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編者按：國網(wǎng)能源院電網(wǎng)發(fā)展綜合研究所主要聚焦于電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃與投資政策、智能電網(wǎng)政策與效益、電網(wǎng)精準投資策略、電網(wǎng)投資效益評價與項目后評價等領(lǐng)域，從理論方法、政策機制、發(fā)展規(guī)劃等方面開展研究，實現(xiàn)從理論研究到落地應(yīng)用的貫通。本專欄將圍繞電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃關(guān)鍵問題，從理論研究、政策解讀、理念探討和典型實踐等方面展開，結(jié)合相關(guān)成果和研究思考與讀者進行交流分享。

文章導(dǎo)讀：隨著分布式發(fā)電、電力電子和先進控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，以分布式光伏和電動汽車為代表的直流發(fā)、用電設(shè)備在配電網(wǎng)中的占比逐漸上升，大量直流設(shè)備通過變流器接入交流電網(wǎng)，另外國內(nèi)也出現(xiàn)了直流配電網(wǎng)的試點，在此背景下，催生了配電網(wǎng)側(cè)的交直流混合形態(tài)。在硬件層面，交直流混合配電網(wǎng)具有有源化、設(shè)備電力電子化和通信數(shù)字化的發(fā)展趨勢，而在軟件層面，則具有能量管理中的多層級化和控制中的多尺度特性。本文從以上兩個層面對交直流混合配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢進行分析，以期為電網(wǎng)企業(yè)配電網(wǎng)規(guī)劃和布局提供參考。


一、配電網(wǎng)的交直流混合現(xiàn)狀及發(fā)展需求

19世紀末，交流電機和變壓器的問世使得遠距離且高效率的交流輸電成為可能，自此，交流輸電技術(shù)統(tǒng)治了電力系統(tǒng)長達一個多世紀。近年來，隨著電力電子、新能源發(fā)電和儲能技術(shù)的發(fā)展成熟，直流發(fā)用電技術(shù)重返舞臺。在輸電網(wǎng)中，高壓直流輸電技術(shù)的應(yīng)用大大提升了遠距離輸電效率，而在配電網(wǎng)側(cè)，直流發(fā)電和直流負荷發(fā)展迅速，大量直流設(shè)備接入交流電網(wǎng)以及部分地區(qū)直流配電網(wǎng)試點的開展催生了配電網(wǎng)的交直流混合形態(tài)。在電力電子變流技術(shù)和先進控制技術(shù)的驅(qū)動下，交直流混合配電網(wǎng)高效地兼容交流和直流設(shè)備，同時，包括微電網(wǎng)、分布式光伏儲能系統(tǒng)在內(nèi)許多新興載體的出現(xiàn)，也為多種電源和負荷之間的柔性連接提供了有力支撐。

在目前的配電網(wǎng)中，雖然交流供電仍為主導(dǎo)且相當一部分交流負荷仍然存在，但以分布式光伏為代表的直流可再生能源和以電動汽車為代表的直流負荷發(fā)展十分迅速，怎樣可靠和高效地接納大規(guī)模直流分布式電源并對交直流負荷進行有效管理，實現(xiàn)源網(wǎng)荷之間動態(tài)高效的協(xié)同發(fā)展，成為交直流混合配電網(wǎng)發(fā)展過程中的關(guān)鍵問題。對于交直流混合配電網(wǎng)發(fā)展來說，由于分布式電源、儲能等帶有直流特性的元件的接入，使電網(wǎng)的物理形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，稱之為“硬件”層面的升級。而由于大量電力電子設(shè)備的接入提升了配電網(wǎng)的可控能力，由此帶來能量管理和控制方法的轉(zhuǎn)變，可稱之為“軟件”層面的升級，下面將詳細對硬件和軟件兩個層面的發(fā)展趨勢進行分析。

二、硬件層面的發(fā)展趨勢分析

交直流混合配電網(wǎng)在硬件層面的發(fā)展趨勢可總結(jié)為網(wǎng)絡(luò)有源化、設(shè)備電力電子化和通信數(shù)字化。

有源化是交直流混合配電網(wǎng)最為顯著的特征。分布式電源、儲能裝置和微電網(wǎng)等元素的加入使得配電網(wǎng)側(cè)從無源轉(zhuǎn)為有源，潮流由單向變?yōu)殡p向。有源配電網(wǎng)在實現(xiàn)本地能源綜合優(yōu)化方面更具優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)本地電源和負荷的協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化管理，有效提高系統(tǒng)運行效率，但也存在運行穩(wěn)定性降低、故障診斷困難等問題。

