主動配電系統規劃和運行中的重要問題

關志海

摘 要：新時期，主動配電系統是電力行業重點關注與研究的一項高新技術，主動配電系統在提高配電網調度靈活性及其對大規模分布式能源的接納能力方面有著良好的效果，對促進電力行業的現代化、自動化、智能化發展，具有重要的意義。文章主要從規劃、運行兩個方面，對主動配電系統發展過程中的重要問題進行了分析，以供參考借鑒。

關鍵詞：主動配電系統；規劃；運行；配電網

中圖分類號：TM715 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）33-0073-02

Abstract： In the new period， active distribution system（ADS） is a new high technology focused on and researched by electric power industry. Active distribution system has good effect in improving the dispatch flexibility of distribution network and its ability to accept large scale distributed energy. It is of great significance to promote the modernization， automation and intelligent development of the electric power industry. In this paper， the important problems in the development of active distribution system are analyzed from two aspects of planning and operation， which can be used for reference.

Keywords： active distribution system （ADS）； planning； operation； distribution network

隨著時代的發展，社會對供電質量、供電安全、電網運行經濟性的要求不斷提高，電力行業逐漸將目光轉移到了新能源的開發與利用上，以光伏、風電為代表的可再生能源、分布式能源以及以電動汽車為代表的大規模負荷接入配電網，推動著配電系統格局及架構的改變[1]。主動配電系統便是在這一背景下發展起來的，其主要目的是優化融合源、網、荷，來解決分布式電源大規模并網的問題，已經成為了配電網技術的主要發展方向。

1 主動配電系統規劃中的重要問題

1.1 運行過程

在以往的配電網系統中，電力處于單向流動的狀態，因此配電系統的規劃準則及其運行方式均比較簡單，在對配電系統進行規劃的過程中，需要考慮滿足負荷需求的快速增長這一關鍵問題，也就是以需求為主導的情況下，以歷史數據為基礎，準確預測負荷，并進行計算分析，明確配電設備的容量、最佳位置以及接入變電站的途徑。而轉變為主動配電系統之后，大規模分布式電源接入、出力存在巨大的不確定性，導致配電網的電氣特性出現了重大的變化，改變了配電網的運行控制方式[2]。這樣的情況下，為確保主動配電網的經濟價值，必須充分考慮運行、控制問題，此外，還要考慮區域綜合資源規劃與能源互聯網、多層次網狀結構、交流與直流混合電網模式以及未來可能呈現的微型電網與大電網并存的格局等方面的問題。

從技術角度考慮，未來配電系統的規劃與運行，不可避免地會受到大規模分布式電源出力存在隨機性與不確定性這一特性的影響，基于此，規劃階段便要對這一因素進行充分考慮，明確運行控制措施，并確定相關的技術約束條件，如閃變、諧波、短路電流水平以及電壓水平等。從數學角度考慮，運行過程的配電系統規劃存在不確定性、多目標性、動態性、非線性等特征，而涉及眾多不確定因素、多目標的組合優化的規劃方法也十分復雜。但不可否認的是，運行過程的主動配電系統規劃方法，應從以往的以成本為導向，轉變為以風險為導向。

1.2 分布式電源及負荷高級建模

在以往的配電網規劃中，忽視了分布式電源接入配電網系統而對配電網系統帶來的影響這一因素，進行負荷預測的時候主要依據例宏觀經濟人口數據、歷史負荷數據，無法適應新的需求，也不能確保新資源設備接入的經濟性，更不能在規劃結果找到解決運行問題的方法。在主動配電系統中，將會有更多復雜因素給負荷發展帶來影響，例如需求側響應、配電網主動管理等，從而會呈現出更加復雜、多變的特性。面對這樣的情況，主動配電系統規劃的時候，應充分考慮分布式電源需求資源的復雜性及出力的隨機性等特征，對負荷與分布式電源進行高級建模，用表征用戶日用電負荷特性與概率的模型，從而達到提高配電系統規劃精細度的目的。

1.3 智能建筑能源集成

隨著生活水平的不斷提高，人們也逐漸提高了對建筑質量的要求，促使綠色建筑、智能建筑得到了不斷發展。這樣的背景下，綠色建筑接入分布式電源，已經成為可再生分布式能源應用的主要方向與發展趨勢，分布式電源規劃中，智能建筑能源集成規劃也會占據越來越重要的地位[3]。智能建筑集成能源系統之中，用電負荷包括電負荷、熱負荷、冷負荷，用電負荷復雜程度更高，儲能類型包括儲電、儲熱、儲冷，更加多樣化，此外設備可控程度也會變成能量型儲能與功率型儲能、不可控電源與可控電源、不可控負荷與可控負荷共存的局面，這些現象，均在很大程度上提高了智能建筑能源集成規劃的復雜性與運行控制的難度，是未來主動配電系統規劃中需要高度重視的問題。

