主动配电系统规划和运行中的重要问题

主动配电系统规划和运行中的重要问题

许浩

（国网徐州供电公司江苏徐州221005）

摘要：随着传统化石能源的日趋枯竭、新能源技术的发展以及现代社会对供电质量与电网运行经济性要求的提高，以风电、光伏为代表的分布式可再生能源以及以电动汽车为代表的新型负荷大规模接入配电网，配电系统的架构及格局正在发生重大变化，将对配电网造成广泛的影响，主要表现在：增加配电网短路水平，导致设备更换并影响设备选型；导致配电网保护灵敏度变化，造成拒动或误动；带来电压不稳定、频闪、电压骤降、电压不平衡、谐波等电能质量问题；影响配电网的规划、运行、调度、市场及监管等。

关键词：主动配电系统；规划；运行

引言

智能配网技术的采用有助于充分利用各地的清洁能源和可再生能源，有助于向用户提供高质量、高可靠性的电力，是实现我国“节能减排”目标的重要举措。未来的配电系统将朝着具备灵活、可靠、高效的配电网网架结构、高可靠性和高安全性的通信网络、高渗透率的分布式电源接入、配电系统的快速仿真与自愈控制的总体方向和总体目标发展。

一、主动配电系统相关概念辨析

（一）基本概念与主要特征

国际上对ADN的内涵、特征与技术内容尚未取得一致性意见。公认的权威定义由国际大电网会议（CIGRE）C6.11工作组于2008年给出：能够对配电网中的分布式能源进行综合控制和管理，通过灵活可变的网络拓扑结构，改善配电网中的潮流分布，在合理的监控和接入标准支持下，使分布式能源对系统运行有一定支撑作用。ADN依托高可靠性的保护设备、高效电力电子控制器、双向高速的通信网络、灵活的拓扑结构、完善的智能量测系统等基础设施设备，对其管辖范围内的各类型DER进行主动调节与控制，使其主动参与系统响应过程之中，实现配电网乃至整个电力系统的优化运行。ADN具有如下主要特征：（1）ADN是容纳各种DER的多能源联合运行系统，不同能源系统之间耦合性强；（2）DER的接入位置分散但可控性强，终端用户行为模式丰富且与系统交互性高；（3）具有多重信息源融合、大数据、高并发、强互动、快变化等特征；（4）系统运行状态具备极强的可观性、可测性和可控性。

（二）主要功能

（1）通过DER、负荷与网络的协调控制，实现网络馈线潮流的均衡化管理，提高配电网对可再生能源的消纳能力；（2）促使DER积极参与系统调频与电压无功控制，提高配电网的供电品质；（3）实现需求侧可响应负荷在系统功率平衡控制及“削峰填谷”中的作用，增强配电网运行的安全性；（4）具有丰富的可调资源与完善的调节、控制手段，通过资源优化管理减少配电网对主网的容量需求，提高配电设备利用率，降低电网投资成本；（5）提升配电网运行状态的可观性，感知未来运行状态的发展态势，改善供电可靠性。

二、主动配电系统技术关注的重要问题

（一）储能系统与DERs的优化配置

储能装置是主动配电系统的重要组成部分。储能系统的引入，对提高电网设备利用率、提高配电系统对分布式电源的接纳能力、平抑分布式电源和负荷波动、提高系统运行稳定性和电能质量有重要的积极意义。然而目前储能系统成本还较高，这成为影响储能系统在配电网中应用的主要因素，因此如何优化配置储能和DERs资源，使得储能系统的价值得以尽限利用，是主动配电系统规划的重要问题。未来的研究需要评估储能系统与DERs在减少发电端和输配电侧容量投资建设费用所带来的收益、差价电费收益、降低重要用户停电损失和网络损耗所获得的收益等多方面的价值，结合配电网削峰填谷和可靠性约束、储能系统充放电特性约束，以主动配电系统综合经济效益最优为目标，建立DERs与储能容量的优化配置方法。

