摘要：近年来，频发的事件给配电网带来了巨大损失，因此配电网韧性提升极为重要。随着分布式光伏、储能及电动汽车等直流源荷的大量增加，城市配电网的形态正在从交流向交直流混合配电网转变。直流线路具有互联灵活的优势，能够打破交流配电网辐射状运行瓶颈实现灾后灵活组网，可有效提升配电网韧性。针对含光储充一体化电站的城市交直流混合配电网，提出一种能够充分考虑柔性直流互联特性与调控能力的供电恢复策略。首先，考虑灾后关键负荷与就地资源分布，提出了以直流线路为核心的应急供电恢复拓扑生成方法；其次，基于交直流恢复拓扑，建立了一种配电网两阶段韧性提升优化模型，第1阶段以程度保障重要负荷供电为目标优化负荷恢复次序，第2阶段以网络损耗最小为目标优化光储充一体化电站应急电源功率。算例结果表明，所提策略能够充分利用直流灵活互联能力及光储充一体化电站功率支撑能力恢复关键负荷，两阶段故障恢复方法具有良好的可行性与适应性。

关键词：交直流混合配电网；韧性；光储充一体化电站；故障恢复

0引言

近年来，不断增加的事件给城市配电网带来了巨大损失，故需要进一步提升其韧性。随着光伏、储能、电动汽车等新型源荷接入增多，城市交流配电网正逐步向交直流混合配电网形态转变。2022年7月29日，国家发展改革委印发了《“十四五"全国城市基础设施建设规划》,指出交直流混合网络未来将是城市配电网的发展趋势。与传统交流配电网相比，直流线路具有传输能力强、电压降小、线路传输损耗低等优势,并且具备灵活互联的能力，故障发生后根据直流系统特性制定合理的恢复策略，可以实现灾后负荷的快速恢复。

事件可能会导致配电网数条线路故障，使得部分节点与上级电网断开连接，整个网络将分为两部分：一部分以配电网主电源为基础进行恢复，另一部分是无法与主电源相连的分散源荷。故障发生后，应充分利用配电网主电源的优势，尽可能通过网络重构把故障线路与配电网主电源重新连接起来，实现快速恢复；无法与配电网主电源相连的分散负荷则只能通过与本地分布式电源形成孤岛进行恢复。现有灾后故障恢复的研究大多集中于交流配电网。以抢修时间最短和社会经济损失最小为综合目标，建立了含分布式电源的交流配电网故障紧急恢复与抢修模型，采用粒子群算法得到优抢修顺序。以交流配电网中开关操作次数最少和网损最小为目标，建立主网与剩余失电区域的恢复重构模型，并使用灰狼算法求解。讨论了有源配电网中利用柔性软开关(softopenpoint,SOP)进行灾后故障恢复的方法，但研究对象均为交流配电网，对于目前城市中飞速发展的交直流混合配电网考虑较少。由于交流配电网辐射状运行的约束，恢复孤岛中关键负荷需求的时序特性通常无法与特定应急电源输出特性精确匹配。因此，传统交流故障恢复方法无法发挥直流的作用，进而无法充分利用应急电源的能力来大限度地恢复负荷。

交直流混合配电网具有损耗低、供电能力强、灵活互联的优势，可有效提升配电网韧性。目前，已有学者开展了交直流混合配电网故障恢复研究，但相关文献较少。综合考虑敏感负荷可靠性需求以及直流线路中负荷极间切换的故障恢复方式，对交直流混合配电网开关配置进行优化，并提升直流故障恢复能力。通过增加新的直流线路将多个配电线路互联，以提升原有配电网的功率灵活传输能力和系统可靠性，并对复杂配电网互联成本效益进行了评估。但上述文献大多针对单点故障场景，恢复拓扑大多以配电网重构为主，对于灾害后恢复资源有限的场景考虑不够充分，现有恢复决策模型也无法充分发挥交直流混合配电网在灾害场景下的恢复潜力。

