主動配電系統可行技術的研究

王彧

摘 要：隨著信息與通信技術的發展，應用高級量測設備的主動配電網（ADN）已經可以解決DER接入問題。文章以DER的接入為著眼點重點分析了發展ADN的重要性，并對AND的概念、現狀、動態及成果進行研究，對AND的經濟可信性進行了分析，指出AND在平衡配電層級功率和平衡配電層級與上級電網之間都是可以提供局部區域能源交換的設施，具有很大的發展潛力。

關鍵詞：主動配電網；電力系統；可行性；平衡配電層

1 概述

傳統的配電網通常依靠靈活的網絡結構和較大的容量裕度來應對負荷的不確定性，進而使電力網絡能夠安全運行，這種控制方法較為常見，同時也較為簡單。然而，在科學技術的推動下，配電網中采用分布式能源（DER）的滲透率來實現對電力負荷的控制逐漸增多，這也導致在配電網的規劃與控制方面更加復雜，對配電網整體的經濟性產生重大影響，在管理方式上也亟待推陳出新。

2 主動配電網的定義和概念

主動配電網（ADN）是充分利用網絡拓撲結構來對配電網進行管理，進而能夠對局部的DER進行主動控制和管理的配電系統。DER在監管環境允許的情況下，按照接入協議的要求，能夠實現對系統的全面支持。分布式能源（DER）主要則是由分布式儲能（EES）、分布式發電（DG）和可控負荷（RL）等構成的，其中負荷既有發電屬性，同時又有消費屬性，這種雙重性導致其也是DER的組成部分。

2010年，國際上基于CIGREC6.11的定義對AND進行了闡釋，其中文名稱則為“主動配電網”。目前，全球范圍內的電力供應商多采用傳統的方式來進行管理，并沒有形成有效的激勵機制，同時也受到監管環境的制約和影響，導致AND的發展非常緩慢，仍有很多問題亟待解決。

3 配電系統的DER接入技術研究

傳統配電網是介于輸電網與用戶之間的“中轉站”，而中低壓配電網在整個電力系統中更被看作是“被動”負荷。在傳統配電網當中，技術標準較低，操作也更為簡單，電力網絡所采用的模式是開環輻射模式，盡管存在電力自動化設備，這些設備也多用于解決后臺故障，實現快速處理，保證電力的持續供應，而對于穩態運行中的配電網進行控制和管理幾乎沒有，因而傳統配電網又被稱為“被動配電網（PDN）”。傳統配電網在設計上并沒有考慮到高滲透率DER的接入問題，針對高滲透率DER的接入問題，小規模應用會影響到局部配電網絡，一旦將其進行大規模的推廣應用，那么將會對全局電力網絡進行作用，其中不僅包括電網規劃、運行狀態、故障處理等，同時還會對短路電流、設備選型、非常態方式孤島運行等電學現象造成嚴重影響。

3.1 配電網規劃方法研究

傳統配電網從規劃的角度進行分析，其網絡結構相對更為固定，是根據負荷預測值確定最大容量裕度，確保配電網的最低運行條件，在設計初始階段將潛在問題排除，因而傳統配電網相對更為簡單。ADN負荷預測結果的值在判斷上需要考慮到兩個因素，需求側響應和DG。此外，在設計的過程中會考慮到DER主動管理模式對整體或局域電力網絡所造成的影響。可見，相較于傳統配電網采用AND規劃的方法要更為復雜。

3.2 配電網運行技術研究

電力設備都有額定工作電壓，因而需要在電壓范圍內來運行，電壓質量與無功電壓控制之間的關系非常緊密。對于無源的傳統配電網，其無功電壓控制模式比較容易。在配電網中接入DER后，由于DER所存在的隨機性、間歇性、非線性等特點，導致配電網無功電壓控制模式相較于傳統配電網要復雜的多，在DER的影響下還會出現有功潮流反向、無功潮流不確定性等。此外，接入DER還可能會發生暫態電壓變化，由風電機組引發的電壓畸變、閃變、保護誤動等一系列問題，進而對配電質量造成影響。

