柔性互联技术的思考与实践

柔性互联技术的思考与实践 国网江苏电科院袁宇波刘瑞煌2026年8月·南京 目录 1发展背景 2适用场景 3关键技术 4工程实践 5未来展望 1.1背景挑战 分布式能源、电动汽车规模化接入配网带来功率潮汐性波动、源荷时空特性不匹配 现有配电网采用“闭环设计、开环运行”的辐射状网架，难以适应分布式源荷高比例接入，面临新能源高效消纳、潮流灵活控制等诸多挑战 1.1背景挑战 柔性互联装置是一种取代传统联络开关的智能电力电子设备，具备功率灵活调节故障快速阻断等多种功能，可实现配电网柔性闭环运行，已成为推动传统配电网向交直流柔性互联形态演进的重要装备 1.2 发展历程 柔性互联经历开关连接、又对管连接、可控移相器型、传统变压器串联型、多模块并联型柔性互联四个阶段，最终向故障阻断串联型、高耐压单模块并联型形态发展 1.2发展历程 串联型柔性互联装置适用于同一片区互联场景，双侧电源幅值、相位差小，通过调节电源点间串联电压的幅值和相位，实现两个电源间潮流灵活、精准调控。传统串联型柔性互联装置不具备故障阻断功能，通过引入主支路患联阀模块实现故障阻断。 1.2发展历程 并联型柔性互联装置具备完备的潮流控制、故障穿越等功能，适用于不同分区互联场景。传统并联型互联装置模块数量多，体积大，采用高压SiC器件后可以实现单模块承压，大幅缩小装备体积。 目录 1发展背景 2适用场景 3关键技术 4工程实践 5 未来展望 2 适用场景 柔性互联技术在电网侧具有直流源荷汇聚、跨分区互联、电能质量治理等四类应用场景：在用户侧具有园区光伏内部消纳、用户需量电费优化等四类应用场景。 2.1电网侧典型场景分析轻重载功率互济 江苏电科院中心实验楼1#配变日平均负载率70%，峰值负载率可达80%，在距其400m的配电楼有1台轻载台变，日平均负载率不足10%，通过建设低压柔性互联装置将中心实验楼日平均负载率控制在60%，提高台区的能效和供电可靠性。 2.1电网侧典型场景分析跨分区互联 通过柔性互联装置进行跨分区的线路互联，可以实现负荷的不停电转供 串联型柔性互联装置适用于同一片区下的互联场景，双侧电源幅值、相位差较小 并联型柔性互联装置适用于不同分区互联，具备完备的潮流控制、故障穿越等功能 2.1电网侧典型场景分析一负荷热转供 针对相邻网格未端频繁故障且可靠性低的线路，通过中压互联保证故障下供电无缝切换，通过移动式低压互联实现小区配变热倒无感切换，提升供电可靠性 2.1电网侧典型场景分析一直流源荷接入 针对小区电动汽车充电需求激增，需配变扩容或新建，通过交交、交直、直直互联，构建交直流双环形态的光储充微网，灵活高效接入交直流源荷，助力电动汽车下乡。 2 适用场景 柔性互联技术在电网侧具有直流源荷汇聚、跨分区互联、电能质量治理等四类应用场景：在用户侧具有园区光伏内部消纳、用户需量电费优化等四类应用场景。 2.2用户侧典型应用场景一用户需量电费优化 企业电费主要由电量电费、基本电费及力调电费组成，需量基本电费约占电费的30%左右，由变压器的尖峰负荷决定，柔性互联装置通过互联调控，可有效降低每路电源点的最大需量，企业基本电费降低30%左右。 maxpm(t)+p,(t)≤maxpm(t)+maxpn(t) 月基本需量电费约10.24万元。 方案二 柔性互联优化用户需量降低450kW，月基本需量电费可降至7.94万元 2.2用户侧典型应用场景园区光伏内部消纳 光伏直接就近转供给用户其他负荷，用户用能环节减少，系统损耗进一步减小，社会整体用能效率提高。 光伏上网倒送电量减小，用户得以使用价格更为低廉的绿电，用能成本降低。 2.2用户侧典型应用场景·供电能力提升 香港电灯有限公司通过低压柔性互联提升已有电缆走廊计划检修负荷转供能力，地面配电房与72楼配电房相距200米，通过柔性互联将原有AC380V改为DC±400V直流传输，转供能力可提升2倍以上 2.2用户侧典型应用场景数据中心容量互济 数据中心采用2N穴余供电，由2个不同电源全容量备供，穴余容量大，外线成本高， 采用多端口柔性互联可实现穴余容量共享，实现虚拟增容，减少外线投资。 以某数据中心实际容量测算互联后按照N-2可靠性计算，可释放约20MVA供电容量，约可增加14.71MVA的IT功率。 目录 1发展背景 2适用场景 3关键技术 4 工程实践 5 未来展望 3.1低压互联非隔离柔性互联技术 现有柔性互联装备多配置有隔离变压器，效率低、体积大、成本高，制约了柔性互联技术的推广，取消隔离变是柔性互联技术的重要研究方向。 