光储充一体化电站(photovoltaic-storage-chargingintegratedstation,PSCIS)包含光伏、储能、电动汽车等多种资源，是本地化清洁能源高效利用的重要手段15,也是满足未来低碳配电网发展需求的新对象。此外，PSCIS可以克服光伏、储能、电动汽车等单一资源的缺点，既能通过储能与电动汽车平抑光伏出力的不确定性，又可以联合电动汽车与储能提升系统的供电能力，具有更大的故障恢复潜力。目前，已有PSCIS用于城市配电网负荷紧急功率支援的研究[16。配电网发生严重故障后，可令电站内部以及可调度的电动汽车处于待命状态，以可控储能为主参与故障节点的恢复，利用光伏和电动汽车为储能提供电量补充，从而降低PSCIS的不确定性[15-17]。文献[17]建立了充换放储一体化电站区间负荷紧急支撑模型，提出一体站区间负荷紧急支撑策略及其孤岛区间负荷供电范围划分策略。文献[18]考虑配电网中风光机组出力的不确定因素，将电动汽车作为应急调度资源建立模型，并使用混合整数二阶锥模型求解。文献[19]考虑了配电网优化开关投切次序的决策方法，其中，分布式电源考虑了分布式柴油机、燃气轮机和分布式储能等。但现有文献尚未考虑灾害条件下PSCIS参与配电网故障恢复的调度模型及策略。

针对含PSCIS的城市交直流混合配电网，考虑到传统交流恢复方法无法充分发挥直流柔性互联的作用，本文提出一种充分考虑柔性直流互联特性与调控能力的韧性提升策略。首先，考虑灾损场景，提出以直流为核心的恢复拓扑搜索方法，在广度搜索过程中建立直流资源集合，以最短路径原则将重要负荷连接至该集合从而得到恢复拓扑，在数学层面寻得更优的恢复拓扑；其次，基于直流恢复拓扑，建立一种两阶段交直流混合配电网灾后恢复优化模型。其中，第1阶段优化负荷恢复顺序，第2阶段优化PSCIS应急电源出力，以实现重要负荷大限度保供电。采用拓扑潮流校验方法和二阶锥混合整数规划方法对模型进行求解。该方法克服了传统二阶锥规划模型在解决配电网故障恢复问题时的边界条件限制问题，在保证结果优的前提下实现了快速求解。

1以直流为核心的交直流混合配电网恢复拓扑生成方法

配电网故障恢复过程中，利用直流线路柔性互联能力灵活连接各条线路的PSCIS和关键负荷，可以突破传统交流配电网辐射状运行限制，提升关键负荷恢复的速度与程度，实现更好的恢复效果，如图1所示。

恢复拓扑搜索方法主要分为两类：一类以配电网主电源为基础进行恢复，失电负荷通过网络重构方式与配电网主电源相连；另一类以PSCIS为基础进行恢复，失电负荷通过交流或直流线路与PSCIS相连。

1.1依托配电网主电源的恢复拓扑生成方法

配电网主电源的供电稳定性较高，在恢复拓扑生成时应优先考虑，使其尽可能连接更多的负荷。采用广度优先搜索方法进行拓扑生成，从源点开始，搜索与其相邻的第1层连接点，接着再顺序搜索与第2层连接点相邻的未曾访问的点作为第2层连接点，以此类推直到与源点有路径相连的节点均被搜索过为止。

以配电网主电源为基础的恢复拓扑生成后，没有被访问过的节点则与该拓扑不存在电气联系，无法通过配电网主电源进行恢复。由于恢复拓扑的改变，可能出现因线路过长导致的节点电压越限等情况。因此，还需要进行相应潮流校验，即满足网络运行的电压约束与线路功率传输约束。校验未通过的负荷应被移除拓扑，转移至无法通过网络重构恢复的失电区。

