流之间能量转化的设备。通常ACAC换流器由两种背靠背连接ACDC换流器拼接构成,目前主流采用的ACDC换流器为VSC形式(电压源型换流器)。通过ACDC换流器,可实现多个配电馈线之间的连接与协调控制。
  ACDC换流器具有多种拓扑结构可供选择,包括两电平结构、二极管钳位式三电平结构、模块化多电平MMC结构(Modular Multi-level Converter)等多种。鉴于中压配电网系统的电压水平,模块化多电平MMC结构是应用较为恰当的一种拓扑结构,通过子模块的投切状态组合形成所需的输出电压,具有结构简单、器件要求低等特点。综合考虑经济成本,技术难度及系统特性等,柔性直流配电工程可采用MMC与VSC共存的混合式多端换流器的拓扑结构。
  2) DCDC换流器
  DCDC换流器指通过电力电子变换装置,实现不同电压等级间能量传递的设备。
  DCDC换流器可分为输入输出不隔离型与隔离型两种。前者以BUCK、BOOST等变换电路为主,结构简单、控制稳定,但限于电压变比、功率等级等因素,仅适用于低压配电网,无法在中压配电网中使用。后者主要指电力电子变压器,其基本电路是,直流电压经逆变电路斩波后成为高频方波,再经高频变压器转换为电压较低的高频方波,最后由整流电路转换符合电压要求的直流能量。
  3) 直流断路器
  直流断路器分为机械式、固态式和混合式三种。机械式直流断路器可以关断非常大的电流,并具有成本低、损耗小的优点,但其开断速度慢,不能满足电力电子设备快速保护的要求。固态直流断路器开断速度迅速,但其开关损耗较高,且价格昂贵。为克服两者的缺点,通过将机械式直流断路器和固态直流断路器集成在一个装置上,从而形成混合式断路器。混合式直流断路器结合了机械开关良好的静态特性与电力电子器件良好的动态性能,用快速机械开关来导通正常运行电流,用固态电力电子器件来分断短路电流,具有通态损耗小、开断时间短、无需专用冷却设备等优点,是目前中高压直流断路器研发的新方向,有着广阔的应用前景。
柔性配电网技术应用
  在常规交流配电网中,以断路器、隔离开关等元件实现配网馈线间的联络,通过切换开关元件的通断状态改变网络拓扑,进而调整潮流的分布。这种非0即1的调整方式,拓扑改变后系统的潮流分配仍然为自然分配,调整灵活度有限。
  采用电力电子装置作为馈线联络开关或称之为软开关点(Soft Open Point,SOP),构建柔性配电网后,可以精准而快速的调整馈线间的功率流动,从而有效控制网络潮流分布,实现多种系统控制目标。
  1) 提升分布式电源接入能力
  分布式新能源,尤其是分布式光伏越来越多的应用到实践当中,代表着新能源应用的未来。很多研究表明,分布式光伏发电装置接入配电网后,将使得接入点及相关局部线路的电压升高,产生配电网中局部电压越限的问题。其电压提升幅度与线路参数、用户负荷大小、光伏发电出力及其接入位置密切相关。由于这些约束条件变化频繁,对此问题的治理变得很复杂,由此将极大限制分布式新能源渗透率的提升。这一问题的本质是新能源与就地负荷的不匹配造成的,通过加入SOP电力电子接口装置,可有效调整各馈线间及接入点分段母线间的潮流分布,进而避免电压越限问题出现,提升分布式电源的渗透率,为分布式光伏的广泛应用带来可能。
  2) 提升分布式电源接入能力
智能配电网负荷类型丰富,时间、空间分布呈现动态不平衡特性,不同馈线间的潮流可能出现极大的差异。如下图所示系统,两段馈线A/B间,负荷差异达到50%以上,如无相关调节措施,差异性将始终存在,在总体中压系统配电容量充足的情况下,造成局部馈线过载,被迫进行设备升级改造,或过载运行,带来运行风险。

上图比较了馈线间无开关、有传统开关并闭合、接入SOP开关三种情况下两条馈线的负荷情况。通过传统母联开关的方式,可以一定程度上解决馈线过载问题,但只能部分解决问题,馈线间的不平衡依然存在。通过加装电力电子接口SOP装置,可以完全平衡馈线间的负荷,将运行过载风险降到最低,将配电设备利用率提到最高。
  3) 降低配网运行损耗
  现代电网的负荷越来越复杂,动态波动性越来越强,同时大量分布式新能源的接入,造成潮流变换越来越复杂,分布不均匀性难以预测与控制,网损问题会日益突出。通过在关键节点加装SOP装置,以潮流分布优化、减小流动路径为目标,可以动态调节馈线间的潮流分布,极大降低馈线上的损耗,即使考虑SOP的自身损耗,其综合效率,在很多工况下仍然是具有应用价值的。
  4) 紧急情况供电
  配电网工况复杂,故障发生频繁。通过常规联络开关,在故障清除后,可以重构网络,恢复供电.但是由于机械式开关的开合时间,必然存在短时停电的情况。
  通过加装SOP装置,可以在配网部分馈线发生故障后,更为快速的恢复馈线供电,在配合快速开关(如电子开关)的情况下,甚至可以实现不间断供电。当然这项功能的实现,需要的设备容量与成本较高,但对于部分核心关键负荷,是具有实际应用意义的。
  5) 配网供电电能质量的提升
  除了有功潮流调度能力,电力电子接口SOP装备具有诸多附加功能,如通过无功控制改善系统中的无功容量缺口,提升电网的稳态电压水平与暂态电压稳定能力等。
 

 

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