摘要：近年來，頻發(fā)的事件給配電網帶來了巨大損失，因此配電網韌性提升極為重要。隨著分布式光伏、儲能及電動汽車等直流源荷的大量增加，城市配電網的形態(tài)正在從交流向交直流混合配電網轉變。直流線路具有互聯(lián)靈活的優(yōu)勢，能夠打破交流配電網輻射狀運行瓶頸實現(xiàn)災后靈活組網，可有效提升配電網韌性。針對含光儲充一體化電站的城市交直流混合配電網，提出一種能夠充分考慮柔性直流互聯(lián)特性與調控能力的供電恢復策略。首先，考慮災后關鍵負荷與就地資源分布，提出了以直流線路為核心的應急供電恢復拓撲生成方法；其次，基于交直流恢復拓撲，建立了一種配電網兩階段韌性提升優(yōu)化模型，第1階段以程度保障重要負荷供電為目標優(yōu)化負荷恢復次序，第2階段以網絡損耗最小為目標優(yōu)化光儲充一體化電站應急電源功率。算例結果表明，所提策略能夠充分利用直流靈活互聯(lián)能力及光儲充一體化電站功率支撐能力恢復關鍵負荷，兩階段故障恢復方法具有良好的可行性與適應性。

關鍵詞：交直流混合配電網；韌性；光儲充一體化電站；故障恢復

0引言

近年來，不斷增加的事件給城市配電網帶來了巨大損失，故需要進一步提升其韌性。隨著光伏、儲能、電動汽車等新型源荷接入增多，城市交流配電網正逐步向交直流混合配電網形態(tài)轉變。2022年7月29日，國家發(fā)展改革委印發(fā)了《“十四五”全國城市基礎設施建設規(guī)劃》,指出交直流混合網絡未來將是城市配電網的發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)交流配電網相比，直流線路具有傳輸能力強、電壓降小、線路傳輸損耗低等優(yōu)勢,并且具備靈活互聯(lián)的能力，故障發(fā)生后根據直流系統(tǒng)特性制定合理的恢復策略，可以實現(xiàn)災后負荷的快速恢復。

事件可能會導致配電網數(shù)條線路故障，使得部分節(jié)點與上級電網斷開連接，整個網絡將分為兩部分：一部分以配電網主電源為基礎進行恢復，另一部分是無法與主電源相連的分散源荷。故障發(fā)生后，應充分利用配電網主電源的優(yōu)勢，盡可能通過網絡重構把故障線路與配電網主電源重新連接起來，實現(xiàn)快速恢復；無法與配電網主電源相連的分散負荷則只能通過與本地分布式電源形成孤島進行恢復?，F(xiàn)有災后故障恢復的研究大多集中于交流配電網。以搶修時間最短和社會經濟損失最小為綜合目標，建立了含分布式電源的交流配電網故障緊急恢復與搶修模型，采用粒子群算法得到優(yōu)搶修順序。以交流配電網中開關操作次數(shù)最少和網損最小為目標，建立主網與剩余失電區(qū)域的恢復重構模型，并使用灰狼算法求解。討論了有源配電網中利用柔性軟開關(softopenpoint,SOP)進行災后故障恢復的方法，但研究對象均為交流配電網，對于目前城市中飛速發(fā)展的交直流混合配電網考慮較少。由于交流配電網輻射狀運行的約束，恢復孤島中關鍵負荷需求的時序特性通常無法與特定應急電源輸出特性精確匹配。因此，傳統(tǒng)交流故障恢復方法無法發(fā)揮直流的作用，進而無法充分利用應急電源的能力來大限度地恢復負荷。

