柔性多状态开关在智能配电网中的应用

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分析智能配电系统发展趋势

研讨配电物联网对装备制造业的挑战和机遇

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摘要

浙江大学电气工程学院、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院、国网浙江省电力有限公司的研究人员贾冠龙、陈敏、赵斌、陆翌、杨勇，在2019年第8期《电工技术学报》上撰文指出，柔性多状态开关是一种代替传统联络开关的电力电子装备，它能够满足智能配电网分布式电源的消纳、高供电可靠性等定制电力需求。

本文对实现配电网柔性互联的柔性多状态开关的数学模型和工作原理进行详细分析，提出实现双端配电网络柔性互联的控制方式，并对双端配电网络在不同电压等级、电网频率、电压、相位下的柔性互联进行仿真分析。仿真结果证明了柔性多状态开关的可行性和优越性。

随着发电与用电形式的多样化，配电网在电力系统中扮演的角色愈发重要。各种分布式新能源的高效消纳、能源的协调调配，以及用户侧的高质供给等都经由配电网来完成，为此发展智能配电系统已成为国内外的共识。

柔性多状态开关可以满足智能配电网分布式能源的消纳、高供电可靠性等定制电力需求，因此被视为提升供电灵活性及可靠性的关键配电装备。针对我国城乡配电网发展薄弱的现状，柔性多状态开关技术的应用还有望提升中压线路联络率，构建坚强的负荷转移通道，改善电能质量等。

目前，对柔性多状态开关的研究尚处于初级阶段。Bloemink[4]等于2010年首次提出类似于柔性多状态开关的概念。国内，天津大学王成山教授团队较早提出柔性多状态开关的应用前景。柔性多状态开关是一种电力电子装置，它能够准确完成其所连接两端有源系统的有功功率和无功功率的交换。

柔性多状态开关的使用彻底改变了传统配电网闭环设计、开环运行的工作模式，相较于传统联络开关（Traditional Contact Switch, TS），其避免了因开关频繁变位引起的安全隐患，同时给配电网络的智能化运行带来了诸多益处。

文献[4,6]阐述了柔性多状态开关改善分布式电源消纳能力等的应用。文献[7]介绍了配电网系统中电力电子装备的应用。文献[8]分析了柔性多状态开关对分布式电源发挥的作用。文献[9]对柔性多状态开关在智能配电网互联的技术进行了分析和展望。

上述文献仅对柔性多状态开关做一般性介绍，并未对其应用详细研究。本文在已有文献的基础上，对柔性多状态开关进行建模分析，并对不同电压等级、电网频率、电压相位柔性互联进行仿真验证。

图1  常开联络开关

图2  柔性多状态开关

结论

柔性多状态开关作为一种代替传统联络开关的电力电子装备，被视为提升供电灵活性及可靠性的关键配电装备，有助于实现配电网的智能化。柔性多状态开关的使用彻底改变了传统配电网中闭环设计、开环运行的工作模式。本文通过对柔性多状态开关的数学模型分析和仿真，可得以下结论：

1）柔性多状态开关中，VSC1采用定P控制+定Q控制，VSC2采用定udc控制+定Q控制，整个柔性多状态开关系统可以实现有功功率和无功功率的解耦控制。

2）当两个配电网网络的电压等级、电网频率及电压相位不同或三相不平衡时，可通过柔性多状态开关实现柔性互联，进行能量传输和交换，且动态响应较好。

3）由于柔性多状态开关中一个变流器中采用定直流电压控制，为此，可以将其应用于多端配电网络的柔性互联和能量传输。

4）文中介绍了柔性多状态开关在低压配电网络中的应用，若采用模块化多电平拓扑，可将其应用于中高压配电网络的柔性互联。

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