隨著直流源荷和柔性直流技術的發展，交直流混合配電網可更高效地接納直流源荷，是未來配電網的重要發展方向。文章首先對交直流混合配電網的優勢、國內外相關技術研究現狀進行歸納；其次對交直流混合配電網的拓撲結構、優化規劃、調度控制、經濟性評估等關鍵技術問題進行總結分析；最后對交直流混合配電網的應用前景進行展望。
0引言
傳統配電網面對日益多樣化的負荷和用電需求，在可靠性、經濟適用性、高效性等方面面臨巨大挑戰。國家發展和改革委員會聯合國家能源局于2015年、2016年分別出臺《配電網建設改造行動計劃（2015-2020年）的通知》和《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》等文件，明確指出要推動可再生能源生產智能化，建設高靈活性的柔性能源網絡，保證能源傳輸的靈活可控和安全穩定，大幅提升配電網接納新能源、分布式電源及多元化負荷的能力，優化配電網網架結構，提升供電可靠性水平。
目前，發用電技術的多樣化發展需求，很大程度體現在直流電源與直流負荷的日益增加。光伏電源、風力發電、燃料電池、儲能單元（電池、超級電容器等）產生的電能大部分為直流電；常用的電氣設備及大型直流負荷，如計算機、空調設備、制冷設備、電動汽車、數據中心、電氣化機車等采用直流供電更為方便。在交流配電網中，上述直流源荷都需要通過DC/AC、AC/DC、DC/DC變流器接入相應電壓等級的交流配電網，或者先組網為直流微電網再經由變流器接入交流配電網。如果直接接入相應等級的直流配電網，可以省去部分變流器，減小損耗，提高電網的供配電效率及經濟性。此外，交直流混合配電網中直流部分不存在同步問題，可以有效隔離交流側擾動和故障，保證高可靠性供電。柔性直流技術在配電網中的發展應用使交直流混合配電網可實現輸送功率的靈活控制，在常態運行中保障交直流發用電設備的高效接入，并在緊急狀態下實現快速的跨區功率支撐。
目前國內外在交直流混合配電網領域的相關研究及示范工程尚在起步階段，針對直流配電網的研究已有初步成果。在北美，弗吉尼亞理工大學CPES中心于2007年提出“SustainableBuildingInitiative（SBI）”計劃，于2010年將其發展為“SBN（SustainableBuildingandNanogrids）”，并且提出了基于分層互聯交直流子網混合結構概念性互聯網絡結構。北卡羅萊納州立大學于2011年提出“TheFutureRenewableElectricEnergyDeliveryandManagement（FREEDM）”結構，適用于“即插即用”型分布式電源及分布式儲能的交直流混合配電網結構。阿爾伯塔大學于2012年提出了基于變流器的交直流混合配電網結構，給出小信號分析模型并分析其穩定性。
在歐洲，意大利羅馬第二大學和英國諾丁漢大學于2008年針對交直流混合配電網提出“UniversalandFlexiblePowerManagement（UNIFLEX-PM）”方案，在各個電網的不同工況下實現能量的雙向流動。羅馬尼亞布加勒斯特理工大學于2007年提出含有替代電源的直流配電網結構，實驗證明該結構提高了電網的運行效率和電能質量。意大利米蘭理工大學提出含有分布式電源的本地直流配電網結構，實現分布式電源、負荷與電網之間能量的雙向流動。
在國內針對交直流混合配電網的研究剛剛起步，目前相關研究成果主要集中在直流配電網方面。優化規劃方面，已有對直流配電網的拓撲、電壓等級、規劃方法、可靠性、經濟性和綜合評估等問題的研究。運行調度方面，有學者對直流配電網的潮流計算、電壓分布、含分布式電源的調度等問題進行了研究。控制保護方面，對直流配電網建