交直流混合配電網具有損耗低、供電能力強、靈活互聯(lián)的優(yōu)勢，可有效提升配電網韌性。目前，已有學者開展了交直流混合配電網故障恢復研究，但相關文獻較少。綜合考慮敏感負荷可靠性需求以及直流線路中負荷極間切換的故障恢復方式，對交直流混合配電網開關配置進行優(yōu)化，并提升直流故障恢復能力。通過增加新的直流線路將多個配電線路互聯(lián)，以提升原有配電網的功率靈活傳輸能力和系統(tǒng)可靠性，并對復雜配電網互聯(lián)成本效益進行了評估。但上述文獻大多針對單點故障場景，恢復拓撲大多以配電網重構為主，對于災害后恢復資源有限的場景考慮不夠充分，現(xiàn)有恢復決策模型也無法充分發(fā)揮交直流混合配電網在災害場景下的恢復潛力。

光儲充一體化電站(photovoltaic-storage-chargingintegratedstation,PSCIS)包含光伏、儲能、電動汽車等多種資源，是本地化清潔能源高效利用的重要手段15,也是滿足未來低碳配電網發(fā)展需求的新對象。此外，PSCIS可以克服光伏、儲能、電動汽車等單一資源的缺點，既能通過儲能與電動汽車平抑光伏出力的不確定性，又可以聯(lián)合電動汽車與儲能提升系統(tǒng)的供電能力，具有更大的故障恢復潛力。目前，已有PSCIS用于城市配電網負荷緊急功率支援的研究[16。配電網發(fā)生嚴重故障后，可令電站內部以及可調度的電動汽車處于待命狀態(tài)，以可控儲能為主參與故障節(jié)點的恢復，利用光伏和電動汽車為儲能提供電量補充，從而降低PSCIS的不確定性[15-17]。文獻[17]建立了充換放儲一體化電站區(qū)間負荷緊急支撐模型，提出一體站區(qū)間負荷緊急支撐策略及其孤島區(qū)間負荷供電范圍劃分策略。文獻[18]考慮配電網中風光機組出力的不確定因素，將電動汽車作為應急調度資源建立模型，并使用混合整數(shù)二階錐模型求解。文獻[19]考慮了配電網優(yōu)化開關投切次序的決策方法，其中，分布式電源考慮了分布式柴油機、燃氣輪機和分布式儲能等。但現(xiàn)有文獻尚未考慮災害條件下PSCIS參與配電網故障恢復的調度模型及策略。

針對含PSCIS的城市交直流混合配電網，考慮到傳統(tǒng)交流恢復方法無法充分發(fā)揮直流柔性互聯(lián)的作用，本文提出一種充分考慮柔性直流互聯(lián)特性與調控能力的韌性提升策略。首先，考慮災損場景，提出以直流為核心的恢復拓撲搜索方法，在廣度搜索過程中建立直流資源集合，以最短路徑原則將重要負荷連接至該集合從而得到恢復拓撲，在數(shù)學層面尋得更優(yōu)的恢復拓撲；其次，基于直流恢復拓撲，建立一種兩階段交直流混合配電網災后恢復優(yōu)化模型。其中，第1階段優(yōu)化負荷恢復順序，第2階段優(yōu)化PSCIS應急電源出力，以實現(xiàn)重要負荷大限度保供電。采用拓撲潮流校驗方法和二階錐混合整數(shù)規(guī)劃方法對模型進行求解。該方法克服了傳統(tǒng)二階錐規(guī)劃模型在解決配電網故障恢復問題時的邊界條件限制問題，在保證結果優(yōu)的前提下實現(xiàn)了快速求解。

1以直流為核心的交直流混合配電網恢復拓撲生成方法

配電網故障恢復過程中，利用直流線路柔性互聯(lián)能力靈活連接各條線路的PSCIS和關鍵負荷，可以突破傳統(tǒng)交流配電網輻射狀運行限制，提升關鍵負荷恢復的速度與程度，實現(xiàn)更好的恢復效果，如圖1所示。

恢復拓撲搜索方法主要分為兩類：一類以配電網主電源為基礎進行恢復，失電負荷通過網絡重構方式與配電網主電源相連；另一類以PSCIS為基礎進行恢復，失電負荷通過交流或直流線路與PSCIS相連。

