考虑低压台区柔性互联的配电网最大供电能力_祖国强.pdf

Vol.47 No.7 Apr.10,2023第 47卷 第 7期 2023年 4月 10日考虑低压台区柔性互联的配电网最大供电能力祖国强1，2，郝子源3，黄旭2，3，张弛1（1.国网天津市电力公司电力科学研究院，天津市 300384；2.智能电网教育部重点实验室（天津大学），天津市 300072；3.国网天津市电力公司城东供电分公司，天津市 300250）摘要：“双碳”目标下，配电网将承载分布式发电、电动汽车、电采暖等低碳技术的大规模应用，面临着承载能力不足、负载不均衡以及电能质量等问题的严峻挑战，而低压台区柔性互联技术被认为是应对上述挑战的有效手段。因此，研究了考虑低压台区柔性互联的配电网最大供电能力（TSC）。首先，给出了考虑台区柔性互联的配电网典型结构以及运行方式，建立了考虑柔性互联设备多端口潮流灵活分配、负荷多级转供的配电网 TSC 模型；其次，针对所提 TSC 模型的非线性非凸特征，提出了基于分支定界算法的模型求解方法；然后，计算了实际台区柔性互联配电网算例的 TSC，并进行 N-1安全性校验；最后，观测了不同低压柔性互联设备容量下 TSC 数值的变化规律，给出了台区柔性互联配电网的规划运行建议，为低压台区柔性互联技术在配电网的大规模应用提供了理论基础。关键词：低压配电网；台区；柔性互联；最大供电能力0 引言随着全球能源结构向清洁、低碳化转型，中国已提出“碳达峰碳中和”的宏伟目标。配电网作为连接用户与大电网的枢纽，将面临大规模分布式电源（distributed generation，DG）、电动汽车、储能、电采暖等低碳元素的接入，由此引发的系统承载能力不足、负载不均衡、电压越限等问题给配电网规划运行带来了严峻挑战。从网架升级角度来看，柔性互联技术是解决上述问题的有效手段，其含义为采用电力电子柔性互联设备（flexible interconnected device，FID）升级/构建配电网联络节点，利用 FID 的动态潮流控制能力以及故障隔离能力实现配电网柔性闭环运行1。配电网柔性互联技术已经历了 10余年的理论研究，已有示范工程建设主要针对高压和中压配电网，如英国 Network Equilibrium 项目2、北京怀柔的三端柔性环网示范工程等3。相比于中压柔性互联，低压FID 由于技术难度与成本相对较低、应用场景多样，有潜力率先规模化应用，形成 0.4 kV 低压柔性互联配 电 网（low-voltage flexible distribution network,LVFDN）。国内学者最早于 2014年开始研究 LVFDN。文献 4 提出了低压直流的 AC/DC 变流器控制策略，使得配电台区能够共同承担电动汽车负荷、平衡负载；文献 5 对比了配电台区电动汽车快充负荷分散接入的传统方式和 LVFDN 的新型接入方式，对台区柔性互联风险进行了评估；文献 6 以台区负荷均衡为目标，提出了基于直流线路的台区负荷转供方法；文献 7 提出了考虑规模化电动汽车快充负荷的柔性台区经济调度方法；文献 8 设计了中国海宁某台区基于柔性互连的低压交直流混供配电网方案；文献 9 对含 FID 的配电网-微网进行一体化规划评估。示范工程方面，2020年宁波北仑开展了中国最早的柔性台区示范工程10；中国山东济南建成了基于台区智能融合终端的低压柔性直流互联系统。国际上，英国电网公司于 2014 年启动了 FUN-LV 工程11，其低压 FID 规模达到 24个，工程建设历时三年，展示了较好的经济、社会和环境效益。文献12 对比了 FID和传统联络开关在配电网中的表现差异，发现 FID能提高资产利用效率，释放潜在电网容量并改善运行情况；文献 13 研究了含储能的低压 FID全局控制策略，可用于 FID的运行优化；文献14 提出了一种多目标优化框架，以改进包含 DG和 FID 的配电网运行；文献 15 利用 FID 实现低压直流配电网实时协调控制；文献 16 提出了当 FID处于变压器均衡和电压支撑模式时的操作算法，开DOI：10.7500/AEPS20211116005收稿日期：2021-11-16；修回日期：2022-02-14。上网日期：2022-09-01。国家自然科学基金资助项目（52007130）。84祖国强，等 考虑低压台区柔性互联的配电网最大供电能力http：/www.aeps-发了功率因数校正和负荷不平衡补偿功能；文献17 研究了利用 FID对铁路电网和低压配电网进行柔性互联的新模式。