面向新能源接入的柔性配电网协调保护与控制策略研究

引言

近年来，风电、光伏等新能源在配电侧的渗透率快速提升，配电网正逐步由单一电源供电向源- 网- 荷多元结构演进。传统配电网以单向潮流与集中控制为基础，其结构刚性强、调节能力弱，难以满足高比例新能源接入后的安全稳定运行需求。柔性配电网因其具备快速控制、灵活拓扑调整与分布式协调等优势，成为构建新型配电系统的重要方向。然而，新能源接入带来的多点供电与故障特征变化，使得原有保护与控制策略失效，亟须重构面向柔性化的新型保护与控制体系。

一、柔性配电网的定义

配电网是电力系统的重要组成部分。随着新型能源技术及大规模配电技术的大力发展，交直流柔性配电模式已被广泛应用。将光伏能源、风能源等新能源与传统能源融合，采用多种能源联合配电，可更好满足用户的用电需求。交直流柔性配电网相比传统形式的配电网，其配电能力更强，其电网容量更高。该模式不仅具备灵活的能量流动控制能力，还能有效降低能量在转换和输送过程中的损耗，提高整体配电系统的运行效率与经济性。同时，交直流混合结构为储能、电动汽车、微电网等新型用能方式的接入提供了更高的兼容性与运行稳定性，进一步推动配电网向智能化、多元化方向发展。

二、面向新能源接入的柔性配电网协调保护路径

（一）新能源接入下的故障特征识别机制

新能源的广泛接入使配电网逐渐由单电源、单向潮流向多电源、多方向潮流转变，这直接导致故障特征发生显著变化。可再生能源（尤其是太阳能、风能等可变的可再生能源）产生的强扰动性输能、频繁的负荷翻转等都导致传统的基于短路电流大小的故障类型的识别方法不能正确地区分故障类型和故障位置。且通过低压穿越、逆变器限定最大流量等操作后可能出现故障电流严重下降或不存在，识别难度增大。应采用先进的技术手段（比如高频数据采集、多区域信息采集、通过机器学习建立故障模型等）提高识别精度，以期能够快速准确地辨识出故障类别（如故障类型为短路、电弧、接地故障等）并提供实时分类算法。

（二）柔性配电网中自适应保护配置技术路径

在传统的配电系统中，保护方法是根据固定的路径、单向的能量模式制定，不适合可调用的电源种类及频繁的结构调整。基于自适应的保护算法主要以系统当前的状态信息来工作，并动态改变保护动作的原理和定值，给新的电源接入带来了较好的安全性。主要的实现流程涉及智能开关设备的配置、通信和采样系统的完善、实时图像化的识别与故障分析算法等。如开关自动化系统与智能开关配合，在电流方向改变时动态更新保护分区的范围以及动作原则。再如依托 PMU 数据结合云技术的故障辨识方法，更好地进行全系统保护方案的自适应与调整。

（三）保护与分布式电源控制之间的协调机制

对于含分布式电源的配电网系统，为配电网提供了能量接入，同时也是影响保护装置运行的重要方面。由于其可以实现快速变负荷、控制潮流、承受低电压，因此，一旦故障发生时可以通过改变故障短路电流值和系统阻抗来破坏传统保护的动作判据，因此必须建立保护动作与分布式电源控制的一致性，以保证两者的信息互通和功能的融合。实现这种思路就是将保护继电器装于分布式电源的控制设备中，一旦有故障信号发生，便可自动控制输出的特性，配合主线路保护动作逻辑的判据。配电自动化系统还可以实施分布式电源暂时脱离或者离网运行，以保证不对保护的误动或者拒动造成影响，进而增强全系统动作精准性与供电连续性。

三、面向新能源接入的柔性配电网控制策略

（一）柔性设备支持下的电压与潮流控制策略

在应用柔性配电网中大量采用了 SVG（ 静止无功发生器 ）、STATCOM以及柔性互连变换器等电力电子器件来支持电压稳定和潮流管理。伴随大规模新能源接入配电网，电压波动、潮流翻转等现象的发生频率越来越高，配网原有的无功补偿、潮流控制等手段往往难以做出迅速反应。利用灵活设备的功能特性可以完成对无功功率的实时调节、无功约束限值电压、多输电通道重构潮流等功能。例如，在典型配网系统集中式光伏发电的应用中，部署多个 SVG 并联，再结合 AVC 系统，当出现短时间云层遮挡或负荷骤变时，均能将母线电压稳定在 ±2% 的范围内，有效提升了电压质量和供电可靠度。当前，柔性设备运行模式正从被动响应向预决策和分布式的协同控制转变，有利于进一步提高配电网的自适应性和适应性。

（二）分布式能源协调运行的控制策略优化

考虑到分布式电源在输出方面的随机性和分散性特点，对电网运行协调的要求有进一步提升，因此，目前有效地解决分布式电源运行控制的方法是建立协作有序的电源、电网协同运行控制方式。比如，微电网运行方式、需求侧响应、能量管理系统控制策略等。例如，在浙江杭州的分布式源网荷协同能效提升工程中，结合当地的能量管理平台 EMS 技术手段，接入当地的20 个分布式光伏发电站、2 个储能站和若干冷热电三联产消费站点，进行总体能量调度和自动控制，在其测试过程中，在高峰负荷时通过构建预测控制模型来引导分布式光伏发电的降低、储能电站的放电以及一些工厂用电量的削减，整个负荷曲线的削减率达到 15% 。

（三）柔性配电网多层级协同控制架构设计

柔性配电网需构建分层次、区域化、可扩展的控制架构，以应对新能源接入后系统复杂度显著提升的趋势。通常采用三层结构，即主控层（调控中心）、协调层（区域控制器）、执行层（终端设备控制）。各层级间通过数据采集与边缘计算平台实现状态感知与指令下发。以深圳智能配电区项目为例，主控中心实时监测区域负荷、电压、电流及设备状态，通过区域协调器对多个微网、储能设备及开关设备进行优化调度。终端执行层则可实现孤岛控制、快速切换、自动恢复等功能。该架构下，系统具备高度灵活性与容错性，即便在通信中断或局部设备故障时，也能维持基本供电服务。多层级控制体系不仅提升了整体调控效率，也为新型电力系统建设提供了实践模型。

结语：柔性配电网作为新型配电系统的发展方向，具备应对新能源高比例接入带来的运行不确定性与保护控制挑战的能力。通过柔性设备、自适应控制与分层协调机制的综合运用，系统不仅实现了电能质量与供电可靠性的提升，还增强了电网对复杂运行环境的自适应能力。本文围绕新能源接入情境，分析了故障特征、保护路径与控制策略的演化需求，并提出了具备实际工程适应性的优化机制。未来，需进一步推动标准化建设、控制算法智能化以及新型电力电子技术集成，加快实现柔性配电网向智能、主动、自愈方向演进，为实现“双碳”目标和能源转型奠定坚实基础。

参考文献：

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