3.1低压互联非隔离柔性互联技术 非隔离型柔性互联能大幅提升效率及功率密度，但去除隔离变后共模分量显著增加故障零序易传播，引发保护误动、通信干扰、设备过热等问题 3.1低压互联非隔离柔性互联技术 不对称将产生系统共模。PWM开关调制引起的瞬时三相电压之和不等于零，是产生高频共模分量的主要原因：三相不对称、接地故障是产生工频共模分量的主要原因。 3.1低压互联非隔离柔性互联共模抑制思路 工频共模分量主要通过控制工频环流为零进行抑制； 高频共模分量可通过调制策略、重构传导路径抑制，调制策略包括单端低共模调制，多端调制相消实现，传导路径重构又可分为阻断及疏导两类。 3.1共模电压、漏电流和环流联合抑制优化调制策略 结合单端低共模调制与多端同步调制，实现高频共模电压抑制，多端同步调制需精准对消两侧共模分量，柔性互联装置采用统一控制器产生八相信号， 多端协同调制（消除共模压差） 3.1共模电压、漏电流和环流联合抑制占空比轮换对消策略 提出双端轮换对消联合调制策略消除共模压差，首先通过控制信号产生两侧六相占空比，在调制周期内占空比不变的约束下，通过重构六相波形实现两两对消，最终通过两端第四桥臂弥补压差，从而在源头消除系统共模电压。 将占空比T分解为不同的T，和T2值。这种分解只改变了开关导通的位置，而最终开关的导通时长保持不变 3.1共模电压、漏电流和环流联合抑制传导路径重构 在硬件共模抑制层面，综合考虑开关器件的数量、控制复杂性和控制自由度等因素选择三相四桥臂柔性互联装置拓扑结构 3.1零序阻断策略一大电流系统 针对大电流系统故障电流大，换流器易闭锁，但闭锁后仍可通过二极管形成零序回路扩大故障范围。通过构建双向功率器件阻断电路，切断零序电流通路。 3.1零序阻断策略一小电流系统 针对小电流系统故障电流小，可通过控制穿越，但故障引发的非故障相过电压存在过调制问题。采用双端协同控制策略，抑制零序分量传播。 3.2中压互联串联型柔性互联技术 串联型柔性互联装置适用于同一片区互联场景，构建串联型全电压故障阻断拓扑提出串联补能模块和阻断单元混联结构减少模块数量，提升功率密度和效率， >特点1：运行时审联阀部分仅补偿压差即可运行功率为AU×I，换流阀补能容量小，成本低。 >特点2：部署小容量双向AC/DC和工频隔离变，提供低压直流和交流端口。 特点3：系统侧发生故障时，装置以限流或者闭锁的方式实现故障隔离 3.2中压互联串联型柔性互联技术 针对潮流调控需求，将换流阀等效为可控电压源，通过控制电感前端电压U以控制潮流，同时由于换流阀仅可输出无功，有功损耗由并联支路补偿； 针对故障阻断需求，接地故障时换流阀闭锁，直流电容充电至电网电压时阻断故障 目录 1发展背景 2适用场景 3关键技术 4工程实践 5未来展望 4.1扬中绿色能源岛柔性互联示范工程 打造扬中绿色能源岛柔性互联示范工程，涵盖轻重载功率互济、负荷可靠供电、交直流微电网等典型场景，示范应用高效高功率密度中低压柔性互联系列装备，自前已完成低压互联场景建设，整体工程预计在今年10月份建成。 4.2低压柔性互联示范应用 联合中科院电工所，研制非隔离抱杆式柔性互联，并在扬中市秋灯村应用，构建交直流光储充微网，高效接入直流源荷，解决当地电动汽车激增，配变需扩容的问题 4.3中压柔性互联示范应用 联合南瑞继保、东南大学，研制全电压故障阻断四端串联型柔性互联，拟实现扬中市光伏倒送的联云1L24线与相邻重载的万镇1W42线互联，释放潜在供电能力，保障新能源消纳。同时直流侧引出750V直流母线，为充电站提供安全可靠电能 目录 1发展背景 2适用场景 3关键技术 4工程实践 5未来展望 5.1未来技术攻关方向一国产化高压碳化硅器件 联合西安交通大学、五十五所，攻关行业内最高电压等级的15kV高压SiCMOSFET国产化、工程化卡脖子难题。突破高压器件绝缘优化设计、高dv/d共模电磁干扰多芯片并联均流等难题。 5.2未来展望 依托Sic、GaN等宽禁带电力电子器件，引领配网电力电子拓扑变革；构建基于固态变压器、柔性互联的新一代大容量、高效率、柔性化配用电装备，实现我国高端电工装备产业升级，推动交直流现代智慧配网形态演进 交直流柔性互联打造光伏直流汇聚、#源网荷储协调控制、用能场景多样高效的 智慧配用电系统 谢谢！