1.2依托本地PSCIS应急资源的恢复拓扑生成方法

对于无法通过网络重构恢复的失电区，其恢复拓扑类型可分为传统交流配电孤岛和含直流的配电孤岛两种情况：

1)含直流的配电孤岛。所有可与直流线路相连的负荷组成含直流的配电孤岛。此时，不同线路的PSCIS可通过直流线路共同参与应急供电。

2)传统交流配电孤岛。该类负荷无法与直流线路相连，恢复拓扑为单电源多负荷的辐射状运行结构，可利用单条线路中的PSCIS实现恢复。

1.2.1含直流的配电孤岛

以图2中的配电网为例，故障发生后形成若干供电孤岛。其中，R4区域形成传统交流配电孤岛，只能通过内部的分布式电源PSCIS4进行恢复；R1、R2和R3区域可以通过直流线路进行互联，形成多电源对多负荷的恢复区域，实现能量的灵活传输，保证能量优先恢复最重要的负荷，从而提升系统韧性。

多电源之间相互连接主要依靠电压源换流器(voltagesourceconverter,VSC),恢复区域的核心为直流线路，如果能将所有可连接的资源全部通过直流线路进行连接，就可以保证恢复资源的大化利用。为保证负荷的稳定运行，互联区域内的VSC应采用不同的控制方法，其中一个VSC需要采用定直流电压控制，以确保直流线路的稳定运行；其他VSC采用PQ控制，以灵活调整传输功率的方向和大小，根据制定的优化策略实现多条线路之间的功率互助。拓扑生成过程如下。

1)通过广度优先搜索获得从每个电源到每个直流节点的路径。由于网络损耗与线路阻抗呈正相关，根据最短路径原则生成电源点至直流线路的最短连接拓扑。以该拓扑中所有节点为基础建立直流资源集合Vnew:

Vnew==(1)式中：Vsouce、Vpc和Vconecion分别为PSCIS集合、直流节点集合和连接节点集合；v₁,U₂,…,v,为路径向量，其中，n为Vnew中的元素个数。

2)确定负荷点集合Vload。以Vd中的元素为起点，以Vnew中的元素为终点，搜索出所有可行的路线，得到距离矩阵如下：

式中：d;;为第i个关键负荷与第j个直流资源的距离；i=1,2,…,m,j=1,2,…,n,m为Vload中的元素个数。

3)从D的每一行中选取电气距离最短的路径，组成以直流线路为核心的恢复拓扑：

式中：dmi,d2in,…,dmin为D中每行元素的最小值。

1.2.2传统交流配电孤岛

由于实际配电网拓扑规模大，灾害可能造成线路多个位置故障，出现PSCIS和关键负荷无法连接到直流线路的情况，即传统交流配电孤岛。此时，多个PSCIS之间无法互联，需要考虑由单个PSCIS出发寻找关键负荷。首先，建立关键负荷和单个PSCIS的恢复路径，即“单个PSCIS-关键负荷"路径；接着，通过广度优先搜索遍历和最短路径原则，建立每个独立负荷至PSCIS间的距离矩阵。在这一过程中，可能搜索到多个可行拓扑，可根据具体恢复策略确定最终的恢复拓扑。

2安科瑞能为零碳园区建设提供哪些方案

安科瑞作为专业的智慧能源管理解决方案提供商，能为零碳园区建设提供包括碳计量电表、分布式光伏、分布式储能、电动车有序充电以及园区智慧能源管理平台等解决方案，为零碳园区的建设提供“云-边-端"一体化解决方案，利用“云边协同"智慧策略帮助园区充分利用好新能源，明确降碳成本效益路线图。

2.1 碳电表

碳电表是一种新型的计量工具，它的出现是为了帮助我们更好地理解和计算企业在电力使用中的碳排放。它的工作原理是根据实际电能消耗的计量数据，动态计算并按照使用条件、区域等因素更新电碳因子，也就是平均每度电所蕴含的碳排放量。这个数值是实时更新的，能够真实反映企业电力使用中的碳排放情况。碳电表的出现对于企业有着非常重要的意义，有了这些数据，企业就可以追踪产品生产过程的碳排放，根据碳排放情况优化电源结构，制定更加绿色低碳的生产模式。