上述研究对 LVFDN 的组网方案、风险评估、调度方法等进行了研究，然而对于 LVFDN 的供电能力 研 究 尚 属 空 白。最 大 供 电 能 力（total supply capability，TSC）是配电网规划、评估以及安全分析的经典指标。针对传统 10 kV 中压配电网，TSC 已建立了从模型、算法到应用的完整体系18-24。针对10 kV 中压柔性互联配电网，文献 22-23 采用逐点逼近法计算中压柔性配电网的 DG 承载能力；文献19 建立了柔性配电网 TSC 模型；文献 25 提出了交直流混合中压配电网的 TSC 计算方法；文献 19，26-27 提出了 N-1 故障下柔性设备对负荷的柔性转带策略，但是仅局限于中压 10 kV 网络，或者只考虑配电变压器（简称配变）通过 FID 互为 N-1 备用的情况5，11，28。上述研究对于 LVFDN 的 TSC 研究具有借鉴意义，但是在 FID 负荷连续分配、N-1 后的负荷二次转供等难点问题上未有涉及。由于LVFDN 在 0.4 kV 低压侧形成了联络，存在中低压负荷转供的双重约束，LVFDN 的运行将更加复杂，需要研究新的 TSC模型及求解算法。本文首先研究了 LVFDN 的典型结构及其运行方式；其次，研究了考虑台区柔性互联、负荷多级转供的 TSC 模型；然后，针对所提 TSC 模型特征研究其求解算法；最后，选取实际配电网算例验证所提TSC 计算方法的准确性，并分析低压柔性互联对TSC的影响机理。1 考虑台区柔性互联的配电网形态1.1网架结构低压台区柔性互联的基本结构主要包括集中式和分布式 2种29，见附录 A。集中式台区柔性互联的各台区经由低压侧一路交流电缆引出，通过 AC/DC 转换器连接至公共直流母线，并在直流侧预留各种新能源、储能或负载的接口。宁波北仑集装箱工程、英国 FUN-LV 工程等均为此类方式。其优点包括 FID 集中布置、便于管理，不同换流站之间通信简单；缺点包括可以预留的直流端口数有限，可直接接入的直流负载数量较少，而且需要额外的站址安置 FID。集中式布置适用于直流源荷规模较小、分布相对集中的场景。分布式台区柔性互联的各台区低压侧交流出线通过 AC/DC 转换器就地连接直流母线，各台区间再通过直流电缆和直流开关互联，直流侧同样预留接口。这类方式的优点包括便于大规模 DG、储能、直流负载等直流设备的接入，不需要额外为换流站选址，基于已有开关柜改造扩建即可；缺点包括 FID的不同端口距离较远，存在通信问题，运行维护工作量大，而且直流断路器等额外设备成本相对较高。FID 规划方面，首先，通过负荷曲线分析台区负荷时空特性的互补程度，优先选址在互补程度较高的地区；然后，根据不同场景下台区间负荷转供需求确定 FID 的端口容量；最后，实地考察确定安装方案。一个具备一定规模的 LVFDN如图 1所示。1.2运行方式正常运行时，基于 FID的功率连续调节功能，互联台区能够通过 FID实现负荷均衡，缓解配变重载、过载的风险。此外，基于 FID 的独立无功功率输出功能，还可以为台区提供电压支撑，缓解间歇性 DG接入造成的电能质量问题。当某个台区的配变故障退出运行后，首先，计算互联其他台区配变的剩余容量，确定必须切除的负荷以及可以转供的负荷；然后，将可转供的负荷通过FID 快 速 转 带 至 互 联 的 其 他 台 区 配 变。当 某 段10 kV 馈线发生故障并隔离后，为恢复非故障区供电，配电网将同时采取 2种手段：1）通过中压线路开关操作转移非故障区负荷，尽可能地恢复供电；2）通过低压 FID 转移台区的部分负荷（互联台区中至少有一个处于非故障区）。2种手段综合运用，以损失负荷最小为目标。当 110 kV 或 35 kV 变压器发生故障退出运行时，可以等效为若干条馈线失电，负荷转供方式与 10 kV馈线故障类似。以一个局部低压台区柔性互联配电网为例说明上述运行方式，如图 2 所示。在正常运行时，开关（包含负荷开关和断路器）K1、K2、K4、K6、K7闭合，K3、K5断开。此时，配变 D1和 D2、D3和 D4分别通过 FID连接，以负载率均衡为目标运行。当配变 D1 故障时，D1 的负荷总开关断开，D1所供的 L1 部分负荷（可转供部分）经 FID 转供至D2。当馈线 F2出口故障后，K4断开，K3闭合，此时D3 由馈线 F1 供电，同时考虑到馈线 F1 的容量约束，可将 L3 部分负荷转供至 D4（二次转供）。