1.1依托配電網主電源的恢復拓撲生成方法

配電網主電源的供電穩(wěn)定性較高，在恢復拓撲生成時應優(yōu)先考慮，使其盡可能連接更多的負荷。采用廣度優(yōu)先搜索方法進行拓撲生成，從源點開始，搜索與其相鄰的第1層連接點，接著再順序搜索與第2層連接點相鄰的未曾訪問的點作為第2層連接點，以此類推直到與源點有路徑相連的節(jié)點均被搜索過為止。

以配電網主電源為基礎的恢復拓撲生成后，沒有被訪問過的節(jié)點則與該拓撲不存在電氣聯(lián)系，無法通過配電網主電源進行恢復。由于恢復拓撲的改變，可能出現(xiàn)因線路過長導致的節(jié)點電壓越限等情況。因此，還需要進行相應潮流校驗，即滿足網絡運行的電壓約束與線路功率傳輸約束。校驗未通過的負荷應被移除拓撲，轉移至無法通過網絡重構恢復的失電區(qū)。

1.2依托本地PSCIS應急資源的恢復拓撲生成方法

對于無法通過網絡重構恢復的失電區(qū)，其恢復拓撲類型可分為傳統(tǒng)交流配電孤島和含直流的配電孤島兩種情況：

1)含直流的配電孤島。所有可與直流線路相連的負荷組成含直流的配電孤島。此時，不同線路的PSCIS可通過直流線路共同參與應急供電。

2)傳統(tǒng)交流配電孤島。該類負荷無法與直流線路相連，恢復拓撲為單電源多負荷的輻射狀運行結構，可利用單條線路中的PSCIS實現(xiàn)恢復。

1.2.1含直流的配電孤島

以圖2中的配電網為例，故障發(fā)生后形成若干供電孤島。其中，R4區(qū)域形成傳統(tǒng)交流配電孤島，只能通過內部的分布式電源PSCIS4進行恢復；R1、R2和R3區(qū)域可以通過直流線路進行互聯(lián)，形成多電源對多負荷的恢復區(qū)域，實現(xiàn)能量的靈活傳輸，保證能量優(yōu)先恢復最重要的負荷，從而提升系統(tǒng)韌性。

多電源之間相互連接主要依靠電壓源換流器(voltagesourceconverter,VSC),恢復區(qū)域的核心為直流線路，如果能將所有可連接的資源全部通過直流線路進行連接，就可以保證恢復資源的大化利用。為保證負荷的穩(wěn)定運行，互聯(lián)區(qū)域內的VSC應采用不同的控制方法，其中一個VSC需要采用定直流電壓控制，以確保直流線路的穩(wěn)定運行；其他VSC采用PQ控制，以靈活調整傳輸功率的方向和大小，根據制定的優(yōu)化策略實現(xiàn)多條線路之間的功率互助。拓撲生成過程如下。

1)通過廣度優(yōu)先搜索獲得從每個電源到每個直流節(jié)點的路徑。由于網絡損耗與線路阻抗呈正相關，根據最短路徑原則生成電源點至直流線路的最短連接拓撲。以該拓撲中所有節(jié)點為基礎建立直流資源集合Vnew:

Vnew==(1)式中：Vsouce、Vpc和Vconecion分別為PSCIS集合、直流節(jié)點集合和連接節(jié)點集合；v?,U?,…,v,為路徑向量，其中，n為Vnew中的元素個數(shù)。