模、控制策略、保護等問題均有相關研究。此外，相關“863計劃”項目獲得立項支持，其中由北京市電力公司承擔的“863計劃”項目“交直流混合配電網關鍵技術”于2015年正式啟動，旨在實現面向城市不同供電區域之間柔性直流互聯和交直流混合環網閉環運行控制，從而解決高密度可再生能源接入問題并保障交流配電網可靠性。
本文將結合現有研究成果，對交直流混合配電網的網架結構、優化規劃、調度控制、經濟性評估等內容進行歸納總結。
1交直流混合配電網網架結構
交直流混合配電網網架結構對運行可靠性、靈活性、經濟性等方面都有重要影響。傳統交流配電網的網架結構已經非常成熟，國內外均有相關網架結構標準和案例。目前針對交直流混合配電網網架結構的研究較少，主要研究工作集中在直流配電網的網架結構設計。交直流混合配電網網架結構設計需要綜合考慮現有交流配電網的網架結構和直流配電網的研究成果，提出交直流混合配電網網架結構設計方案。
我國交流配電網中，高壓配電網網架結構主要有鏈式、環網和輻射狀結構；中壓配電網結構主要有雙環式、單環式、多分段適度聯絡和輻射狀結構；低壓配電網一般采用輻射狀結構。10kV配電網結構根據架空網和電纜網的不同可以分為2類：架空網主要包括輻射式接線和多分段適度聯絡接線2種模式；電纜網主要包括單環式接線和雙環式接線2種模式。北京市高壓配電網以環網建設、放射狀運行為主（“手拉手”式網架結構）。巴黎城區的電纜網采用三環網T接或雙環網T接方式；東京22kV電纜網采用主線備用線、環形、點狀網絡接線方式；新加坡采用“花瓣式”結構，22kV配電網采用環網連接、并列運行方式。
直流配電網網架結構主要有輻射型、兩端供電型和環型直流配電網。①輻射型直流配電網由不同電壓等級的直流母線組成骨干網絡，分布式電源、交流負載與直流負載通過電力電子裝置與直流母線相連，其結構簡單，對控制保護要求低，但供電可靠性較低；②兩端供電型直流配電網與輻射型直流配電網相比，當一側電源故障時，可以通過操作聯絡開關，由另一側電源供電，實現負荷轉供，提高整體可靠性；③環型直流配電網相比于兩端供電型直流配電網，可實現故障快速定位、隔離，其運行方式與兩端供電型直流配電網相似，且供電可靠性更高。
根據不同的應用需求，交直流混合配電網可分為含柔性直流裝置的交直流混合配電網與含直流網的交直流混合配電網，前者適用于直流源荷較少的情況，后者更加適合高密度直流源荷接入的情況。含直流網的交直流混合配電網接線模式主要包括輻射型交直流混合配電網（交直流線路間無聯絡）、多分段適度聯絡型交直流混合配電網（交直流線路間有聯絡），兩者的網絡結構分別見圖1、圖2。
根據端口數的不同，含柔性直流裝置的交直流混合配電網主要包括兩端互聯、三端互聯、四端互聯和六端互聯等方式。
2交直流混合配電網優化規劃技術
交直流混合配電網的優化規劃問題是配電網結構設計階段需要解決的核心問題，對交直流混合配電網的安全、可靠、經濟運行具有重要意義。
目前與交直流混合配電網優化規劃相關的研究，主要是基于傳統交流配電網規劃方法的成果，在直流配電網或直流微電網的一些特殊應用場合的規劃問題中進行應用。例如，針對海上風電接入配電網已有相關研究；此外，有學者對孤島直流微電網運行控制進行了相關研究，文獻［36～37］提出孤島直流微電網的運行方式及控制策略；文獻［38］針對直流微電網提出基于本地電壓分段控制策略的穩定性控制方法；文獻［39］研究了直流微電網的能量協調控制問題。而針對交直流混合配電網的規劃問題，著力解決在城市現有交流配電網中擴建直流子系統（包含柔性直流互聯裝置以及直流線路）的規劃方法，并沒有特別研究其關鍵技術及可行的規劃方法。
