隨著可再生能源大規(guī)模接入、數(shù)據(jù)中心及電動汽車等直流負荷的快速增長，傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)在運行效率、電能質(zhì)量及供電可靠性方面面臨新的挑戰(zhàn)。交直流混合配電網(wǎng)作為一種新型電網(wǎng)形態(tài)，通過靈活整合交流與直流技術(shù)優(yōu)勢，正成為未來智能配電網(wǎng)發(fā)展的重要方向。本文旨在探討其關(guān)鍵技術(shù)及開發(fā)路徑。

一、交直流混合配電網(wǎng)的架構(gòu)與優(yōu)勢
交直流混合配電網(wǎng)的核心在于通過電力電子變換裝置，在配電網(wǎng)中構(gòu)建出交直流并存的混合供電區(qū)域。典型架構(gòu)包括交流主干網(wǎng)、直流微網(wǎng)以及連接兩者的雙向AC/DC換流站。其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在：

1. 高效接納分布式能源：光伏、儲能等直流源可直接接入直流母線，減少變換環(huán)節(jié)，提升整體效率。
2. 靈活適配多元負荷：可高效、直接地為數(shù)據(jù)中心、電動汽車充電樁及現(xiàn)代工業(yè)中的大量直流負荷供電。
3. 提升供電能力與電能質(zhì)量：直流線路無感抗與容抗問題，傳輸容量大，且能有效隔離交流側(cè)故障與諧波相互影響。
4. 增強系統(tǒng)運行靈活性：通過換流站的快速功率控制，可實現(xiàn)潮流的靈活調(diào)節(jié)與優(yōu)化。

二、關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)與開發(fā)現(xiàn)狀
交直流混合配電網(wǎng)的開發(fā)涉及多項關(guān)鍵技術(shù)，目前部分已取得進展，但全面應(yīng)用仍需攻關(guān)。

1. 核心設(shè)備技術(shù)：

• 電壓源型換流器（VSC）：是中壓配網(wǎng)級混合電網(wǎng)的關(guān)鍵接口設(shè)備。開發(fā)重點在于提高其容量、效率、可靠性與經(jīng)濟性，并實現(xiàn)故障穿越、黑啟動等高級功能。

• 直流斷路器：直流電流無自然過零點，開斷困難。快速、可靠的機械式、固態(tài)或混合式直流斷路器技術(shù)是保護系統(tǒng)安全的核心，目前成本與性能仍需優(yōu)化。

1. 規(guī)劃與運行控制技術(shù)：

• 協(xié)同規(guī)劃方法：需研究考慮源-網(wǎng)-荷-儲特性的交直流網(wǎng)絡(luò)拓撲優(yōu)化、電壓等級序列選擇、換流站最優(yōu)布點與容量配置方法。

• 協(xié)調(diào)運行與控制：需建立分層分區(qū)的協(xié)調(diào)控制體系。開發(fā)適用于混合網(wǎng)絡(luò)的潮流計算、狀態(tài)估計、最優(yōu)潮流、電壓無功協(xié)調(diào)及故障恢復(fù)策略。關(guān)鍵在于實現(xiàn)交流子網(wǎng)與直流子網(wǎng)的功率平衡與穩(wěn)定控制。

1. 保護技術(shù)：

• 保護原理與配置：直流側(cè)故障電流上升極快，傳統(tǒng)交流保護原理不適用。需研究基于電流微分、電壓變化率等新型保護原理，并解決雙端供電模式下故障定位難題。

• 保護設(shè)備與配合：開發(fā)專用的直流保護設(shè)備，并與交流側(cè)保護、換流站控制實現(xiàn)整定配合與信息交互，確保選擇性、速動性。

1. 標(biāo)準(zhǔn)體系與仿真技術(shù)：

• 標(biāo)準(zhǔn)缺失是制約商業(yè)化推廣的重要因素。亟需在設(shè)備、設(shè)計、接入、運行、檢修等方面建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。

• 開發(fā)能夠精確模擬電力電子設(shè)備動態(tài)、混合網(wǎng)絡(luò)交互過程的仿真平臺，是進行系統(tǒng)分析、控制策略驗證的基礎(chǔ)工具。

三、未來開發(fā)方向與展望
交直流混合配電網(wǎng)的開發(fā)是一個系統(tǒng)性工程，未來應(yīng)聚焦于：

1. 示范工程引領(lǐng)：在工業(yè)園區(qū)、數(shù)據(jù)中心集群、高比例可再生能源接入?yún)^(qū)等典型場景建設(shè)示范工程，積累設(shè)備運行、系統(tǒng)控制與運維管理經(jīng)驗。
2. 關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)突破：集中攻關(guān)大容量低成本換流器、高性能直流斷路器、即插即用接口、高可靠性保護系統(tǒng)等核心裝備與軟件算法。
3. 智能化與數(shù)字化賦能：深度融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，實現(xiàn)混合配電網(wǎng)的全景感知、智能決策與自適應(yīng)優(yōu)化運行。
4. 政策與市場機制創(chuàng)新：完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，探索適應(yīng)混合電網(wǎng)特點的市場交易與調(diào)度機制，激勵投資與技術(shù)創(chuàng)新。

交直流混合配電網(wǎng)是構(gòu)建清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系的重要技術(shù)支撐。盡管面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，但隨著電力電子技術(shù)、材料技術(shù)及信息技術(shù)的進步，通過產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同攻關(guān)與示范應(yīng)用，其關(guān)鍵技術(shù)將日趨成熟，為實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型與新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供堅實路徑。