2)確定負荷點集合Vload。以Vd中的元素為起點，以Vnew中的元素為終點，搜索出所有可行的路線，得到距離矩陣如下：

式中：d;;為第i個關鍵負荷與第j個直流資源的距離；i=1,2,…,m,j=1,2,…,n,m為Vload中的元素個數(shù)。

3)從D的每一行中選取電氣距離最短的路徑，組成以直流線路為核心的恢復拓撲：

式中：dmi,d2in,…,dmin為D中每行元素的最小值。

1.2.2傳統(tǒng)交流配電孤島

由于實際配電網拓撲規(guī)模大，災害可能造成線路多個位置故障，出現(xiàn)PSCIS和關鍵負荷無法連接到直流線路的情況，即傳統(tǒng)交流配電孤島。此時，多個PSCIS之間無法互聯(lián)，需要考慮由單個PSCIS出發(fā)尋找關鍵負荷。首先，建立關鍵負荷和單個PSCIS的恢復路徑，即“單個PSCIS-關鍵負荷”路徑；接著，通過廣度優(yōu)先搜索遍歷和最短路徑原則，建立每個獨立負荷至PSCIS間的距離矩陣。在這一過程中，可能搜索到多個可行拓撲，可根據具體恢復策略確定最終的恢復拓撲。

2安科瑞能為零碳園區(qū)建設提供哪些方案

安科瑞作為專業(yè)的智慧能源管理解決方案提供商，能為零碳園區(qū)建設提供包括碳計量電表、分布式光伏、分布式儲能、電動車有序充電以及園區(qū)智慧能源管理平臺等解決方案，為零碳園區(qū)的建設提供“云-邊-端”一體化解決方案，利用“云邊協(xié)同”智慧策略幫助園區(qū)充分利用好新能源，明確降碳成本效益路線圖。

2.1 碳電表

碳電表是一種新型的計量工具，它的出現(xiàn)是為了幫助我們更好地理解和計算企業(yè)在電力使用中的碳排放。它的工作原理是根據實際電能消耗的計量數(shù)據，動態(tài)計算并按照使用條件、區(qū)域等因素更新電碳因子，也就是平均每度電所蘊含的碳排放量。這個數(shù)值是實時更新的，能夠真實反映企業(yè)電力使用中的碳排放情況。碳電表的出現(xiàn)對于企業(yè)有著非常重要的意義，有了這些數(shù)據，企業(yè)就可以追蹤產品生產過程的碳排放，根據碳排放情況優(yōu)化電源結構，制定更加綠色低碳的生產模式。

AEM96三相多功能碳電表，集成三相電力參數(shù)測量、分時電能計量及碳排放統(tǒng)計，根據不同使用工況的電碳折算因子集成碳結算功能，包含12組碳排放值及對應的碳排放因子，它能夠實時計算并給出企業(yè)生產用電帶來的碳排放量，讓碳排放像電能一樣方便記錄，配合安科瑞碳資產管理平臺，大大簡化企業(yè)的碳排放統(tǒng)計工作。

圖1 AEM96三相多功能碳電表

2.2 分布式光伏解決方案

著新型電力系統(tǒng)的發(fā)展以及國能發(fā)新能規(guī)〔2025〕7號文、發(fā)改價格〔2025〕136號文相繼出臺，分布式光伏建設越來越需要面臨并網、運行安全和能量管理方面的問題，并不是建了就能用。供電部門對于分布式光伏電站并網保護、穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質量以及和調度的通信均有要求。

圖2 分布式光伏建設系統(tǒng)圖

1. 根據《分布式電源接入電網技術規(guī)定》和《電能質量管理辦法（暫行）》等相關標準和規(guī)范要求，光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量；

2. 根據《分布式電源接入電網技術規(guī)定》并網點安裝防孤島保護裝置，防止光伏電站孤島運行；

3. 并網點安裝國網電能計量表和遠動裝置用于上傳光伏電站發(fā)電數(shù)據，由當?shù)毓╇姴块T確定；

4. 對于自發(fā)自用、余電不上網系統(tǒng)，公共連接點處還需要配置防逆流保護裝置，動作與切除或調節(jié)光伏逆變器，根據要求可使用不同的控制策略。