AEM96三相多功能碳电表，集成三相电力参数测量、分时电能计量及碳排放统计，根据不同使用工况的电碳折算因子集成碳结算功能，包含12组碳排放值及对应的碳排放因子，它能够实时计算并给出企业生产用电带来的碳排放量，让碳排放像电能一样方便记录，配合安科瑞碳资产管理平台，大大简化企业的碳排放统计工作。

图1 AEM96三相多功能碳电表

2.2 分布式光伏解决方案

着新型电力系统的发展以及国能发新能规〔2025〕7号文、发改价格〔2025〕136号文相继出台，分布式光伏建设越来越需要面临并网、运行安全和能量管理方面的问题，并不是建了就能用。供电部门对于分布式光伏电站并网保护、稳控系统、电能质量以及和调度的通信均有要求。

图2 分布式光伏建设系统图

1. 根据《分布式电源接入电网技术规定》和《电能质量管理办法（暂行）》等相关标准和规范要求，光伏电站并网点需要监测并网点电能质量；

2. 根据《分布式电源接入电网技术规定》并网点安装防孤岛保护装置，防止光伏电站孤岛运行；

3. 并网点安装国网电能计量表和远动装置用于上传光伏电站发电数据，由当地供电部门确定；

4. 对于自发自用、余电不上网系统，公共连接点处还需要配置防逆流保护装置，动作与切除或调节光伏逆变器，根据要求可使用不同的控制策略。

5. 配置国网纵向加密认证装置、正/反向隔离装置、网络安全监测装置、远动网关等，按照电网要求的数据格式和安全要求接受电网调度；

6. 光伏监控系统需采集站内逆变器、箱变、保护测控装置、电能质量监测装置、防孤岛保护、电能计量等数据，在本地工作站实时监控，还需要把数据上传给电网调度系统，接受电网调度；

7. 根据当地供电部门需要配置光功率预测系统、AGC/AVC系统、微机防误系统、“四可"系统等，数据上传调度系统。

分布式光伏建设相关二次设备：

2.3 分布式储能解决方案

储能系统作为光伏发电蓄水池和中转站，在消纳光伏发电过程中起着很重要的作用，在零碳园区建设中不可少。

按照GB/T 36547-2018《电化学储能系统接入电网技术规定》要求，储能系统的微机保护配置要求：储能电站并网点配置AM5-IS防孤岛保护，非计划孤岛时应在2s动作，将储能电站与电网断开。

关于储能系统计量点的设置：如果储能系统接入园区内部电网，计量点设置在并网点。

储能单元应具备绝缘监测功能，当储能单元绝缘低时应能发出报警和/或跳闸信号通知储能变流器及计算机监控系统，如果BMS或者PCS不具备绝缘监测功能可单独配置直流绝缘监测装置。

通过10kV接入公用电网的储能系统电能质量宜满足GB/T19862要求的电能质量监测装置，当储能系统的电能质量指标不满足要求时，配置电能质量在线监测装置监测并网点电能质量。

图3 储能系统图

储能系统二次设备选型

2.4 有序充电解决方案

以电代油、以电代气是零碳园区能源转型中一个不可少的过程，为新能源车补充能源的充换电站也是必配设施。安科瑞有序充电系统基于预测算法，可以实现对企业变压器负荷率、光伏发电和充电负荷需求预测结合充电桩的监控、调度和管理，提高光伏发电消纳，提升园区微电网的运行可靠性，降低充电成本。

图4 有序充电系统图

有序充电系统设备选型方案

2.5 碳资产管理方案

AcrelEMS3.0智慧能源管理平台碳资产管理采用碳排放核算因子数据库，符合SO14064-1：2018 组织层级温室气体排放和清除的量化和报告指南要求，为园区提供包括碳盘查清册、碳配额管理、碳排放分析、碳流向、碳盘查报告、碳交易记录等等功能，帮助园区建立碳排放统计、核算、报告、核查体系。

