双高配电系统的挑战与应对措施探讨 .docx

双高配电系统的挑战与应对措施探讨

1、研究背景

随着风光等可再生能源及多变流器等电力电子设备在配电系统中渗透率逐步提高，‘双高’配电系统面临诸多问题与挑战。高比例可再生能源出力的不确定性及波动性，高比例电力电子设备大量存在于控制环节带来的低惯性及弱阻尼等新问题均为配电系统安全运行带来了新的挑战。

2、论文所解决的问题及意义

在传统大电网中，源侧与荷侧相距较远且存在变压器、线路等缓冲电力电子设备的相互影响，此外，电力电子设备和可再生能源发电不确定性相叠加的问题影响较小。然而，配电网中源荷距离较近、设备安装环境复杂、设备易损坏、通信环境复杂等原因导致“叠加”现象显著,同时治理问题中存在大量负荷参与的现象，使得“双高”配电系统中已存在的挑战日益严峻并涌现了新的挑战。本文从“双高”特性对配电系统影响的不同时空尺度出发，归纳了配电系统新形势下面临的问题，分析了这些新问题的产生机理，并针对现有的解决方案展开探讨。最后尝试对“双高”配电系统的发展进行展望。

高比例电力电子设备

高比例电力电子设备暂态

源侧变化：同步机→逆变器

荷侧变化：异步机→变频器

配电侧分布式接入——暂/稳态一

能源网

个总物s

保统深度后信息网-

源侧变花：花石/永→风光/储

荷侧变化：新增→冷/热/氢高比例可再生能源发电—稳态

惯性小·

振荡

阻尼弱·

容易损坏

修复不及时——带故障运行直流侧不确定条件下多频段切换起振

L新能源不可调节情况下系统振荡恢复-

无法精准测量

不确定

不易参与调节

提出的新方法

输/变/配→就地消纳；

源随荷动→源荷互动；

稳定机理

调节策略

抑制方法

容错协同控制

“双高”产生的新变化出现的新挑战

容易起振

不易收敏故障多样

优化调度

规划配置

源荷预测

量测—

调节

“双高”配电系统

主动安全控制

二级(协同)

一级(本地)

多级控制

图1“双高”配电系统整体框架

3、论文重点内容

本文尝试从时空尺度出发，归纳并总结“双高”配电系统中源荷变化及暂稳态的特点，新问题的表现形式，产生机理及应对措施。并尝试将高比例电力电子设备与高比例可再生能源的挑战及应对措施进行有机结合，最后针对“双高”配电系统的未来挑战及发展趋势进行了展望。

系统级

场站级

设备级

元件级

空间尺度

超短期预测短期预测中期预测

风光等可再生能源出力预测

分布控制集中控制分散控制风光等可再生

分布控制集中控制

分散控制

风光等可再生能源场网交互

负荷预测

控制环节机组出力优化

储能管理基于风光等可再生能源接口的变流器

储能管理

电力电子变换器

IGBT\MCTIGCTSITH滤波电路\软开关

长期预测

电网规划经济规划拓扑规划

容量规划电源规划储能规划

时间尺度毫秒级秒级分钟级小时级天级月级年级

时间尺度

图2“双高”配电系统时间-空间特点归类

1)高比例电力电子设备低惯性及应对策略。

随着电力系统中电力电子设备的增加，系统惯量降低，导致稳定性下降。应对策略包括基于虚拟惯量控制的变流器控制方式，以及建立基于同步机的旋转惯量支撑场站，以提升系统的等效惯量和稳定性。

2)高比例电力电子的弱阻尼及其应对策略。

电力电子设备的广泛接入导致系统阻尼减弱，可能引发系统振荡失稳。应对策略涉及从源侧和载侧两个方面进行阻尼分析，采用频域和时域分析法，以及全局阻尼优化，包括设备层、场站层和系统层的阻尼优化措施。

X又4

X

又4Q

又dC

传统配电系统发电设备

渗送率

同步发电机

“双高”配电系统发电设备

电力电子设备同步发电机

具体静止型变换器同步机占比下降抗扰、

表现PLL等控制环节场网交互弱化现象解析

模型构建法数据辨识法

阻抗分析法复转矩系数法模式分析法

理论依据

旋转惯量支撑虚拟惯量支撑支撑、

设备层优化场站层优化系统层优化优化

广义惯量分析系统阻尼分析

全局惯量支撑系统阻尼优化

惯量高阻尼强

惯量低阻尼弱

传统惯量，i传统阻尼

电力系统具备足够的抗扰能力

挑战分析补偿

新型惯量新型阻尼

低惯性现象

弱阻尼现象

新能源渗透牢

a50%

新能源

a≈0

图3“双高”配电