二次转供过程如图 2 所示。图 2 中，F2F1 表示负荷的供给电源由电源 F2 变为电源 F1，其余以此类推。更多接线模式的 LVFDN负荷转供方式见附录 B。2 考虑台区柔性互联的 TSC模型根据 1.1节 LVFDN 网架结构与 1.2节运行方式建立 LVFDN的 TSC模型。2.1基本假设城市地区土地空间资源紧张、负荷密度大，台区852023，47（7）学术研究 供电能力不足的矛盾更加突出，最有可能率先应用低压柔性互联技术。本文首先针对城市场景特征，结合工程实际给出以下基本假设，这些假设在现有TSC研究中也经常采用19，30：1）设节点功率从配变流出方向为正，注入为负，这与配电网调控人员习惯一致。2）采用直流潮流计算，这是由于城市电网线路相对较短、网损相对较小，简化考虑包括网损的馈线出口潮流31-32。3）故障集考虑主变压器（简称主变）故障退运、馈 线 出 口 线 路 故 障 退 运 和 配 变 故 障 退 运，不 考虑 10 kV支线故障以及 0.4 kV线路故障。4）由于城市地区 DG 渗透率相对较低，节点净功率仍呈中压流向低压的供电特性，暂未考虑 DG。若需考虑，可以简化为负功率负荷。2.2运行约束设配电网台区个数为 n，台区的配变高压进线净功率等于配变所供用户总视在功率以及与台区互联的 FID端口注入功率之和。考虑正常运行时该功率需要小于配变的额定容量，以及不允许配变潮流倒送的约束，有0(SD，i+SFID，i)CD，i 1 i n（1）式中：SD，i为台区配变 i 所供用户总视在功率（不包含 FID 的注入功率）；SFID，i为与台区配变 i 互联的FID 端口注入功率之和，取正表示功率由配变流向FID（FID端口等效为负荷），取负则表示功率由 FID注入配变（FID 等效为电源）；CD，i为配变 i的额定容量；为重载系数，正常运行中一般取 0.70.8，在N-1 场景下可以近似认为等于 1（允许短时重载运行）。FID端口转移功率需满足端口容量约束：|SFID，i|CFID，i（2）式中：CFID，i为与台区配变 i互联的 FID容量。FID 的各个端口功率之和满足基尔霍夫方程，并忽略装置自身损耗，可表示为：i FIDSFID，i=0（3）式中：FID为 FID所有端口集合。在直流潮流的条件下，配电网潮流简化为功率平衡方程30，线路 b 流过的功率等于其下游全部台区配变高压侧进线净功率之和，线路容量约束为：负荷一次转供方向;负荷二次转供方向F2 F1FIDFIDL1L3L4K1K4K7K3K2K5K6F1F2F3L2D2D3L4D4D5L5F2 F3D1联络开关;断路器;分段开关图 2馈线 F2故障下 LVFDN的负荷转供方式Fig.2Load transfer mode of LVFDN under fault of feeder F2ACDCACDCACDC直流微网居民负荷居民负荷电动汽车DG储能FID工商负荷交流微网FID断路器联络开关分段开关简化的集中式FID低压台区低压交流负荷低压直流负荷台区配变中压交流线路低压交流线路低压直流线路光伏发电FIDFIDFID双端集中式FID双端分布式FID三端分布式FIDFIDFIDFID12FID12FIDACDCACDC图 1LVFDN典型结构Fig.1Typical structure of LVFDN86祖国强，等 考虑低压台区柔性互联的配电网最大供电能力http：/www.aeps-SB，b=i B，b(SD，i+SFID，i)CB，b（4）式中：SB，b为线路 b流过的功率；B，b为线路 b下游台区集合；CB，b为线路 b的额定容量。类似的，主变 t的容量约束为：ST，t=i T，t(SD，i+SFID，i)CT，t（5）式中：ST，t为主变 t流过的功率；T，t为主变 t下游台区集合；CT，t为主变 t的额定容量。2.3N-1安全约束TSC 定义为配电网满足 N-1安全准则的最大负荷供应能力。因此，除了正常运行下的安全约束外，还必须考虑 N-1 安全约束。在 LVFDN 中，N-1 安全是指配电网单一元件在系统故障后退出运行，系统通过网络重构、FID 功率调节等方式至少能找到一种新的运行方式使得非故障区负荷仍能保持供电，同时满足系统安全性约束式（1）至式（5）。本文考虑的 N-1 故障集包括单个台区配变故障、馈线出口故障和主变故障。无论发生哪类故障，系统都将发生 2 个变化：1）网络重构造成的拓扑变化；2）FID 的端口功率变化。