3.3 短路電流和設備選型研究

任意一個存在電源的電力系統都存在短路電流，因而為了能夠使DG順利接入，確保遮斷容量不超標，必須要對原有開關進行更換，甚至對原有電力設備進行更換，進而導致運行成本的增加。同時，對于同一個變電站，DG的接入并不是只有一個點，在多點接入時，某一點附近同一電壓層級節點的短路電流會發生超標的現象，這時也需要對設備進行更換，大量的DG接入點會造成供電區域的網絡飽和，導致后續DG接入受限。

4 主動配電網的可行技術研究

如今，世界各國都在致力于AND項目的研發，為了使AND技術更具有推廣價值，在“可行技術”方面更為重視。先進的電力企業已經開始部署AND試點項目，《主動配電網的運行和發展》對主動配電網的可行技術進行了較為全面的總結，現將其中通信技術和AND可行技術進行介紹。

4.1 通信技術研究

在對配電系統進行管理的過程中，需要依托于信息技術與通訊技術（ICT）以及相關設備。利用ICT技術能夠在很大程度上增強配電網的可靠性和穩定性，同時能夠促進電網效率的提升，平衡系統頻率，并對電壓和潮流進行調節和控制，是支持配電系統運行的關鍵性技術。ICT所采取的主動控制可以由集中控制、組合控制、點對點控制任意一種控制模式來實現。

4.2 相關技術研究

目前，AND項目重點涉及三個方面的技術，其中包括硬件設備、網絡運行、檢測控制。對于AND項目未來的發展，在解決可行技術方面需要關注以下幾個方面：

（1）電力設備：電力設備中也包含通信設備，其中主要有ESS、AMI、通信媒介設備、智能設備、DG接入和控制接口、電池能量管理等；利用電力設備來實現網絡重構、電壓調節、DER接入轉換、諧波補償、無功補償等；運用DER和負荷優化運行能夠產生最大的回報率；運用可控儲能能夠使發電和負荷達到平衡。

（2）ICT技術：基于ICT技術能夠實現系統信息的運算、處理、分配、存儲等功能，實現設備之間的數據交換與信息傳遞。

（3）監測預測：對各種網絡參數和系統實際運行狀況進行監測，對可能存在的峰值電壓、峰值電流、負荷、發電、電價進行預測，保證系統的安全性與穩定性。

（4）運行控制：配電網管理系統采用分布式控制以及需求側管理，在孤島運行條件下對微電網/饋線進行管理；此外，還設計自動電壓控制、潮流管理、動態的線路載荷水平等。

5 結束語

文章以DER的接入為著眼點重點分析了發展ADN的重要性，并對AND的概念、現狀、動態及成果進行研究，對AND的經濟可信性進行了分析，指出AND在平衡配電層級功率和平衡配電層級與上級電網之間都是可以提供局部區域能源交換的設施。在高滲透率DER接入的情況下，會在輸電網與配電網之間形成雙向功率流，同時造成電源和負荷都具有了雙重不確定性，客戶具有生產者與消費者的雙重屬性，因而為了使配電網系統的安全性與穩定性得到保障，必須要依托于現有技術來對電網進行改進，引進更加領先的設備，加強對ADS技術的研發，這也負荷目前配電網工程改造的趨勢。雖然DER滲透率會逐漸增大，但基于先進技術設備構建的ADS在平衡配電層級的功率方面所發揮的作用將會不斷增強，進而成為局部區域進行能源交換的核心模塊。我國在對ADS的研究過程中，需要結合我國電力網絡的實際需求與可行性，如在對高滲透率DER接入的研究中不能忽視可行的配電網絡擴展模式，促使我國電力系統配電網的效率得到大幅提升。

參考文獻

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