（二）考虑运行过程的配电系统规划

在传统配电网中，电力潮流单向流动，运行方式和规划准则相对简单，规划考虑的主要问题是满足负荷需求的快速增长，即以需求为主导，基于历史数据进行负荷预测，通过计算分析，确定设备的最佳位置、容量和接入变电站的方式。在主动配电系统中，分布式电源的大规模接入及其出力的不确定性将深刻改变配电网的电气特性，使其运行控制方式发生重大变化，主动配电网规划需综合考虑运行和控制问题以获取经济价值。进一步还需考虑未来可能呈现大电网和微型电网并存的格局、交直流混合电网模式、多层次网状的结构以及区域综合资源规划和能源互联网。涉及多目标及众多不确定因素的组合优化的规划方法非常复杂。CIGREC6.19的全球调研结果表明：1）目前规划很少或没考虑分布式发电或需求端集成。2）虽然很多公用事业企业感兴趣需求端集成，但主动配电网理念在规划过程中作为可行的替代方案的方法尚未认真考虑。3）主动配电系统提供了许多功能，但本质上也更为复杂，与传统的被动式配电网相比具有不同的特征。4）保持或改善目前水平的可靠性，需开发能够正确设计和评价ADS系统规划的评估系统。而目前国际上对ADS的规划及评估也仍处于探索阶段。现代配电系统规划如何同时考虑电源侧和负荷侧的动态变化，如何纳入运行过程是目前研究的热点。配电系统规划方法应该由以成本为导向转向以风险为导向。

（三）对主动配电系统规划工具的要求

主动配电系统规划方法有许多优点，如提高了电网的可靠性，对现有设备的优化利用，从而减少或延缓上级电网的投资，降低了配电网运行风险等。主动配电系统规划具有多目标、不确定性、非线性、动态和一体化的特性，因此，主动配电系统规划是一个复杂的优化组合问题，其中规划的总费用为投资费用、运行费用、维护费用、停电损失费用与环境影响费用之和。

三、主动配电网规划方法与工程实践

（一）主动配电系统的电压控制技术

分布式发电的大规模接入将改变配电系统的电压水平，给配电系统的无功电压控制带来严峻挑战。无功电压的优化控制是主动配电系统控制技术的重要内容。通过对电网中全电压等级的无功资源的优化选择和控制，实现网络上的无功潮流最优，保证分布式电源大规模接入下系统的电压水平稳定在规定范围内，在必要的时候可以调节高压侧或低压侧有载调压变压器分接头的位置。在电压控制中，还需要考虑网络拓扑变化以及分布式发电及需求侧资源短期、超短期的变化趋势。

（二）面向ADN规划的多场景模拟仿真技术

结合前述建模技术，研究ADN多能源协同的负荷预测技术，重点关注DEＲ及需求侧可响应负荷的影响；研究ADN未来运行场景的提取、估计与分析技术，形成支撑ADN规划决策的模拟场景库，通过对规划方案所处运行环境的精确模拟，充分计及DEＲ的不确定性与负荷的时变复杂性；从可靠性、充裕度、综合能效、经济效益等角度，建立ADN多维度、多时间尺度的仿真模型及算法，对规划方案进行验证与评估。该内容应反映ADN规划与运行的强耦合特性。

结束语

我国主动配电系统的研究还处于起步阶段，结合我国电网和经济社会情况，主动配电网的未来发展应集中在规划方法、灵活的网络拓扑、主动控制方法、主动管理技术、用户侧需求响应和管理的双向协调整合、柔性配电和交直流混合微网技术、储能技术和电力电子智能装备等方面，以提升配电网调度的灵活性，提升配电网对大规模分布式能源的接纳能力。

参考文献：

[1]范明天，张祖平，苏傲雪，等．主动配电系统可行技术的研究[J]．中国电机工程学报，2013，33（22）：12-18．

[2]钟清，孙闻，余南华，等．主动配电网规划中的负荷预测与发电预测[J]．中国电机工程学报，2014，34（19）：3050-3056．