二者的目的都是尽可能保证不失负荷。在新的拓扑和 FID 功率分配下，系统仍要满足运行约束式（1）至式（5）。记故障集为，单一故障k 发生后，新拓扑条件下线路 b、主变 t 下游台区的集合分别为(k)B，b、(k)T，t，则运行约束式（4）和式（5）可以表示为：SB，b=i(k)B，b(SD，i+SFID，i)CB，b（6）ST，t=i(k)T，t(SD，i+SFID，i)CT，t（7）现有 TSC 研究均未涉及台区 N-1 故障，主要原因是台区下低压配电网线路均为辐射结构，若台区配变故障，通常只能停电等待恢复，从结构上不符合 N-1 安全性。在 LVFDN 中，由于 FID 的存在，台区配变故障后负荷可以转移到其他配变。从另一个视角，FID 将作为台区负荷的新电源。设台区配变 i发生故障，其负荷SD，i将尽可能通过互联的 FID端口 i 转出到其他端口，本质上是按一定比例分配到其他互联配变，这得益于 FID 的多端口潮流灵活分配能力，可表示为：jSD，i=SFID，jj FID，j ij=1（8）式中：j为台区 i故障后经过 FID端口 j向台区 j转移的负荷比例系数。2.4综合模型依据 TSC 的定义，LVFDN 的 TSC 模型目标函数同传统 TSC模型一致，为所有用户负荷SD，i之和：max TTSC=i=1nSD，i（9）式中：TTSC为 TSC的数值。传统配电网的 TSC 模型中，只有用户负荷SD，i为变量，而在 LVFDN 的 TSC 模型中，还有 FID 的端口功率SFID，i为变量。TSC 结果不仅对应了至少一组用户负荷分布，还对应了至少一组可行的FID 端口功率分布。需要指出的是，TSC 模型的优化目标是唯一确定的，即式（9），而 FID 的功率分布是优化的变量，不属于优化目标。由于在 N-1 后，模型会重新优化 FID 的端口功率分布，这本质上是对柔性互联的台区负荷进行了二次转供。一次转供是中压刚性的开关重构实现，二次转供是调整 FID 端口功率。传统刚性配电网受到开关操作灵活性、寿命、人工成本等限制，一般不进行二次转供，而 LVFDN 可以解决这一问题，通过二次转供提升网络灵活性和可靠性。综上，得到 LVFDN的 TSC模型为：max TTSC=i=1nSD，is.t.式(1)至式(5)k 式(6)至式(8)（10）由于式（8）中 j和SD，i均为优化变量，同时 N-1后不同拓扑、FID 多端口功率分配的方案以取“并集”的方式判定系统安全性，式（10）为非线性非凸规划模型。由于模型存在多解，一些解对应的负荷分布很不均衡，与实际配电网差距较大。参考文献 19 的方法，在达到 TSC 的前提下，以台区用户负荷均衡为目标进行二次优化，目标函数为：min DVLR=i=1n(RD，i-RD)2nRD，i=SD，iCD，iRD=1ni=1nRD，is.t.式(9)（11）式中：DVLR为台区负荷的方差；RD，i为台区配变 i的负载率；RD为 n个台区配变负载率的平均值。872023，47（7）学术研究 3 TSC模型求解算法式（1）至式（11）提出的 LVFDN 的 TSC 模型为非线性非凸规划模型，传统 TSC 模型常用的线性规划求解方法18-19不再适用。本文参照文献 33 的求解方法，以分支定界算法为基础，并对各类故障下负荷转带校验的子问题进行线性规划松弛和凸包络近似。这一方法能够快速遍历所有子问题，快速收敛至全局最优解，具有较好的鲁棒性。求解算法流程如图 3所示。TSC模型求解算法的步骤为：首先，根据电网结构参数获取主变、馈线和配变集合，并生成台区视在功率和 FID 端口装置的注入功率变量；其次，针对单一故障集中的所有故障元素 k进行 N-1安全校验，故障后形成的新拓扑由经典的中压配电网重构方法得到34；最后，对所有故障、元件列出N-1约束后，计算 TSC值。相比于已有 TSC 模型和求解算法18-19，本文所提 TSC 模型和算法考虑了台区配变级的负荷转带，并在此基础上实现负荷的二次转供。通过 FID，对于多个备用的电源点（台区配变），负荷可以任意比例转供。4 算例分析4.1算例信息以图 1为基础构造算例验证本文方法。统一取FID 容量CFID为 0.3 MV A。将图 1 简化为点边图表示，如图 4所示。本文只考虑台区、馈线出口和主变的 N-1 故障，此时，同线路上的低压柔性互联不影响 N-1 负荷转带，故简化省去同线路上的低压互联线路。