解读中国科学院电工研究所：裴玮 高比例分布式能源柔性配电网构建

新能源扩张倒逼配电网柔性化转型

分布式光伏和电动汽车的普及正在改变配电网的运行格局。原文指出，分布式能源、电动汽车的普及和用户负荷的电气化，使配电网面临电压越限、馈线负荷不均衡等电能质量问题更加突出。传统配电网采用辐射型架构，以供方主导、单向供电模式为主，一次调控设备如有载调压器、电容器、联络开关等调节能力有限，运行控制灵活性不足。

从发展趋势看，分布式光伏容量与电动汽车数量持续增长，局部地区新能源渗透率快速攀升，配电网正从“有源配电网”向“主动配电网”“智慧配电网”演进。传统单向供电模式已难以适应源网荷储协同互动的需求，配电网迫切需要向柔性化方向转型，实现功率双向、连续、快速调控。

柔性配电系统的两大核心目标

柔性配电系统是以柔性互联与柔性调压等电力电子装备为核心载体，实现源网荷储资源高效配置、功率柔性调控与电压主动支撑的新型配电系统。原文明确提出两大核心目标：一是灵活性，通过电力电子装备实现功率双向、连续、快速调控；二是可靠性，通过故障快速隔离与跨区转供，显著提升供电安全水平。

在装备层面，柔性配电系统要求从传统主设备和传统管控模式向柔性主设备、多状态智能管控升级，涵盖变压类、开关类、电源类等标准模组。

这一定义界定了装备的载体地位和系统的功能边界。

两类核心装备对应两类调控需求

面向柔性配电系统的调控需求，原文将核心装备归纳为两类：跨馈线的柔性互联装备和沿馈线的柔性调压装备。城市配电网不同馈线、不同区段负载率差异显著，各馈线分布式光伏渗透率不均，局部高渗透率馈线出现倒送功率与电压越限，需要跨馈线互联装备实现负载均衡、新能源就地消纳与故障工况下的不间断转供。

另一方面，网架薄弱、供电半径长及线路阻抗大，叠加大功率负荷投切与光伏出力波动，易引发末端低电压、反向潮流过电压及频繁波动，需要快速响应、双向升降压及连续调节能力的调压装备。两类装备协同配合，跨馈线功率互济与沿馈线电压调节，共同支撑柔性配电系统“灵活调控、可靠供电”的核心目标。

柔性互联装置：从含隔离变到无隔离变

现有柔性互联装备多采用“工频隔离变压器+背靠背变流器”组合方案，隔离变采用Y/Δ接线，实现三相四线制配电网与三相三线制变流器的接口适配。工频隔离变有效阻断共模干扰，控制策略简单、技术成熟，但体积庞大、笨重，且引入额外损耗（1%~2%），难以满足配电台区灵活部署、紧凑安装和规模化推广需求。

为此，材料提出取消工频隔离变、采用无隔离型双向AC/DC变流器的紧凑方案，通过直流母线实现不同配电台区之间的柔性互联与功率互济。技术优势包括高效率、高功率密度和灵活部署。但去除隔离变后共模分量显著增加，引发保护误动、通信干扰、设备过热等问题，共模干扰突出成为新的挑战。围绕“拓扑—调制—控制—结构”多层级协同优化，成为无隔离变型柔性互联装置的技术主线。

效率与功率密度的多重突破路径

在效率提升方面，材料从器件、拓扑和控制三个层面给出思路。器件层面采用SiC MOSFET，利用其低开关损耗、高耐压和高温运行能力提升高频能量变换效率；拓扑层面通过两电平向三电平升级，降低功率器件换流应力；控制层面通过重构桥臂电流轨迹，实现无辅助谐振网络的零电压软开关。

在功率密度提升方面，将三相四线制变换功能划分为主功率变换单元和独立中性线调节单元，通过主动中点电位调节降低直流母线储能需求，实现直流电容显著小型化。同时采用铜铝复合管道式散热器、三相四线集成型共模电感、紧凑型大电流直流继电器等核心元器件紧凑化措施，配合三维布局优化，整机尺寸为667×448×133mm，功率密度达到2.642W/cm³。

共模抑制与工程验证

针对无隔离变方案突出的共模干扰问题，材料提出“堵”与“疏”相结合的抑制思路。低频共模方面，提出比例—多模谐振控制器加状态反馈的环流闭环抑制策略，从控制源头阻断低频共模电流流通；高频共模方面，基于多端同步调制思路，通过高维空间矢量调制进行矢量寻优，在多端变流器之间实现共模电压相位相互抵消；回路阻抗方面，配置EMI共模滤波器提高配电网侧共模阻抗，同时在变换器内部构建低阻抗共模回路。

工程验证方面，2025年6月12日许昌开普检测研究院有限公司进行了第三方测试，主要指标均满足任务书最终考核指标要求。每端口容量105kW，共模电压0.8%、最大值1.759Vrms，AC-AC最大转换效率98.258%，整机体积功率密度2.642W/cm³。现场示范在江苏扬中开展，通过交—直—交互联与直流汇聚构建交直流光储充微网，装备首次采用抱杆安装方式。

柔性交流调压装置：方案对比与技术创新

现有交流调压方案可分为串联调节与并联调节两类。有载变压器调档不能解决电压连续调节问题，调压范围有限，末端治理效果不佳；传统线圈式稳压体积与重量大、响应速度慢。材料综合对比了有载变压器调档、低压柔直供电、UPQC、台区储能和AC/AC调压五种方案，AC/AC直接调压方案兼具宽范围无级调压、体积小、成本低及柱上安装等优势，更适用于配电线路末端电压治理。

针对分立器件双向开关损耗大、换流复杂、调压方向单一等挑战，材料从器件封装、控制策略与系统架构三个层面提出解决方案：碳化硅双向开关镜像对称低寄生封装方法降低寄生参数；基于电压极性的PWM方式实现换流模态、正常模态、死区模态无缝切换；通过开关器件切换输入输出端口连接，实现降压补偿、旁路运行与升压补偿三种模式的动态切换。

这组数据来自2025年6月12日许昌开普检测研究院有限公司出具的检验报告，测试对象是低压柔性互联装备。每端口容量105kW，超过任务书≥100kW的考核要求；共模电压0.8%、最大值1.759Vrms，低于<1%额定电压的考核要求，说明共模抑制策略在工程样机上得到了验证。 效率方面，AC-AC最大转换效率98.258%，整机体积功率密度2.642W/cm³，均达到或超过考核指标。功率模组体积功率密度9.42W/cm³，反映了功率拓扑分层和元器件紧凑化措施的实际效果。差模电感0.073mH，低于≤0.08mH的考核要求，这一指标与磁件集成化设计直接相关。

这组参数对应100kW三相工程样机，输入侧额定电压380VAC，电压补偿范围+30%～-40%，输出侧额定电流150A，过载能力180A/10s。稳压精度<2%、响应时间<5ms，说明装备对电压波动的跟踪和补偿速度较快，能够适应光伏出力波动和负荷投切引起的电压快速变化。 结构参数方面，单机重量约50kg，防护等级IP65，支持抱杆安装和柱上部署。冷却方式为智能风冷，通信接口包括RS485、CAN和GPRS，保护功能覆盖过流、过电压、欠压、过载和过温。50kg的单机重量和IP65防护等级，是装备能够采用抱杆安装方式的前提条件，也呼应了材料对轻量化、小型化与柱上部署需求的强调。