電力電子變流器是組成交直流混合配電網(wǎng)的主要設(shè)備。以直流驅(qū)動的電源和負荷經(jīng)過變流器接入交流電網(wǎng)后，通過電力電子控制技術(shù)實現(xiàn)交直流之間的能量轉(zhuǎn)換。當前配電網(wǎng)中常見的通過變流器接入的直流設(shè)備有電動汽車、儲能設(shè)備、直流家電以及分布式光伏等，未來可以預(yù)見的是，經(jīng)由變流器并網(wǎng)的設(shè)備將在種類和數(shù)量上呈快速增長的趨勢，配電網(wǎng)的電力電子化屬性將得到增強。電力電子化設(shè)備具有響應(yīng)速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)精準控制等優(yōu)點，但也會給系統(tǒng)帶來運行慣性低、諧波污染等問題。

通信的數(shù)字化是交直流混合配電網(wǎng)的重要發(fā)展趨勢。當前，信息通信技術(shù)與電網(wǎng)正處于快速融合發(fā)展過程中，而對于交直流混合配電網(wǎng)來說，交直流設(shè)備的協(xié)調(diào)控制目標要求其能夠處理多元且海量的數(shù)據(jù)，這強調(diào)了配電網(wǎng)側(cè)對于先進信息通信技術(shù)的應(yīng)用，未來的交直流混合配電網(wǎng)不僅是承載多種電能的能量交換平臺，更是處理多元海量信息流的數(shù)字樞紐型平臺。

三、軟件層面的發(fā)展趨勢分析

交直流混合配電網(wǎng)在軟件層面的發(fā)展趨勢包括能量管理的多層級化和控制中的多尺度特性。

多層級化是交直流混合配電網(wǎng)在能量管理中的一個主要趨勢。由于交直流混合配電網(wǎng)中存在包括微網(wǎng)、小型光伏儲能系統(tǒng)在內(nèi)的許多可實現(xiàn)自治的能源管理系統(tǒng)，其能量管理方式趨向于集中式和分布式相結(jié)合的方式，在對設(shè)備的管理上呈現(xiàn)出多個層級。一個典型的應(yīng)用場景是，配電網(wǎng)主站的管理范圍僅到達各微網(wǎng)和光伏儲能系統(tǒng)的接入點，而各微網(wǎng)和光伏儲能系統(tǒng)則負責其本地的綜合能源管理。在具有大量可控設(shè)備的交直流混合配電網(wǎng)中實施集中式和分布式相結(jié)合的管理方案具有許多優(yōu)勢，首先，以微網(wǎng)和光伏儲能系統(tǒng)為單位實施本地能量管理更容易實現(xiàn)分布式能源的本地消納和調(diào)控，另外，集中式和分布式相結(jié)合的方式也會減少對通信系統(tǒng)的投資。

多尺度特性是交直流混合配電網(wǎng)設(shè)備控制的一個重要特點，這包括時間和空間上的多尺度。首先，相比傳統(tǒng)設(shè)備，經(jīng)由電力電子器件接入的設(shè)備在響應(yīng)時間上更短、開關(guān)損耗較低，因此，根據(jù)設(shè)備的不同特性，在日、小時、分秒等不同時間尺度上分別對它們進行優(yōu)化調(diào)配，可提高系統(tǒng)整體運行效率。另外，交直流混合配電網(wǎng)控制還具有空間上的多尺度特性，其控制區(qū)域可劃分為配電網(wǎng)級（整個配電網(wǎng)區(qū)域）和臺區(qū)級（例如經(jīng)由變壓器接入的微網(wǎng)/或某臺變壓器下的無源區(qū)域），實際運行中不僅要考慮配電網(wǎng)級的資源調(diào)配，還要兼顧各個臺區(qū)的優(yōu)化運行目標。

四、結(jié)論

通過電力電子裝置接入的直流發(fā)電設(shè)備和直流用電設(shè)備使得配電網(wǎng)呈現(xiàn)交直流混合特性，促使其在硬件和軟件兩個層面發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)變，交直流混合配電網(wǎng)在硬件層面的發(fā)展趨勢包括網(wǎng)絡(luò)的有源化、設(shè)備的電力電子化和通信的數(shù)字化，而軟件層面的發(fā)展趨勢包括能量管理的多層級化和控制的多尺度特性。

配電網(wǎng)的交直流混合形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠鋷砹税ňC合能源優(yōu)化管理、可控性增強在內(nèi)的諸多優(yōu)勢，但大量電力電子器件的接入，以及包括微電網(wǎng)在內(nèi)的多元供電主體的出現(xiàn)，也給系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和協(xié)調(diào)控制能力提出了挑戰(zhàn)，未來的交直流混合配電網(wǎng)不僅是交直流設(shè)備的物理承載主體，而且將作為多元海量信息流的匯聚處理平臺，推動分布式可再生能源和儲能等技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)綜合能源在配電網(wǎng)側(cè)的落地發(fā)展。 

原標題：交直流混合配電網(wǎng)發(fā)展分析