算例包括 4 台主变、11 条中压馈线、5 个FID（4 个 双 端 口 FID、1 个 3 端 口 FID，共 11 个 端口）。主变 T1 容量为 15 MV A，T2、T3 和 T4 的容量均为 20 MV A，馈线容量均为 8 MV A，配变的容量均为 0.6 MV A。4.2TSC计算结果根据第 2 章提出的方法建立算例电网的 TSC模 型，并 采 用 第 3 章 提 出 的 算 法 进 行 求 解。在MATLAB 平台采用配置 i5-8300H CPU 8 GB 内存的计算机，平均计算一组算例的 TSC 均衡解的时间为 2.14 s。开始获取电网结构参数,得到主变集合、馈线集合、配变集合生成故障集,k为其中的故障元素k=0通过均衡转带原则,将故障后配电网重构形成新拓扑生成用户视在功率SD,i和FID端口注入功率SFID,i对主变集合、馈线集合、配变集合的元素,依次进行N-1校验,取i=0i=i+1在新拓扑下,由式(6)至式(8)输出N-1约束式,并计及端口功率约束式(1)至式(3)i达到最大值?YNk达到最大值?YNk=k+1由TSC目标式(9)联立各安全约束式求解模型结束图 3基于分支定界算法的 TSC模型求解算法流程图Fig.3Flow chart of TSC model solving algorithm based on branch and bound algorithm主变;联络开关;低压台区;中压馈线;FID低压柔性互联F1F2F3F4F5F9F10F11F6F7F814393658648750771234567891011121315163240302928272625242322212019181733343537384847464544434249515253545556575960616263888685848382818079787675747331656667686970717241图 4含 5个低压 FID的 LVFDN算例拓扑Fig.4Topology of LVFDN case with five low-voltage FID88祖国强，等 考虑低压台区柔性互联的配电网最大供电能力http：/www.aeps-计算得到 TSC值为 53.4 MV A，通过式（11）得到的均衡解中，对应的 11条馈线负荷以及 11个参与柔性互联的台区负荷如表 1所示。对应的所有 66个台区负荷分布见附录 C表 C1。4.3N-1安全校验采用文献 30 所提出的方法，对表 1 的 TSC 负荷 分 布 进 行 N-1 安 全 校 验。结 果 表 明，在 当 前TSC 负荷下，配电网刚好满足 N-1安全，即再以任何方式增加任意大小负荷，都至少存在一个 N-1故障使得算例配电网出现不安全的状态，这说明本文所提出的 LVFDN的 TSC模型与算法是有效的。表 2 为一个略高于 TSC 水平的负荷分布的校验结果，此时负荷之和为 53.5 MV A，详见附录 C表 C2。可以看出，馈线 F1在 F3出口故障和馈线 F4出口故障场景下出现了容量越限情况，且越限容量刚好等于在 TSC负荷基础上增加的 0.1 MV A。4.4低压柔性联络对 TSC的影响机理分析4.4.1N-1负荷二次转供分析以馈线 F2 和 F9 故障场景为例，分析算例 TSC水平下的 N-1负荷转供特征，如表 3所示。由表 3 可知，本文方法能够反映中压馈线重构和低压 FID 柔性转带相配合的方式，共同使得算例的 TSC 达到较高水平。以馈线 F9为例，其故障时，F9 上的负荷部分首先转带至 F5，使得 F5 存在过载风险，然后，F5 的 D39、D36 的负荷经 FID 快速转至其他配变，实现了 N-1 后的快速二次转供，这是传统配电网无法实现的。4.4.2FID容量对 TSC的影响机理采用图 4所示算例，保持主变、馈线和配变的容量不变，规定算例中所有 FID 端口容量CFID同步从0增加至 0.6 MV A（通常 FID 端口容量不会大于对应配变容量）。计算不同 FID 端口容量下的 TSC 如表 4所示。基于表 4 绘制 TSC 随CFID的变化曲线，如图 5所示。