武汉大学：基配电系统灵活性提升技术研究_41页_6mb

配电系统灵活性提升技术研究总结

背景与意义

配电系统作为新型电力系统建设的关键领域，具备区域能源协同和供需深度互动的能力，支撑大规模分布式能源接入，满足多样化负荷供电需求。随着清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能等高质量发展目标的提出，配电系统正向区域资源优化配置平台演进，对我国能源结构转型起到关键支撑作用。

柔性配电系统的特征

柔性配电系统通过整合电力电子、信息通信、人工智能等技术，实现分布式功率灵活控制、网架灵活切换和运行方式灵活调整，从而提升系统灵活性。与传统交流配电系统相比，其具备以下特征：

配电系统灵活性提升技术

1. 灵活性资源规划技术

• 目标：优化多元柔性资源布置，平抑源荷不确定性，实现配电系统安全、稳定、经济运行。
• 实施路径：
  • 分析配电网灵活性需求，生成灵活性需求场景。
  • 构建灵活性评价指标，建立双层规划模型（规划配置层和优化调度层）。
• 成果：
  • 储能用于平抑光伏输出功率波动，波动率基本在10%以下。
  • 储能容量优化配置后，充电功率可调性提升，配电网并网功率更平滑。

2. 柔性网架规划技术

• 目标：研究中低压电网形态演变多维驱动因素，建立中低压电网结构演化模型。
• 实施路径：
  • 建立网络演化关键指标体系，基于图论对网络进行抽象化。
  • 模拟负荷与分布式新能源增长及网络生长演化，获取形态转变关键时间。
  • 设定互联互通方案，并基于网络技术经济指标影响对演化模型进行评估校验。
• 成果：
  • 不同场景形态转变关键时间与负荷水平和光伏渗透率相关。
  • 优化后，广水县域电网在城镇、乡村、园区场景中多个指标显著改善，如SAIFI、SAIDI、网损率等。

3. 柔性装备设计与应用技术

• 目标：研究满足大规模分布式资源接入需求的配电装备优化布局方法。
• 实施路径：
  • 建立含柔性配电装备的配电系统关键设备模型与运行模型。
  • 优化配置柔性装备，实现灵活组网运行需求。
• 成果：
  • 柔性多状态开关优化配置，可实现交直流配电系统快速切换与调控。
  • 能量路由器具备变压分流、潮流控制、构网控制、电能质量治理、故障隔离与恢复等功能。

4. 灵活性资源优化调度技术

• 目标：通过灵活组网与潮流调控，优化系统运行，降低运行成本。
• 实施路径：
  • 建立交直流混合配电系统分层多目标运行模型。
  • 提出优化策略，如调节光储充功率参考值，实现潮流灵活调控。
• 成果：
  • 通过自动闭环多目标潮流优化调度软件，降低网损，改善电压分布。

5. 智能集群控制技术

• 目标：实现多台区自组织协同运行，提升系统韧性。
• 实施路径：
  • 构建柔性配电系统分层控制架构，上层采用智能体一致性控制，下层采用频率电压控制。
  • 提出“集中决策+就地控制”结合的控制策略，实现平滑过渡。
• 成果：
  • 系统在紧急状态下频率/电压不越限，实现平滑切换。
  • 提出构网型储能技术，提供动态频率和电压基准，支撑独立组网运行。

6. 设备灵活控制技术

• 目标：通过硬件与软件解耦，实现不同设备功能的灵活切换。
• 实施路径：
  • 研制模块化多端口统一配电装备。
  • 提出基于锁相锁幅矢量同步结构的动态功率支撑控制。
• 成果：
  • 基于APLL控制实现快速动态有功和无功支撑，响应时间较传统控制缩短50%。

7. 柔性配电网保护技术

• 目标：实现自适应保护，适应拓扑灵活变化。
• 实施路径：
  • 基于多维SVM，云端训练并修正检测模型，边端设备实时计算。
  • 实现分布式自适应保护和故障自愈功能。
• 成果：
  • 检测时间均小于2个周波，满足IEEE1547-2018标准。
  • 通过云边协同实现无电能质量干扰、更小的检测盲区和多微网场景适配能力强。

总结与展望

柔性配电系统以灵活性应对高度不确定性，为构建分布式智能配电系统提供了新路径。其核心在于灵活控制、拓扑切换和多维协同。分布式电源、电力电子装备、储能、虚拟电厂、可控负荷等是关键灵活性资源。

柔性配电系统是系统工程，需从系统规划、运行控制及柔性装备等多维度协同提升灵活性。未来研究应进一步探索智能算法在灵活性资源优化调度中的应用，提升系统韧性与适应性，推动新型电力系统的构建与发展。

感谢

感谢尚磊、赵洁、路晓庆、刘承锡、李怡雪、华祝虎、韩春伊、杨隽雯等团队老师和学生的贡献！

董旭柱，13902285056，dongxz@whu.edu.cn

感谢国家自然科学基金委的长期资助！

项目名称：基于电力电子变换器装置的交直流配电网规划与灵活组网方法

项目编号：U22B20107