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摘要：电力作为现代社会最基础的能源之一在各个行业中发挥着极为重要的作用。伴随着电力电子技术的快速发展，柔性直流技术在更多的领域得到应用。近些年，直流配电网成为研究热点，与传统交流配电网相比具有多个优势：省略DC/AC逆变环节、减少耗能；提升配网的输电距离和输送容量，可控电能质量；方便设置储能装置，供电可靠性高；易于新能源的接入等。本文就基于柔性变电站的交直流配电网成套设计展开探讨。
关键词：柔性变电站；交直流配电网；成套设计
引言
随着分布式电源、电力电子技术的进步，配电网用户侧直流负荷和变频负荷占比的增加，传统的交流配电网无论从经济性或是便利性都已无法满足市场的需求。直流配电网因其具有功率双向灵活可控、故障隔离、响应速度快等优势，交直流混合供电将成为未来配电网的发展方向。变电站作为配电网中重要的组成部分，将电力电子技术与变电站技术相结合，构建柔性变电站，将简化变电站设备的种类和数量。
1基于柔性变电站的交直流配电网成套设计体系框架
基于柔性变电站的交直流配电网成套设计，就是在基于柔性变电站技术所构建的交直流配电网的系统设计、设备成套过程中，完成关于工作范围、程序、技术要求、深度规定和工作方法的设计。基于柔性变电站的交直流配电网成套设计研究建立了系统化的成套设计体系，提出了相关理念、原则、方法和设计内容。根据成套设计的框架，结合设计流程将研究内容划分归并，分为系统设计、设备参数设计和控制保护设计三部分。系统设计部分需明确直流电压等级、电气主接线型式及接地方式，通过仿真建模开展潮流分析，并在此基础上，明确系统的运行方式及特性。系统设计部分作为设备参数设计的输入基础。在设备参数设计阶段，通过暂态建模仿真确定设备参数要求，明确主要设备的功能、形态和拓扑结构，并确定直流线路相关设计要求。设备参数设计部分作为控制保护设计的输入基础。在控制保护设计部分，开展控制保护设计，并根据功能需求，设计自动化系统，并最后对系统的功能检测提出要求。根据上述体系的内容，指导工程选址、系统集成、建模分析、设备研发、工程建设和测试试验。以上内容构成一个完整的整体，系统地涵盖了成套设计主要内容，可指导基于柔性变电站的交直流配电网工程，并在实践的过程中又不断地迭代以深化理论研究。针对引言部分提出的基于柔性变电站的交直流配电网的难点，根据成套设计三部分框架体系，从包含典型的新能源发电场景和典型交直流负荷场景的系统方案、核心设备功能需求、大功率电力电子技术与配电自动化技术相结合的控制保护方法三方面重点论述本文所做的创新工作。
2基于柔性变电站的交直流配电网成套设计
2.1柔性电力电子变压站可靠性建模
柔性变电站以电力电子变压器为基础，除常规电能变压功能外，还具备交直流转换和功率调节等功能，对于分布式电源、储能装置和电动汽车蓄电池等双向负荷的接入更加灵活，还能够有效调控交直流配电网运行方式，提高电网状态参数，使新能源发展与配电网技术发展相结合，为当前配电网面临的主要矛盾提供了一条科学可靠的解决方案。柔性变电站的核心设备为多功能交直流电力电子变压器。交直流电力电子变压器采用三级结构，包括输入级钳位双子模块（CDSM）、隔离级DC/DC变压器以及输出级DC/AC和DC/DC模块。因此，交直流电力电子变压器的可靠性评估模型可以划分成三部分分别进行可靠性评估，而后利用串联等值模型获得设备整体的可靠性参数。
2.2方案技术先进性
基于柔性变电站的交直流配电网是电力电子技术与配网技术的结合，其先进性体现在如下几方面。
（1）在分布式电源方面，基于柔性变电站的交直流配电网技术可利用柔性电力设备特性，实现电压、频率等参数动态快速调节；可对变电站系统有功、无功功率起到综合支撑作用；与传统分布式能源并网方式相比，基于柔性变电站的交直流配电网技术可实现分布式电源的直流并网，为分布式电源接入电网的形态提供多样选择；同时具备与各类分布式电源、储能装置协调控制，灵活调控潮流。（2）在多元化负荷供电方面，基于柔性变电站的交直流配电网技术可实现交直流混合输出，提供多电压等级、交直流多电能形态的优质电源，适合数据中心、电动汽车等交直流多元化负荷即插即用，提升了用户友好性；可有效抑制电压闪变，提升电压合格率，隔离电能质量故障；可支撑用户需求侧管理，提供优质电力供应及紧急应召功能。（3）在配电网运行方面，基于柔性变电站的交直流配电网技术连接方式多样，可实现高低压交直流电网互联，实现交直流配电网能量灵活互通，提升配网运行的可控性；可利用电力电子设备动作特性，实现系统故障快速切除，提升配电网运行可靠性，是一种先进的配电网发展形态。（4）在设备集成度上，多功能交直流电力电子变压器集成了中压AC/DC变换器、DC/DC变压器、AC/AC变压器、低压DC/AC变换器、无功补偿装置等设备功能，大幅减少设备配置。在系统设计、控制保护、装备研制等多个方面达到国际、国内领先水平，应用前景广泛。
2.3控制保护方法
基于柔性变电站的交直流配电网需要实现源、网、荷、储协调优化，灵活互动，以及多元信息与多类型能量的高度融合，控制保护策略与以往区别显著。本文提出了大功率电力电子技术与配电自动化技术相结合的控制保护方法。成套设计中构建了“信息流”和“功率流”协同控制的系统架构，实现配电网功率按需分配和能源的优化配置。利用泛在电力物联网技术，建立统一应用支撑平台，用于分布式实时数据库数据管理、提供协调的人机交互界面、网络消息传递、进程间通信、系统管理、报警与事件、数据转发等服务。将区域内的分布式能源和不同用户的用能需求联系起来，建立区域能量优化管理系统，实现区域内多种终端综合能源单元的运行监视和优化调度。
2.4计及直流负荷可靠性评估方法
随着城市配电网的发展，大规模通信中心、数据中心、电动汽车、工业园区直流负载以及分布式电源等占比日益提升。采用直流配电方式，可以节省配电网的换流设备，减少换流损耗。为直流负载提供相应的供电通道是当前柔性直流配电系统发展的一大优势。考虑配电网在设计过程中，为接纳直流负荷，在低压侧负荷点应具备交流、直流两个供电通道分别向交流、直流负荷供电。
结语
本文为基于柔性变电站的交直流配电网方案制定、设备选型、参数确定发挥指导作用，有助于实现柔性变电站在配电网中技术应用的标准化和设计流程的标准化，对于促进柔性变电站在配电网的推广应用奠定理论基础和实施路径。
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