可以看出，TSC 随 FID 的端口容量增长的特征为：先呈线性快速增长（区间 1），然后增长变缓（区间 2），最后不再增长（区间 3），形成 2 个较为明表 1TSC水平下各馈线、柔性台区负荷Table 1Load of each feeder and flexible distribution area at TSC level馈线编号F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11负荷/（MV A）2.37.05.76.01.66.06.04.37.32.94.3台区编号D31D39D36D61D57D66D72D87D41D50D77负荷/（MV A）0.30.30.30.30.30.30.30.30.30.30.3表 2高于 TSC水平的负荷 N-1校验结果Table 2N-1 test results of load with higher level than TSC故障元件F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11转供馈线/台区F3,F4F5，D39，D36F1F1，D31F2，F9，D39，D36F10，D61，D57，D50F10，D66，D72，D50F11，D87，D77F5，D41，D39，D36F6，F7，D50F8，D77，D87转供馈线/台区的剩余容量/(MV A)0，1.90，0，0-0.05-0.1，00，0.7，0，00，0，0，00，0，0，00，0，00，0，0，00，1.7，00，0，0违背运行约束无无有有无无无无无无无表 3TSC水平下的 N-1负荷二次转供特征Table 3Features of N-1 load transfer at TSC level故障元件F2F9中压转供方向F2负荷转带至 F5F9负荷转带至 F5FID端口功率变化/(MV A)SFID,310.30.3SFID,39-0.3-0.3SFID,36-0.3-0.3SFID,610.30.3SFID,410-0.3SFID,5000.15SFID,7700.15N-1校验结果通过通过达到临界容量元件F5F5表 4不同 FID端口容量对应的 TSC及其负荷分布Table 4TSC and its load distribution for different FID port capacitiesCFID/(MV A)00.050.100.150.20TSC/(MV A)51.0051.4051.8052.2052.60CFID/(MV A)0.250.300.350.400.45TSC/(MV A)53.0053.4053.5553.7053.70892023，47（7）学术研究 显的拐点，对这一变化特征的机理分析如下。首先，台区之间通过 FID互联形成热备用，则区域供电能力显然会有所增大，而这种增大的程度取决于互联的台区可以共享多少容量，这个容量的大小又是由 FID 端口容量决定的。因此，当 FID 端口容量非常小时，台区供电能力几乎没有增加，接近传统刚性配电网的供电能力（TSC 为 51 MV A）；当FID 容量非常大时，台区间热备用容量最大，TSC也增加至最大（TSC 为 53.7 MV A）。在此期间，TSC 的增长又分为 3个阶段，主要是影响 TSC 增长的瓶颈元件发生变化造成的。第 1 阶段（区间 1）：TSC 以斜率k=8线性快速增加，这是由于 TSC 的增长受到双端 FID 容量限制；当到达拐点 1 时，CFID刚好是双端 FID 互联配变容量的 1/2，此时，TSC 的数值开始受到双端 FID 互联配变容量的约束，对应台区 D1、D2的最大负荷均为 0.3 MV A；此后，即使继续增加CFID，TSC 也不能再快速增加，否则双端 FID 互联的配变容量将不满足 N-1安全性。第 2 阶段（区间 2）：TSC 以斜率k=3增加，较第 1阶段速度下降，此阶段 TSC 增长一方面受到双端 FID 互联的配变容量的约束，另一方面受到三端FID 端口容量的约束。当CFID增加到拐点 2 时，TSC 的数值开始受到三端 FID 互联配变容量的约 束，对 应 台 区 D9、D10、D11 的 最 大 负 荷 均 为0.4 MV A。此后，再增加任意负荷都会导致配变容量不满足 N-1安全约束。从数学上进一步分析，采用 n 端 FID 进行柔性互联，配变容量为CDT，当CFID CDT(n-1)/n时，TSC 增长的瓶颈元件为 FID 端口容量；当CFIDCDT(n-1)/n时，TSC 增 长 的 瓶 颈 元 件 为 配 变容量。第 3 阶段（区间 3）：TSC 保持不变。此阶段限制 TSC 增长的约束为配变容量。