5. 配置國網縱向加密認證裝置、正/反向隔離裝置、網絡安全監(jiān)測裝置、遠動網關等，按照電網要求的數(shù)據格式和安全要求接受電網調度；

6. 光伏監(jiān)控系統(tǒng)需采集站內逆變器、箱變、保護測控裝置、電能質量監(jiān)測裝置、防孤島保護、電能計量等數(shù)據，在本地工作站實時監(jiān)控，還需要把數(shù)據上傳給電網調度系統(tǒng)，接受電網調度；

7. 根據當?shù)毓╇姴块T需要配置光功率預測系統(tǒng)、AGC/AVC系統(tǒng)、微機防誤系統(tǒng)、“四可”系統(tǒng)等，數(shù)據上傳調度系統(tǒng)。

分布式光伏建設相關二次設備：

2.3 分布式儲能解決方案

儲能系統(tǒng)作為光伏發(fā)電蓄水池和中轉站，在消納光伏發(fā)電過程中起著很重要的作用，在零碳園區(qū)建設中不可少。

按照GB/T 36547-2018《電化學儲能系統(tǒng)接入電網技術規(guī)定》要求，儲能系統(tǒng)的微機保護配置要求：儲能電站并網點配置AM5-IS防孤島保護，非計劃孤島時應在2s動作，將儲能電站與電網斷開。

關于儲能系統(tǒng)計量點的設置：如果儲能系統(tǒng)接入園區(qū)內部電網，計量點設置在并網點。

儲能單元應具備絕緣監(jiān)測功能，當儲能單元絕緣低時應能發(fā)出報警和/或跳閘信號通知儲能變流器及計算機監(jiān)控系統(tǒng)，如果BMS或者PCS不具備絕緣監(jiān)測功能可單獨配置直流絕緣監(jiān)測裝置。

通過10kV接入公用電網的儲能系統(tǒng)電能質量宜滿足GB/T19862要求的電能質量監(jiān)測裝置，當儲能系統(tǒng)的電能質量指標不滿足要求時，配置電能質量在線監(jiān)測裝置監(jiān)測并網點電能質量。

圖3 儲能系統(tǒng)圖

儲能系統(tǒng)二次設備選型

2.4 有序充電解決方案

以電代油、以電代氣是零碳園區(qū)能源轉型中一個不可少的過程，為新能源車補充能源的充換電站也是必配設施。安科瑞有序充電系統(tǒng)基于預測算法，可以實現(xiàn)對企業(yè)變壓器負荷率、光伏發(fā)電和充電負荷需求預測結合充電樁的監(jiān)控、調度和管理，提高光伏發(fā)電消納，提升園區(qū)微電網的運行可靠性，降低充電成本。

圖4 有序充電系統(tǒng)圖

有序充電系統(tǒng)設備選型方案

2.5 碳資產管理方案

AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺碳資產管理采用碳排放核算因子數(shù)據庫，符合SO14064-1：2018 組織層級溫室氣體排放和清除的量化和報告指南要求，為園區(qū)提供包括碳盤查清冊、碳配額管理、碳排放分析、碳流向、碳盤查報告、碳交易記錄等等功能，幫助園區(qū)建立碳排放統(tǒng)計、核算、報告、核查體系。

圖5 碳排放核算符合性評估聲明

2.6 微電網協(xié)調控制器

ACCU-100BF微電網協(xié)調控制器主要采集光伏逆變器、儲能系統(tǒng)、變壓器負荷等數(shù)據，根據設置的新能源使用邏輯來構建本地控制策略以及云端數(shù)據的交互，控制儲能設備、分布式能源、可調負荷設備的出力與電力需求，并能根據經濟效益模型在滿足調度的前提下，進行光儲置換，響應云端策略配置，充分消納利用新能源。