基于優化問題所需要涉及考慮的優化變量、優化目標和約束條件3方面內容，交直流混合配電網的規劃模型具有其自身的特征。
模型的優化變量需要擴展考慮直流源、荷以及柔性直流裝置的位置和容量；此外，也可結合交直流混合配電網調度運行方式增加相應的優化變量。
交直流混合配電網的優化目標依然從經濟性最優、可靠性最優2方面進行評估。經濟性評估主要從全壽命周期內投資成本、運行成本和經濟性評價指標（凈現值、投資回收期等）3方面進行評估。含有柔性直流互聯裝置的交直流混合配電網由于裝置成本占比較大，需要深入討論成本不確定性對經濟性結論的影響，從而調整優化規劃目標；含有直流線路的交直流混合配電網由于其基于已有交流配電網進行擴展規劃，通常建設時間較長，且根據直流子系統成熟度的遞增，一般可分為多個建設階段去考慮其經濟性優化的規劃目標。交直流混合配電網的可靠性評估需要反映柔性直流設備和網絡運行的綜合可靠性，并在直流子系統所能提供的緊急功率支撐條件下討論其對網絡可靠性的提升。
現階段大量的研究主要集中在經濟性單目標優化方面：文獻［41］考慮經濟性，以網損最小為目標函數，建立了配電網重構二階錐規劃模型；文獻［42］以最小規劃年綜合費用最小為目標函數，包括線路投資費用、折舊費用和運行中年電能損耗費用，建立基于協同遺傳算法的配電網規劃模型。由于經濟性單目標優化包含的信息十分有限，多目標優化已經成為配電網規劃的研究方向：文獻［43］采用多目標規劃方法，引入電能質量目標函數，以規劃電網線路總長度最短和風電場公共接入點PCC處閃變值最小為目標函數，建立基于改進NSGA2算法的規劃模型；文獻［44］建立以最小化配電網投資、最小化網絡損耗為目標函數的多目標規劃模型。
考慮交直流混合配電網的優化模型，優化規劃問題的求解可基于以下幾類算法進行嘗試：第一類是解析算法，包括線性規劃、非線性規劃和混合整數規劃等；第二類是智能算法，包括遺傳算法、禁忌搜索算法和蟻群算法等；另外，還有基于圖論的最小生成樹等方法。
在相關的優化規劃算法嘗試方面，文獻［45］提出了基于地理信息系統和遺傳算法的配電網優化規劃方法，綜合考慮投資、維護和運行費用，包括用戶停電損失，考慮了配電網的可靠性價值；文獻［46］提出了基于蟻群算法的配電網網架優化規劃方法，將蟻群算法應用于配電網網架優化規劃問題的研究，建立了網架規劃的數學模型；文獻［47］提出了一種基于改進最小生成樹算法的配電網網架優化規劃方案，將配電網的電源點和負荷點當作頂點，將各個頂點間可能架設線路的走廊當作邊，將線路的建設費用和運行費用（主要為線損）之和作為各條邊的權，在采用基本最小生成樹算法獲得初步規劃方案的基礎上，采取動態調整各條邊的權值并反復迭代的方法，獲得總費用最小的優化規劃結果；文獻［48］將多粒子群協同優化算法應用于配電網網架結構研究；文獻［49］利用混合整數線性規劃方法解決大型風電場并網規劃問題。
交直流混合配電網規劃問題屬于大規模組合規劃問題，對于實際大系統，第一類解析算法計算時間通常較長，容易造成“維數災”問題，一般適用于小系統。如果需要采用解析算法（智能算法無法處理或陷入局部最優解），需要對交直流混合配電網先進行分區，再對每個子區域進行規劃求解。第二類智能算法對數據的要求較低且可同時考慮多個目標函數和約束條件，適用于交直流混合配電網規劃問題。另外，大部分智能算法均可實現并行計算，可在交直流混合配電網分區的基礎上，利用智能算法的并行特性提高求解速度，且能做到在各個配電網分區間的信息交互，實現交直流混合配電網各個子分區間的聯合規劃。