综上所述，从提升TSC 角度，CFID的容量配置应主要参考当前配变容量，对于 n端 FID 互联装置，最大安装容量建议不超过(n-1)CDT/n。根 据 图 5，本 算 例 建 议CFID取0.30.4 MV A之间。4.4.3传统配电网与 LVFDN的对比分析结合算例 TSC 的研究，进一步对比分析传统配电网与 LVFDN的特点，如表 5所示。由表 5可知，LVFDN 在潮流控制能力、可靠性、TSC 的适应性方面存在明显优势。随着电力电子技术以及智能运行维护技术的进一步发展，FID 成本以及运行维护成本的不断下降，未来新型电力系统中 DG、直流负荷规模的不断增加，LVFDN 的技术优势会进一步增加。5 结语本文首先提出了基于低压 FID 构建的 LVFDN典型网架结构和运行方式，并在此基础上提出了LVFDN 的 TSC模型。该模型计及了 FID多端口潮流灵活分配以及 LVFDN 的二次转供特征。针对所提出模型的非线性非凸规划特征，提出了基于分支定 界 算 法 的 TSC 模 型 求 解 方 法，计 算 了 实 际LVFDN 算例配电网的 TSC，并通过 N-1仿真校验了计算结果的准确性。本 文 通 过 算 例 量 化 分 析 了 低 压 柔 性 联 络 对TSC 的影响机理，结果表明：1）LVFDN 中 TSC 增加的本质原因是中低压负荷转供能力的增加，包括实现真正的快速二次转供；2）随着 FID 端口容量的增加，TSC 的增长呈现先快后慢的趋势，在不同增长阶段受到不同元件的约束；3）建议对于 n端 FID，k=8k=3拐点1(0.3 MVA,53.4 MVA)拐点2(0.4 MVA,53.7 MVA)54.053.553.052.552.051.551.0TSC/(MVA)00.10.20.30.40.5二端口FID为瓶颈FID端口容量/(MVA)双端口FID为瓶颈图 5TSC随 FID端口容量变化曲线Fig.5Changing curves of TSC with FID port capacity表 5传统配电网与 LVFDN的对比分析Table 5Comparative analysis of traditional distribution network and LVFDN对比项目潮流控制能力低压供电可靠性TSC运行经济性维护新型电力系统适应性传统配电网网架刚性，除机械开关开合之外无可控元件，潮流按网络参数自然分配配变故障后台区失电，即使存在低压互联也需短时停电以进行倒闸操作网络转移能力弱，安全约束下需要的设备冗余大，TSC受限无法优化潮流，负载均衡度低，网损难以优化相对简单较低LVFDN连续快速动态控制，有功无功功率解耦控制通过 FID快速转供，用户几乎无停电感受更高潮流的优化可以最大程度降低网损FID维护相对复杂适应性高，直流源荷接入便捷，效率高90祖国强，等 考虑低压台区柔性互联的配电网最大供电能力http：/www.aeps-其最大安装容量建议不超过互联台区配变容量的(n-1)/n。低压柔性互联技术对于缓解低压配电网改造压力、应对新型电力系统的配电网侧大规模直流源荷接入意义重大。后续研究需要进一步考虑光伏、电动汽车引入的节点功率不确定性，分析低压柔性互联对配电网电能质量、DG 接纳能力的影响，研究基于 TSC的低压 FID的选址定容方法等。本文研究得到国网天津市电力公司科技项目（KJ21-2-04）资助，特此感谢！附录见本刊网络版（http：/www.aeps- 考 文 献1 胡鹏飞，朱乃璇，江道灼，等.柔性互联智能配电网关键技术研究进展与展望 J.电力系统自动化，2021，45（8）：2-12.HU Pengfei，ZHU Naixuan，JIANG Daozhuo，et al.Research progress and prospects of key technologies of flexible interconnected smart distribution networkJ.Automation of Electric Power Systems，2021，45（8）：2-12.2 Network equilibriumEB/OL.2021-11-14.https：/www.westernpower.co.uk/innovation/projects/network-equilibrium.3 尹昌新，朱洁，蒋迅，等.多端柔性闭环中压配电网示范工程 J.