2 主動配電系統運行中的重要問題

2.1 調度控制模型

若想要使主動配電系統得到優化運行，關鍵在于準確建立高滲透率DERs接入條件下的調度控制模型。從調度控制模型反面上考慮，與傳統電網調度相比，主動配電系統不管是從約束條件、控制變量，還是目標函數，均有著明顯的不同，發生了深刻的變化，其的可調度變量除了可控分布式電源之外，還包括一些其他的要素，如可控負荷、儲能系統以及有載調壓變壓器、聯絡開關等可控單元。傳統配電系統的運行控制，大多數情況下是以某一時刻的最優化運行經濟合理性為主要目標。而對于主動配電系統來說，是將整個調度周期運行的經濟合理性優化當作目標，與此相對應的，其技術約束條件也有所增加，不同包括傳統配電系統的技術約束條件，如電源發電功率限制、潮流約束、功率平衡約束等，還需要考慮主動配電系統的一些特征，如分布式電源出力的隨機性、負荷的不確定性、儲能系統的容量約束、儲能系統充放電過程中的能量守恒等?；谶@樣的情況，接下來應當將重點放到研發能夠適應間歇式發電、大規模不穩定發電、電力消費不穩定需求等情況的預實時監控系統。

2.2 電壓控制技術

大規模分布式電源的接入，不可避免地會使配電網的電壓發生改變，這就給配電網的無功電壓控制提出了更高的要求與嚴峻的挑戰?；诖?，對主動配電系統控制進行研究的時候，也要充分考慮無功電壓控制的優化問題。電網系統中，優化選擇全電壓等級的無功資源，確保無功潮流達到最優化的狀態，從而促使規模分布式電源接入的情況下配電系統電壓水平保持在規定的穩定范圍之內，有必要的情況下，還可以對低壓側或者是高壓側有載調壓變壓器分接頭部位進行適當的調節[4]。除此之外，電壓控制中，還需要考慮分布式發電、網絡拓撲變化以及需求側資源超短期或者是短期的改變趨勢。

2.3 態勢感知技術

配電系統中，存在著大量的分布式電源，在線量測其電氣量的難度非常大，面對這樣的情況，應研發以預測精度為基礎的超短期分布式電源出力與負荷預測的態勢感知技術。態勢感知技術的主要特點為，對多類型時空尺度觀測數據進行綜合利用，并有機結合來自于智能電表、同步測量單元以及綜合測量單元等渠道的信息，聯系超短期分布式電源出力與負荷預測結合，最終從龐大的電網運行信息中將有價值的信息準確的提取出來，達到實時跟蹤、掌握配電系統運行情況的目的，從而將電網的被動安全管理轉變為主動安全管理。

2.4 配電網保護

高滲透率DERs接入條件下的配電網保護，其最重要的內容便是研發相關控制系統與理論，解決快速判斷故障范圍及其原因的問題，并根據仿真分析，明確控制措施，同時，還需要解決如何借助智能系統實現主動配電系統的自愈，提高電網調度控制的智能化、自動化程度，確保同電網的銜接有效、電力供應的安全。

2.5 協調控制技術

主動配電系統運行中，從系統運行優化方面來看，其主要內容便是源/網/荷的協調控制技術。其與需求管理特性有機融合起來，并充分考慮柔性負荷、儲能系統、分布式電源的多尺度時間互補特性以及氣象預測、負荷預測、電價等信息，對配電網可控單元、柔性負荷、儲能系統、分布式電源進行全面的協調優化控制，不僅可以確保電網的可靠性、安全性及其供電質量，將柔性負荷的調節作用、儲能系統的快速功率吞吐能力充分發揮出來，還可以提高主動配電系統的運行經濟性及主動控制能力。

3 結束語

綜上，主動配電系統已經成為了配電網未來的主要發展方向，目前我國對于主動配電系統的研究尚處于理論探索階段，接下來應進一步加強對新技術、新方法、新模型的研究，致力于實現配電系統對于大規模分布式電源的接入，進一步提高電網系統的智能化、自動化水平。

參考文獻：

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