图5 碳排放核算符合性评估声明

2.6 微电网协调控制器

ACCU-100BF微电网协调控制器主要采集光伏逆变器、储能系统、变压器负荷等数据，根据设置的新能源使用逻辑来构建本地控制策略以及云端数据的交互，控制储能设备、分布式能源、可调负荷设备的出力与电力需求，并能根据经济效益模型在满足调度的前提下，进行光储置换，响应云端策略配置，充分消纳利用新能源。

图6 “云边端"三级控制策略结合

ACCU-100BF微电网协调控制器具备以下功能特点：

数据采集：支持串口、以太网等多通道实时运行，满足各类风电与光伏逆变器、储能等设备接入；

通讯管理：支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-103、IEC 60870-5-104、MQTT等通信规约，可实现云边协同（结合安科瑞智慧能源管理云平台进行远程运维）、OTA升级、就地/远程切换、本地人机交互（选配）；

边缘计算：灵活的报警阈值设置、主动上传报警信息、数据合并计算、逻辑控制、断点续传、数据加密、4G路由；

策略管理：防逆流、计划曲线、削峰填谷、需量控制、有功/无功控制、光储协调等，并支持策略定制;

系统安全：基于不可信模型设计的用户权限，防止非法用户侵入；基于数据加密与数据安全验证技术，采用数据标定与防篡改机制，实现数据固证和可追溯；

运行安全：采集分析包括电池、温控及消防在内的全站信号与测量数据，实现运行安全预警预测。

3AcrelEMS3.0智慧能源管理平台-园区级微电网能源管理

在零碳或近零碳园区建设中，“光伏+储能+充电"组合的被应用到园区电网之中。随着新能源占比增加，园区的管理需要依靠智慧能源管理平台来实现碳资产管理、新能源策略控制、有序充电管理、能耗分析、设备运维等等。AcrelEMS3.0智慧能源管理平台可以帮助园区有效的管理能源，其功能包括：

• 综合监控：实现园区变电站、光伏、储能、负荷、充电桩、环境数据的采集、监测、可视化展示、异常告警、事件查询、报表统计等功能；

• 智能控制：协同光伏、储能、负载等多种能源主体，动态规划智能策略，实现储能、光伏协调控制，比如计划曲线、削峰填谷、防逆流、新能源消纳、需量控制等；

• 能源分析：具备微电网能耗及效益分析、微电网经济运行分析、多维度电量分析，并进行日、月、年能源报表统计；

• 碳资产管理：企业碳资产管理功能，包括碳盘查清册、碳配额管理、碳排放分析、碳流向、碳盘查报告、碳交易记录等等。

• 功率预测：以历史光伏输出功率和历史数值天气数据为基础，结合数值天气预报数据和光伏发电单元的地理位置，采用深度学习算法建立预测模型库，实现光伏发电的短时和超短时功率预测，并经进行误差分析；同时对微电网内所有负荷，基于历史负荷数据，通过大数据分析算法，预测负荷功率曲线。

• 优化调度：根据分布式能源发电预测、负荷预测结果，并结合分时电价、电网交互功率及储能约束条件等因素，以用电成本低为目标，建立优化模型，采用深度学习算法解析微电网运行功率计划，系统通过将功率计划进行分解，实现对光伏、储能、充电桩的优化控制。

图7 AcrelEMS3.0智慧能源管理平台

四结束语

零碳园区并非单一的减排单元，而是集能源转型、产业升级、技术创新、治理改革于一体的系统工程，是实现 “双碳"（碳达峰、碳中和）目标的关键抓手。其规划和建设需要合理利用工具和能源管理软件，来实现能源利用。未来，随着更多零碳园区的建成，其不仅将成为区域经济的 “绿色名片"，更将成为中国参与气候治理的核心竞争力之一。