圖6 “云邊端”三級控制策略結合

ACCU-100BF微電網協(xié)調控制器具備以下功能特點：

數(shù)據采集：支持串口、以太網等多通道實時運行，滿足各類風電與光伏逆變器、儲能等設備接入；

通訊管理：支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-103、IEC 60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約，可實現(xiàn)云邊協(xié)同（結合安科瑞智慧能源管理云平臺進行遠程運維）、OTA升級、就地/遠程切換、本地人機交互（選配）；

邊緣計算：靈活的報警閾值設置、主動上傳報警信息、數(shù)據合并計算、邏輯控制、斷點續(xù)傳、數(shù)據加密、4G路由；

策略管理：防逆流、計劃曲線、削峰填谷、需量控制、有功/無功控制、光儲協(xié)調等，并支持策略定制;

系統(tǒng)安全：基于不可信模型設計的用戶權限，防止非法用戶侵入；基于數(shù)據加密與數(shù)據安全驗證技術，采用數(shù)據標定與防篡改機制，實現(xiàn)數(shù)據固證和可追溯；

運行安全：采集分析包括電池、溫控及消防在內的全站信號與測量數(shù)據，實現(xiàn)運行安全預警預測。

3AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺-園區(qū)級微電網能源管理

在零碳或近零碳園區(qū)建設中，“光伏+儲能+充電”組合的被應用到園區(qū)電網之中。隨著新能源占比增加，園區(qū)的管理需要依靠智慧能源管理平臺來實現(xiàn)碳資產管理、新能源策略控制、有序充電管理、能耗分析、設備運維等等。AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺可以幫助園區(qū)有效的管理能源，其功能包括：

• 綜合監(jiān)控：實現(xiàn)園區(qū)變電站、光伏、儲能、負荷、充電樁、環(huán)境數(shù)據的采集、監(jiān)測、可視化展示、異常告警、事件查詢、報表統(tǒng)計等功能；

• 智能控制：協(xié)同光伏、儲能、負載等多種能源主體，動態(tài)規(guī)劃智能策略，實現(xiàn)儲能、光伏協(xié)調控制，比如計劃曲線、削峰填谷、防逆流、新能源消納、需量控制等；

• 能源分析：具備微電網能耗及效益分析、微電網經濟運行分析、多維度電量分析，并進行日、月、年能源報表統(tǒng)計；

• 碳資產管理：企業(yè)碳資產管理功能，包括碳盤查清冊、碳配額管理、碳排放分析、碳流向、碳盤查報告、碳交易記錄等等。

• 功率預測：以歷史光伏輸出功率和歷史數(shù)值天氣數(shù)據為基礎，結合數(shù)值天氣預報數(shù)據和光伏發(fā)電單元的地理位置，采用深度學習算法建立預測模型庫，實現(xiàn)光伏發(fā)電的短時和超短時功率預測，并經進行誤差分析；同時對微電網內所有負荷，基于歷史負荷數(shù)據，通過大數(shù)據分析算法，預測負荷功率曲線。

• 優(yōu)化調度：根據分布式能源發(fā)電預測、負荷預測結果，并結合分時電價、電網交互功率及儲能約束條件等因素，以用電成本低為目標，建立優(yōu)化模型，采用深度學習算法解析微電網運行功率計劃，系統(tǒng)通過將功率計劃進行分解，實現(xiàn)對光伏、儲能、充電樁的優(yōu)化控制。

圖7 AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺

四結束語

零碳園區(qū)并非單一的減排單元，而是集能源轉型、產業(yè)升級、技術創(chuàng)新、治理改革于一體的系統(tǒng)工程，是實現(xiàn) “雙碳”（碳達峰、碳中和）目標的關鍵抓手。其規(guī)劃和建設需要合理利用工具和能源管理軟件，來實現(xiàn)能源利用。未來，隨著更多零碳園區(qū)的建成，其不僅將成為區(qū)域經濟的 “綠色名片”，更將成為中國參與氣候治理的核心競爭力之一。