主動配電網技術綜述

摘 要：分布式能源的大規模接入，給傳統配電網帶來了諧波污染、雙向潮流、電壓越限等問題。主動配電網（ADN）技術采用主動管理分布式電源、儲能設備和客戶雙向負荷的模式，運行狀態靈活可變。本文主要介紹了主動配電網的核心技術及其研究現狀。

關鍵詞：主動配電網；規劃；運行控制；能源策略

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0054-02

1 引 言

隨著分布式電源（DG）接入配電網的數量和可控負荷日漸增加，對傳統配電網產生了很多負面影響，如諧波污染、接入點電壓升高、系統雙向潮流、系統電壓波動等，這些問題也限制了DG接入的數量。根據CIGRE C6.11的定義，主動配電網是采用主動管理分布式電源、儲能設備和客戶雙向負荷的模式，具有靈活拓撲結構的公用配電網。ADN為解決DG接入帶來的電壓升高問題、增加DG的接入容量、提升配電網的資產利用率提供了新的解決方案。本文對ADN相關技術研究的發展情況以及熱點方向進行了綜述，為研究者提供參考。

2 主動配電網規劃

傳統配電網屬于無源網絡，規劃要實現的目標是在滿足規劃周期內負荷需求和確保滿足各類基本指標的前提下，盡可能追求投資成本的最小化。然而根據這種思路開展的規劃，對網內資源的配置無法做到最優配置，之所以出現這種情況，是因為傳統配電網規劃一般是在給定網絡結構的前提下，對選定負荷預測值（選取最大容量裕度）來應對最嚴重工況的運行條件，以求得處理所有運行問題的最優解。分布式電源具有隨機性和波動性的特點，傳統配電網規劃對于這類新型能源的控制缺少考慮。為解決DG接入帶來的電壓升高問題、增加DG的接入容量、提升配電網的資產利用率這些問題，主動配電網規劃方案出現了。

圖1描述了ADN規劃的一般流程，主要分為五步：①以配電網中的歷史數據，如分布式電源的數量，網內負荷，電價等進行不確定性建模，考慮的元素越多，模型就能越真實反映配電網的實際工況。然而規劃模型維數及求解的復雜度的增加，也使得最優解的求取更加困難。在實際ADN規劃過程中需要進行適當折中。②輸入規劃基礎數據，如規劃年、投資數據、待選集等。③建立雙層數學模型。上層模型考慮配電網規劃總體目標，實現年綜合費用最小或投資費用最小，下層模型基于系統安全穩定運行前提上追求系統運行費用最小或事故DG切除量最小。④采用遺傳算法、仿生算法等進行數學模型求解。⑤輸出規劃方案。[1]

規劃問題是主動配電網研究的熱點問題，規劃方案的關注重點也各有不同。例如有研究者重點研究DG的選址和定容選擇對經濟效益的影響問題。ADN規劃使用的不確定性建模方式較傳統配電網規劃方案風險和投資成本更低，但是計算量非常大，模型的簡化、新算法的研究也是中外學者努力的方向。

ADN規劃今后研究的主要方向有：①建模考慮不確定因素更全面，完善數學模型，如“電源-網-負荷”模型。②在中長期規劃中對模型開展動態優化，以適應配電網的發展，幫助修正規劃。③模型指標體系的完善，在建模中引入波特性、自給率等指標。

3 主動配電網的控制方式

ADN較傳統配電網網絡拓撲更靈活，但是結構也更加繁瑣，接入點多且高度不對稱，因此系統內電源、負荷的協調配合對于提高系統的安全性，保證系統經濟運行來說至關重要，需要采用合適的控制方式進行處理，設計可靠的網絡架構。ADN主要有三種控制方式，分別是集中式、分散式及混合分層式。[2]

3.1 集中式

集中式控制方式如圖2所示，通過通信數據網將接入點采集到的電氣量和狀態信息數據送至中央控制器（distribution network central controller，DNCC）。中央控制器對接入的DG和其他設備下達指令，起對整個系統進行全局協調管理作用，并能夠將配電網的電壓和頻率保持在合理的范圍內。

集中式控制方式的好處在設備配置少，建設和維護成本低，但是缺點也很明顯：由于采用集中控制方式，如果中央控制器出現故障，整個網絡將會崩潰；隨著監測通道增多，中央控制器接收的數據量會越來越大，可能出現瞬時并發量沖擊導致系統崩盤，對控制器的硬件配置要求高；由于采取數據集中上送的方式，為增加可靠性，一般采取至少雙通道互為備用的配置方式，因而在通信設備投資會增大；維護困難，開展系統維護時，需要將整個系統停電。