电力系统及其自动化学报，2019，31（2）：66-73.YIN Changxin，ZHU Jie，JIANG Xun，et al.Demonstration project of multi-terminal flexible closed-loop medium-voltage distribution network J.Proceedings of the CSU-EPSA，2019，31（2）：66-73.4 PEI W，DENG W，ZHANG X，et al.Potential of using multiterminal LVDC to improve plug-in electric vehicle integration in an existing distribution network J.IEEE Transactions on Industrial Electronics，2015，62（5）：3101-3111.5 沈培锋，王徐延，张昊亮，等.考虑规模化快充负荷的低压互联配电台区风险评估 J.中国电力，2021，54（5）：56-64.SHEN Peifeng，WANG Xuyan，ZHANG Haoliang，et al.Risk assessment of low-voltage interconnected distribution districts considering large-scale fast charging loadJ.Electric Power，2021，54（5）：56-64.6 金强，冯明灿，李红军，等.交直流配电台区建设改造模式研究J.供用电，2020，37（10）：16-21.JIN Qiang，FENG Mingcan，LI Hongjun，et al.Research on construction and transformation mode of AC and DC distribution station area J.Distribution&Utilization，2020，37（10）：16-21.7 孙国强，徐广开，沈培锋，等.规模化电动汽车负荷的柔性台区协同经济调度 J.电网技术，2020，44（11）：4395-4404.SUN Guoqiang，XU Guangkai，SHEN Peifeng，et al.Coordinated economic dispatch of flexible district for large-scale electric vehicle loadJ.Power System Technology，2020，44（11）：4395-4404.8 钟伟东，汤东升，刘继文，等.低压智能柔性互连交直流混合配电网设计 J.现代建筑电气，2019，10（1）：16-21.ZHONG Weidong，TANG Dongsheng，LIU Jiwen，et al.Design of intelligent flexible interconnected AC/DC hybrid LV distribution network J.Modern Architecture Electric，2019，10（1）：16-21.9 李正天，叶雨晴，王子璇，等.基于柔性多状态开关互联的微配网一体化规划及运行评估 J.电工技术学报，2021，36（增刊 2）：487-495.LI Zhengtian，YE Yuqing，WANG Zixuan，et al.Integrated planning and operation evaluation of micro-distribution network based on flexible multi-state switch interconnection J.Transactions of China Electrotechnical Society，2021，36（Supplement 2）：487-495.10 国家电网首个台区智能融合终端实用化示范区在宁波建成投运EB/OL.2021-05-02.https：/ first practical demonstration area of State Grid Corporation of China for station area intelligent integration terminal was built and