近日，電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院楊曉東副教授依托電能高效高質(zhì)轉(zhuǎn)化全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合華中科技大學(xué)等單位，在雙極直流配電網(wǎng)互聯(lián)設(shè)備拓?fù)?、運(yùn)行優(yōu)化領(lǐng)域取得系列研究進(jìn)展。相關(guān)研究成果分別以“Design of Flexible DC-SOP Toward Four-quadrant Power Flow Control in Bipolar Distribution Networks”和“Comprehensive Voltage Regulation for Multi-Voltage Bipolar DC Distribution Systems”為題發(fā)表在電氣領(lǐng)域知名期刊《IEEE Transactions on Smart Grid》和《IEEE Transactions on Sustainable Energy》上。

圖1構(gòu)建的直流柔性軟開(kāi)關(guān)（DC-SOP）拓?fù)浼敖Y(jié)構(gòu)

雙極直流配電網(wǎng)采用正、負(fù)極對(duì)稱(chēng)供電結(jié)構(gòu)，具備直流負(fù)荷和分布式光伏高效承載、靈活接入等優(yōu)勢(shì)。然而，在源-荷隨機(jī)波動(dòng)和多饋線(xiàn)并行運(yùn)行條件下，極間及饋線(xiàn)間功率分布易出現(xiàn)不均，傳統(tǒng)設(shè)備難以獨(dú)立滿(mǎn)足多維度的潮流調(diào)控需求。針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)面向雙極直流配電網(wǎng)提出了一種直流柔性軟開(kāi)關(guān)（DC-SOP）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并引入解耦控制策略。該裝置通過(guò)多端口柔性互聯(lián)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)正、負(fù)極及不同饋線(xiàn)之間功率交換的獨(dú)立可控，有效避免了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中端口功率相互耦合所帶來(lái)的調(diào)控受限問(wèn)題，從設(shè)備層面為極間與饋線(xiàn)間的精細(xì)化功率調(diào)節(jié)提供了有力支撐。

圖2 DC-SOP四象限解耦控制框圖及四象限可行域圖

基于該解耦控制特性，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將DC-SOP應(yīng)用于雙極直流配電網(wǎng)的四象限潮流調(diào)控中，通過(guò)主動(dòng)調(diào)節(jié)功率流向與幅值，實(shí)現(xiàn)功率在不同極及不同饋線(xiàn)之間的四象、連續(xù)傳輸。相較于以單向或局部調(diào)節(jié)為主的傳統(tǒng)方式，四象限潮流調(diào)控在統(tǒng)一控制框架下實(shí)現(xiàn)了多維功率的靈活重構(gòu)，顯著增強(qiáng)了復(fù)雜運(yùn)行條件下的直流配電網(wǎng)潮流調(diào)節(jié)能力與運(yùn)行適應(yīng)性，為提升直流配電網(wǎng)運(yùn)行靈活性與穩(wěn)定性提供了新的技術(shù)路徑。該工作發(fā)表于《IEEE Transactions on Smart Grid》，合肥工業(yè)大學(xué)為第一完成單位和通訊單位，博士研究生張程嘉為論文第一作者，楊曉東為論文通訊作者。

此外，該團(tuán)隊(duì)還針對(duì)多電壓等級(jí)雙極直流配電網(wǎng)中電壓耦合復(fù)雜、電壓調(diào)控需求差異化、調(diào)控對(duì)象多樣化等問(wèn)題，提出了一種綜合電壓治理策略。多電壓等級(jí)配電網(wǎng)已成為當(dāng)前配電系統(tǒng)的普遍形態(tài)，受電壓層級(jí)差異及接入設(shè)備類(lèi)型多樣性的影響，不同電壓等級(jí)配電網(wǎng)在運(yùn)行特性和調(diào)控目標(biāo)上呈現(xiàn)出顯著差異，對(duì)應(yīng)配置的調(diào)控手段與設(shè)備體系亦不盡相同。針對(duì)上述問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了多電壓等級(jí)雙極直流配電網(wǎng)的協(xié)同電壓調(diào)控模型，通過(guò)統(tǒng)一描述不同電壓層級(jí)及正、負(fù)極之間的電壓耦合關(guān)系，實(shí)現(xiàn)跨電壓層級(jí)、跨極性的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。該模型將直流變壓器、互聯(lián)設(shè)備及分布式調(diào)節(jié)資源納入統(tǒng)一協(xié)調(diào)框架，明確各電壓層級(jí)與極間的調(diào)控邊界與交互機(jī)制，為多電壓等級(jí)系統(tǒng)下的電壓協(xié)同控制奠定了模型基礎(chǔ)。

圖3 多電壓等級(jí)雙極直流配電網(wǎng)綜合電壓調(diào)控框架

基于所構(gòu)建的協(xié)同調(diào)控模型，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了多電壓等級(jí)雙極直流配電網(wǎng)的綜合電壓調(diào)控，根據(jù)不同電壓層級(jí)及極間的動(dòng)態(tài)分配調(diào)節(jié)裕度，有效抑制負(fù)荷波動(dòng)與新能源不平衡接入引起的多樣化電壓?jiǎn)栴}。相較于傳統(tǒng)分層、分區(qū)的獨(dú)立調(diào)節(jié)方式，該方法在統(tǒng)一協(xié)調(diào)機(jī)制下提升了系統(tǒng)電壓支撐能力與調(diào)節(jié)效率，顯著改善了復(fù)雜運(yùn)行條件下的多電壓等級(jí)直流配電網(wǎng)整體電壓質(zhì)量。該工作發(fā)表于《IEEE Transactions on Sustainable Energy》，合肥工業(yè)大學(xué)為第一完成單位和通訊單位，楊曉東為論文的第一作者，丁立健教授為論文通訊作者，博士研究生張程嘉為論文的合作作者。

圖4 提出的綜合電壓調(diào)控方法與已有方法的性能對(duì)比

近年來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)持續(xù)聚焦智能配用電系統(tǒng)運(yùn)行與控制關(guān)鍵技術(shù)研究，圍繞柔性配電系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、雙極直流配電技術(shù)、人工智能在新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用等方向開(kāi)展了系統(tǒng)性探索，已在IEEE Trans. Power Systems、IEEE Trans. Smart Grid、IEEE Trans. Sustain. Energy等國(guó)際權(quán)威期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇。相關(guān)研究成果在國(guó)家電網(wǎng)公司多項(xiàng)智能電網(wǎng)示范工程項(xiàng)目中得到應(yīng)用，有效提升了以新能源為主體的新型配用電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)與靈活運(yùn)行能力。

上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目(52377090)、聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目(U22B20116)和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(JZ2025HGTG0270)的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1109/TSG.2026.3651935

https://doi.org/10.1109/TSTE.2025.3600695

（楊曉東/文、圖 馮航/審核）

責(zé)任編輯：衛(wèi)婷婷