隨著國(guó)家可再生能源發(fā)展規(guī)劃的推進(jìn)以及城市環(huán)境和能源轉(zhuǎn)型的迫切需求，大量的新能源示范城市、綠色能源縣、可再生能源產(chǎn)業(yè)園區(qū)等建設(shè)將逐漸加快，分布式可再生能源滲透率的增加成為必然趨勢(shì)，其接入的運(yùn)行控制與穩(wěn)定性問(wèn)題近年來(lái)也受到關(guān)注。

目前通過(guò)微網(wǎng)方案可以部分解決分布式電源（Distributed Generator, DG）接入的控制、功率平滑、運(yùn)行以及管理等問(wèn)題，但隨著交流配電網(wǎng)中微網(wǎng)數(shù)量的快速增長(zhǎng)，如何將多個(gè)微網(wǎng)集成聚合起來(lái)以提高系統(tǒng)的可靠性，增強(qiáng)能源互補(bǔ)與能量管理，提升輔助服務(wù)等會(huì)受到越來(lái)越多的關(guān)注與研究。

目前的研究主要集中在主動(dòng)配電網(wǎng)、虛擬電廠和交流互聯(lián)多微網(wǎng)等解決方案。主動(dòng)配電網(wǎng)方案是將分散連接到多條交流饋線的微網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一運(yùn)行調(diào)度與實(shí)施主動(dòng)管理，協(xié)調(diào)微網(wǎng)間以及大電網(wǎng)的功率分配出力。虛擬電廠方案則是通過(guò)先進(jìn)的信息通信技術(shù)和軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同微網(wǎng)、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)、可控負(fù)荷等分布式資源的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，以將其作為一個(gè)特殊電廠參與電力市場(chǎng)和電網(wǎng)運(yùn)行。

這兩種方式均是基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò)采用先進(jìn)的信息和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)提升微網(wǎng)和配電網(wǎng)的運(yùn)行能力和經(jīng)濟(jì)性，但是受到固有結(jié)構(gòu)限制，難以進(jìn)一步在可再生能源功率波動(dòng)分擔(dān)、潮流靈活控制、增強(qiáng)可靠性等方面發(fā)揮更大的作用。

同時(shí)，有學(xué)者提出在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)考慮不同微網(wǎng)間的相互配合以及微網(wǎng)故障的自愈能力，但受制于交流網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和可再生能源的地理分布，故障時(shí)相互支持的能力有限，廣域范圍多微網(wǎng)的互補(bǔ)特性難以充分發(fā)揮。

此外，還有學(xué)者提出通過(guò)交流線路互聯(lián)多個(gè)微網(wǎng)的方案，但是通過(guò)交流線路互聯(lián)，無(wú)法控制各個(gè)微網(wǎng)間的交換功率，難以實(shí)現(xiàn)潮流的自由調(diào)節(jié)，限制了多微網(wǎng)集成聚合運(yùn)行的靈活性。并且文獻(xiàn)中所提方案都只從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，以發(fā)電成本最小或運(yùn)行成本最小作為優(yōu)化目標(biāo)，但在最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行的情況下，可再生能源出力過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致微網(wǎng)內(nèi)及其并網(wǎng)點(diǎn)的電壓波動(dòng)，甚至出現(xiàn)電壓越限的情況。

因此，通過(guò)柔性直流互聯(lián)多個(gè)微網(wǎng)進(jìn)行集成聚合運(yùn)行優(yōu)化是一種新的技術(shù)方案，相較于交流互聯(lián)，通過(guò)電壓源型變流器（Voltage Source Converter,VSC）的柔性直流互聯(lián)多個(gè)微網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)有功功率和無(wú)功功率的解耦控制，并且能夠控制多微網(wǎng)間的交換功率，提高多微網(wǎng)集成聚合運(yùn)行的靈活性；可以在更大的時(shí)空范圍利用不同微網(wǎng)的風(fēng)電、光伏的互補(bǔ)性，實(shí)現(xiàn)可再生能源更廣范圍的分散接入與波動(dòng)均擔(dān)；同時(shí)能夠有效抑制可再生能源波動(dòng)帶來(lái)的電壓波動(dòng)和越限問(wèn)題，從而進(jìn)一步提高微網(wǎng)對(duì)可再生能源的消納能力。