3.2 分布式

分布式控制方式如圖3所示，不同于集中式控制方式，取消了中央控制器，設備接入路數不用受限。這種控制方式主要通過現場保護裝置和智能終端配合來實現。故障清除和恢復供電也依靠現場分管的保護裝置和智能終端。在這一領域，分布控制方式下的多代理技術應用是研究熱點，如文獻[3]提出了基于多代理技術的分布式控制方式，在配電網中設置數個具有自治能力的Agent單元，既能控制分管設備的協調運行，同時單元間具有社交能力，可以實現單元之間和外部系統的通信聯系。

3.3 混合分層式

混合分層式管理（hybrid hierarchical management，HHM）如圖4所示。該種控制方式采用多層式結構，綜合了集中控制和分布控制的優點。最上層為能量優化管理層，通過控制器采集下層傳遞的數據，實現對配電網內電源、設備的投切操作和系統監控；中間層配置分管不同功能的控制設備，根據主控制器下達的命令，計算出策略參數并發布給底層控制器；底層控制器根據接收到的策略參數來控制配電網內設備。實際運行中，為保證系統運行安全，故障清除主要依靠保護裝置實現，而設備恢復送電則依靠主控制器下達。

4 主動配電網的運行控制

分布式電源雙向特性影響配網的潮流分布，隨著接入數量增多，電源的間歇性投切會產生系統瞬時波動，影響系統電壓調節。現階段ADN運行控制的研究更趨向于務實和工程化，希望通過改善控制方式的以消除分布式電源接入后造成的電壓問題并提高配電網運行經濟性。例如在電壓控制方面，針對目前配電網運行規定要求分布式電源采用最大功率點跟蹤運行策略的現狀，大量工作集中于如何利用現有配電網電壓控制設備應對分布式電源接入的電壓問題。文獻[4]提出采用就地補償方式，通過分布式控制策略管理現場無功補償裝置，以解決分布式電源出力突變情況下電壓調節問題，并通過時域仿真方法驗證了可行性。

5 主動配電網能源政策問題

ADN推廣應用需要解決的除了技術問題之外，還受投資、體制等因素影響，能源政策的支持也決定了ADN技術發展前景。不同于傳統電網建設，除了強制性的政策要求外，主動配電網建設還需要更多的市場激勵政策，例如：

（1）用戶激勵。目前分布式電源主要通過降低購電費用以實現盈利，然而對于光伏、燃料電池等新型能源，現有制造水平經濟效益較低，造成建設成本過高，回報慢情況。一些研究以微電網為例，論證了分布式電源建設投入遠超收益回報。缺乏用戶激勵機制的將導致分布式電源接入困難。

（2）電力運營商激勵。傳統電網公司在配網端的收益來自于售電、報裝容量費以及輔助服務費。分布式電源的接入降低了電源持有者的購電成本，實際上減少了運營商的收入，會影響到運營商提高服務水平的積極性。

（3）需求側響應服務激勵。主動配電網的市場化需求下，設備的服務提供者不僅僅局限于傳統電網公司，如何鼓勵民間資本等第三方參與建設維護是主動配電網安全經濟運行的關鍵問題。

6 結 語

ADN技術的應用可以使電網資產利用的高效性和對綠色能源的兼容性得到較大提高，然而ADN技術研究還處于示范階段，本文基于主動配電網的特點，從ADN規劃、控制管理方式、運行管理、能源政策激勵四個方面綜述了ADN技術的研究現狀及存在問題，有如下結論：

（1）ADN規劃由于考慮了主動管理，可以更加詳細地將運行中的不確定性考慮到規劃模型中，規劃方案具有更強的適應性。然而不確定性的疊加，增加了規劃方案的可行解求解難度，求解算法的研究仍是今后研究的熱門方向。

（2）目前有關主動配電網的運行控制研究方向多集中于分布式電源與需求側響應的控制手段，正常運行狀態下的研究較為豐富，而在緊急、故障狀態下的運行控制研究比較欠缺。研究熱點也局限于主動配電網內部，而忽略了其與主網間聯系的問題。

參考文獻

[1]邢海軍，程浩忠，張沈習，等.主動配電網規劃研究綜述[J].電網技術，2015，39（10）：2705～2711.

[2]趙 波，王財勝，周金輝，等.主動配電網現狀與未來發展[J].電力系統自動化，2013，36（22）：12～18.

[3]YU L，CZARKOWSKI D，de LEON F.Optimal distributed voltage regulation for secondary networks with DGs[J].IEEE Trans on Smart Grid，2012，3（2）：959～967.

[4]Ranamuka D，Agalgaonkar A P，Muttaqi K m.Online voltage control in distribution systems with multiple voltage regulating devices[J].IEEE Transactions on Sustainable Energy，2014，5（2）：617～628.

收稿日期：2018-5-15

作者簡介：黃宇華（1987-），男，壯族，廣西欽州人，助理工程師，本科，主要從事變電運行相關工作。