【柔性配电网介绍概述3300字】

柔性是一种与刚性相对的一种物质特性，其英文表示为Flexible。关于柔性更直接的理解可以是指灵活性，也就是当电力系统发生特性变化时，其电源或负荷可以很快的发生相对应的响应，以此来保证电力系统的可靠、稳定、持续高效的运行。柔性配电网的概念是由天津大学的肖峻教授提出来的，它具体指的是一种能够实现柔性闭环运行的配电网。当前，利用柔性电力电子技术及设备来改造配电网是一个重要趋势，通过这种方法可以很有效的解决在传统的交流配电网当中遇到的问题以及配电网发展过程种的瓶颈。利用先进的电力电子技术可以很方便的构建出高效、可靠、灵活的配电网络，一方面可以提高城市配电网络的可靠性、配电电能质量以及运行效率，另一方面还可以解决大量可再生能源和传统负荷的波动性及其不可控性。在未来，柔性化绝对是配电网发展的一个重要特征。传统的交流配电网因为考虑到电磁环网、短路故障电流过大等各种问题，所以不得不采取“闭环设计，开环运行”的运行模式，这一在一定程度上就影响到配电网的运行效率，而且其可靠性也受到一定的波及。传统配电网是一种刚性配电网络，其系统潮流分布是难以迅速发生变化的，是根据网络拓扑结构以及结构参数、负荷参数和负荷侧需求来自然分布的，只能通过开关器件的开通与关断才能实现潮流的再分布。柔性配电网定义为能够柔性闭环运行的配电网。柔性配电网的特征主要有以下两点，包括：（1）闭环运行。通过柔性电力电子器件，能够再系统闭环点处对短路电流起到阻断的作用；（2）柔性。直流配电网的中的开关并不是传统的只有0和1两种状态，而是变为了连续可调，所以系统当中的潮流就具有了多方向连续可调的能力，从电网的角度看来就是可以改变潮流的自然分布。闭环特征让柔性配电网的供电可靠性进一步提高，在系统发生故障或检修的时候可以有效避免短时停电；柔性特征让柔性配电网能够改变系统潮流的自然分布，能跟随负荷以及分布式能源的波动做出快速响应。最近越来越频繁地提到了智能配电网的概念，其中柔性配电网是智能配电网的重要组成部分与关键环节。智能配电网主要是基于以下两个方面才得以快速发展的，一方面是信息通信技术的进步，如5G技术的普及，使电力系统的通信变得更加快速，信号传输与反馈都更及时，系统的响应速度加快，故障的发现、隔离以及解决能力相应的就得到提高。另一方面是电力电子技术的飞速发展，使得电力配电网络整体都实现了升级。柔性配电网主要使针对电网络的一次系统，使系统具备一定的柔性能力，有助于就地消纳分布式电源，提高了潮流可控性，提高了整个系统的整体可靠性与稳定性。构建柔性配电网的关键在于柔性开关的使用。柔性开关的本质就是一种二端口的电力电子装置，常用的主要是电压源型变流器、潮流控制器、同步串联补偿器等，电力电子装置来实现的。对于传统配电网络的升级与柔性实现，主要在于用柔性开关代替传统的开关，但这种方法通常只适用于简单的单馈线网络柔性改造。对于多馈线的配电网络，可以使用多端口的电力电子装置，这种装置的效率会更高，能够满足大规模的柔性配电网需求。由于最近三十年，我国的电力系统领域发展迅速，配电网的构建规模十分庞大，而且传统交流配电网的体系非常完善，所以随着分布式能源和电动汽车等直流负荷的接入，重新搭建新的配电网不仅会耗费大量的人力、物力、财力，同时其搭建完成后的运行效果以及维护成本目前还是未知的，并没有相关领域内容的研究展开，所以最适合当前柔性配电网建设的方案就是在现有配电网络的基础上进行优化和改进。传统配电网当中使用的开关时刚性开关，其状态只有0和1，也即关断和开通。而柔性开关电力电子设备不仅能实现0和1的状态，同时也可以实现连续的、线性的变化。