目前，在配電系統(tǒng)中應(yīng)用交直流混聯(lián)技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。美國(guó)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的學(xué)者提出FREEDM交直流混合配電系統(tǒng)用于管理可再生能源和儲(chǔ)能等即插即用設(shè)備；美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)CPES中心提出的樓宇交直流配電系統(tǒng)，可以提高可再生能源的接入比例和系統(tǒng)能效；歐洲丹麥奧爾堡大學(xué)的學(xué)者提出了交直流混合微電網(wǎng)多種工作模式轉(zhuǎn)換與控制方案。

總體來(lái)看，目前研究集中在多端直流領(lǐng)域的設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、閥控技術(shù)以及變換器控制等方面，并取得一定成果，交直流混合配電系統(tǒng)已具備了實(shí)際運(yùn)行的基礎(chǔ)。

隨著中低壓柔性直流裝備以及控制技術(shù)的逐漸成熟和應(yīng)用，交直流混合配電網(wǎng)將成為未來(lái)配電網(wǎng)的形態(tài)之一，尤其是在多微網(wǎng)接入的情況下，交直流混合配電將會(huì)是其重要的解決方案。但是如何更加合理地運(yùn)用柔性直流來(lái)互聯(lián)多微網(wǎng)，進(jìn)行多微網(wǎng)集成聚合優(yōu)化運(yùn)行，目前尚未有深入研究。

本文立足于此，提出將多個(gè)微網(wǎng)通過(guò)柔性直流互聯(lián)的方案，在每個(gè)微網(wǎng)按自身經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)運(yùn)行的情況下，采用柔性直流互聯(lián)方案靈活調(diào)控多微網(wǎng)間的交換功率，解決電壓波動(dòng)和越限問(wèn)題，從而提高微網(wǎng)對(duì)可再生能源的消納能力，同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的網(wǎng)損問(wèn)題。

本文以微網(wǎng)中電壓波動(dòng)最小和系統(tǒng)網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標(biāo)，從多目標(biāo)優(yōu)化的角度對(duì)VSC的功率優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出了多微網(wǎng)柔性直流互聯(lián)的多目標(biāo)優(yōu)化模型，采用NSGA-Ⅱ算法、交直流混合潮流算法以及模糊聚類(lèi)法對(duì)模型進(jìn)行求解。最后通過(guò)單次潮流和連續(xù)潮流的仿真，從電壓水平、可再生能源滲透率和網(wǎng)絡(luò)損耗角度驗(yàn)證了所提模型和算法的有效性。

圖1 基于VSC的多微網(wǎng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)

圖5 多微網(wǎng)互聯(lián)算例

結(jié)論

隨著配電網(wǎng)中微網(wǎng)數(shù)量的增加，面對(duì)微網(wǎng)中分布式電源出力的間歇性、波動(dòng)性造成的電壓波動(dòng)和電能質(zhì)量下降，以及因此帶來(lái)的可再生能源滲透率難以提高的問(wèn)題，本文提出通過(guò)柔性直流互聯(lián)多個(gè)微網(wǎng)集成聚合運(yùn)行的技術(shù)方案。以微網(wǎng)中電壓與標(biāo)稱(chēng)電壓方差最小和系統(tǒng)網(wǎng)損功率最小為優(yōu)化目標(biāo)，提出了一種基于柔性直流互聯(lián)的多微網(wǎng)多目標(biāo)優(yōu)化模型，應(yīng)用NSGA-Ⅱ算法和交直流混合潮流算法對(duì)模型進(jìn)行了求解，并利用模糊聚類(lèi)法對(duì)Pareto最優(yōu)解集進(jìn)行篩選，得到最終優(yōu)化調(diào)度方案。

對(duì)算例進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明：所提模型和算法能夠有效抑制微網(wǎng)中電壓波動(dòng)，進(jìn)而提高可再生能源的滲透率，同時(shí)保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對(duì)于多微網(wǎng)的集成聚合管理具有理論和實(shí)際意義。

交直流混合配電網(wǎng)是未來(lái)配電網(wǎng)的一個(gè)重要發(fā)展方向，在本文提出的基于柔性直流互聯(lián)多微網(wǎng)的技術(shù)方案基礎(chǔ)上，可以在直流電網(wǎng)中接入各類(lèi)直流源荷和儲(chǔ)能裝備等，作為未來(lái)交直流混合配電網(wǎng)的一種運(yùn)行方案。但是通過(guò)直流交換功率涉及不同微網(wǎng)間交易機(jī)制問(wèn)題，相關(guān)方面仍有待進(jìn)一步研究。