含高比例可再生能源的交直流混联电网规划技术研究综述
李 婷1，胥威汀1，刘向龙2，向 月2，刘俊勇2，朱 觅1，杨新婷1，李 奥1
【摘 要】摘要：为了解决含高比例可再生能源的交直流混联电网供电问题，提出了电网规划的研究框架。首先总结了含高比例可再生能源的交直流混联电网的结构形态特性，围绕多重不确定性和电力电子化两个关键驱动因素，指出了系统规划在场景提取、规划建模、优化策略和运行模拟等方面面临的新挑战。从五个方面评述了国内外研究成果，包括源网荷储协同规划建模、不确定性场景构建、复杂交直流网架优化、换流设备配置优化以及潮流分析。最后，结合交直流混联电网在能源市场交易中的优势，展望了电网规划研究中的关键研究点。
【期刊名称】电力系统保护与控制 【年(卷),期】2019(047)012 【总页数】11
【关键词】交直流混合；高比例可再生能源；规划；潮流；换流器
0 引言
推动清洁可再生能源逐步替代化石能源，是人类社会实现能源与经济可持续发展的重大战略需求。清洁可再生能源普遍具有间歇性与波动性，高比例接入时，其不确定性与时空分布特性给传统交流系统的安全稳定运行带来了巨大的挑战，同时也阻碍了清洁可再生能源的长距离外送及就地消纳。近年来，随着电力电子技术的不断发展，直流技术在可再生能源并网、传输、消纳等方面的优势不断凸显。
在高压侧，由于直流系统不存在功角稳定问题以及无功问题，无需跟踪频率与电压相角变化，柔性直流技术又可进一步实现有功功率和无功功率的快速解耦控制，不增加系统短路容量且能迅速实现潮流反向，已在大规模异步电网互联[1]与电力交易[2]、电能超远距离传输与调度[3]、风电场/光伏列阵集中并网[4]等方面取得了广泛应用。
在低压侧，直流系统中电压源型换流器、直流软开关、电力电子变压器等柔直电力电子装置，赋予了配电网灵活的分区潮流路由能力[5]，可为负荷中心提供动态无功支撑[6]，在应对分布式电源出力波动等方面优势明显。另外，直流型电源和直流负荷直接接入直流系统，可大幅减少转换损耗[7]，降低网架复杂度。 考虑到传统电力系统的交流电源以及交流负荷还将长期存在，从技术经济以及充分利用原有交流配电系统存量资产的角度出发，交直流混合将是电力系统适应未来可再生能源高比例接入的重要发展方向。然而，风能、太阳能等间歇性可再生能源的高比例接入将极大改变系统特性[8]，交直流混联电网的运行方式也与传统交流系统有本质区别，致使现有的规划技术面临巨大挑战，在可再生能源低渗透率接入、系统中直流成分少、电力电子化程度低时，电力系统的特性及稳定机理均有成熟的理论及实践基础，因此这种情况下电力系统配置规划需要解决的关键技术问题是如何为可再生能源电力系统的随机性提供备用[9]。然而由于分布式能源的时空分布特性[10]、不确定性以及电力电子设备惯性小、控制模式多[11]等特点，可再生能源高比例接入和高度电力电子化将使系统的特性、运行方式、稳定机理甚至继电保护机理等均发生巨大变化。随之而来的是电力系统灵活资源不足、源荷界限模糊控制难度大、电力电量平衡概率化、系统稳定性减弱等问题，另外在源端强波动性、随机性与荷端大量含源负荷的
共同作用之下，输配电网络的规划与运行特征也将发生根本性变化，传统的规划设计原则、供电能力、可靠性和经济性评估方法已不再完全适用，需从交直流混合配电网的运行特点和相互影响关系出发，重点研究交直流混联电网规划的核心问题。
本文首先介绍了交直流混联电网相比于传统交流系统的结构形态特性和运行特征，结合可再生能源高比例接入给系统带来的强不确定性场景，指出了规划技术面临的新挑战；从源网荷储协同规划、交直流混合潮流分析、不确定性场景建模、交直流混联电网网架优化、换流设备选址定容四个方面分析了含高比例可再生能源的交直流混联电网规划的关键技术。
1 技术特征及挑战
1.1 系统结构形态特性
与传统交流系统相比，含高比例可再生能源的交直流混联电网最显著的特征是电力电子化，电力电子器件卓越的控制能力和灵活的电量转换特性，不但满足了可再生清洁能源大规模集中并网或高渗透率分散接入的要求，也迎合了未来用户电能质量和用电形式定制等多样化用电需求，因此除了各类并网装置，电能质量控制装置、固态开关、直流变压器等也应用了电力电子技术。随着固体电子技术与碳化硅等宽禁带半导体新材料技术的快速发展，这些电力电子器件的集成化、模块化程度越来越高，如集合多种电能质量控制技术的统一电能质量控制器、分布式电源变流系统与电能质量控制相融合的逆控一体机、多功能逆变器以及电力电子变压器等[12]，电力系统的“源、网、荷、储”都不同程度地加速了电力电子化进程。
在可再生能源高渗透率接入和电力电子化的双重驱动下，交直流混合的电力系
含高比例可再生能源的交直流混联电网规划技术研究综述