柔性配电网的构建并不是将系统当中全部的刚性开关替换为柔性开关，而是根据系统规划以及实际的负荷需求，在关键的负荷节点或转换处更换更适合的柔性开关。当前柔性开关的研发成本以及生产成本相对还是较高，大规模投入到配电网中实现应用，虽然会提高系统的灵活度、可靠性以及稳定性，当其成本却也是成几何倍数增加。而且当前的电力电子技术还仍存在发展的余地，柔性开关的可靠性与稳定性还是不如传统的刚性开关，耐久性也会差一点，大规模替换传统刚性开关，会引起系统故障率的提高，这对于整个系统来说也是不好的。综合来看，对于中压层面的城市配电网来说，电力元件部分进行柔性化改造是性价比最高的方式，采用多端的柔性开关对多回馈线进行改造是最适合的方法。城市当中以架空线路及电缆线路为主，单联络结构是不同的负荷馈线间经过一个联络开关连接到两端的母线上，系统正常工作时为开环运行。当其中一条负荷馈线发生故障时，断开断路器或隔离开关，闭合联络开关，负荷就被转移到相邻的馈线上，实现故障的切除以及负荷的转移。将原先的联络开关改造为二端口柔性开关，配合自动控制技术，就可以实现故障发生后的非故障处能够实现连续供电，进一步提高了整个系统运行适合的可靠性。图3-1单联络结构的架空网柔性化改造图3-2单联络结构的电缆网柔性化改造城市当中电缆网络与架空网络的情况相类似，所以对于配电网的改造方案基本一致，用柔性开关替换传统的联络开关就可以实现。当负荷较多时，可以将多条负荷馈线连接在一起，形成配电网。城市配电网的结构也包括架空网及电缆网。用柔性开关替换传统的联络开关，并且对于改造后多余的开关进行拆除，就可以实现多回路馈线的柔性互联，同时也可以实现柔性闭环运行。改造示意图如下图所示：图3-3多联络结构的架空网柔性化改造图3-4多联络结构的电缆网柔性化改造本章选用多联络结构的电缆网柔性化改造进行分析。图3-5柔性配电网正常运行情况对多联络结构的电缆网进行柔性化改造以后，正常运行情况如上图所示，图中柔性开关具有A、B、C三个端口。在传统的配电网当中，各条线路的负荷一般是分布不均衡的，所以每条线路的潮流分布也是不会轻易发生变化的。经过柔性化改造以后，与柔性开关相连的3回路馈线之间的潮流能够根据运行情况有选择性的朝某一方向流动。柔性配电网的馈线间等效负荷可以做到相对均衡，以实现馈线间负荷的相对平衡。用柔性开关调节馈线间的潮流，设调节的潮流量为，调剂以后每回路馈线的等效负荷为。式中，的取值范围为。多联络结构的电缆网故障图如下：图3-6柔性配电网故障情况当系统当中发生故障时，会先隔离故障，未发生故障的区域将切换由其他电源线路供电。柔性配电网运行时候是闭环运行的，所以当系统当中发生故障时，能够快速切除故障，且将非故障区投切到其他电源上，能够有效避免非故障段的短时停电，提高整个系统的供电可靠性。柔性配电网可以按照负荷需求连续分配负荷，综合来看，柔性配电网的负荷裕度也很高，而且不需要经过开关动作，避免了负荷馈线发生过载的情况，从而提高了柔性配电网的安全性。柔性配电网作为智能配电网的重要组成环节，其与传统的刚性配电网相比主要有以下优点：（1）正常工作的情况下，柔性配电网能够依据电力电子器件，实现对负荷以及潮流的平衡，对整个线路进行主动性的均衡，从而具有很高的安全裕度，相比较来说，刚性配电网就没有这样的优势，发生故障时，刚性配电网随时可能出现重载或者轻载不平衡的情况；（2）在故障安全性方面，由于柔性开关的连续调节能力，使得每一条负荷馈线都能够充分发挥其作用，网络间实现相互支持，具有较高的安全性。而刚性配电网主要依靠的是开关的通断，以此来实现故障的隔离，相比较之下，安全性并没有