基于源網荷儲一體化的主動配電網系統最優配置模型

馬玉虎 齊向寧

【摘?要】配電網在建設初期階段時考慮建設分布式光伏電站、分散式風電場、背壓式供熱機組以及冷熱電三聯供機組等分布式電源，搭建靈敏穩定的主動配電網電網結構，配套建設需求側響應系統以及儲能系統，形成源網荷儲一體化的主動配電網系統。可有效解決因分布式電源、配電網、電力負荷因相互之間的不協調導致的安全保障難度和代價加大、電網清潔能源消納困難、系統運行效率地下等難點。通過主動配電網的建設，可使發生電力系統故障時，通過調節分布式電源、配電網電網結構、需求側負荷分布以及儲能電站，使無故障區域配電網正常運行。并針對配電網的故障發生、分布式光伏電站和分散式風電場出力的不確定性、需求側負荷的多樣性，構建基于源網荷儲一體化的主動配電網最優配置模型。

【關鍵詞】配電網;源網荷儲一體化;分布式電源

引言

隨著巴黎氣候協定時國家承諾的碳達峰、碳中和的工作要求，國家及各省區可再生能源消納管理辦法的發布、國家發改委關于風光火儲一體化和源網荷儲一體化的指導意見。基于源網荷儲一體化的主動配電網已成為社會中能源改革方面的關注熱點。建立主動配電網中的源網荷儲一體化最優配置模型，對提高區域級配電網的能源利用的效率也愈加重要。與傳統電網企業的配電網存在較大的差異，主動配電網具備十分靈活的控制系統，可實現對電源側、電網結構側、負荷側、儲能側實現遠程遙控，實現了配電網配電自動化的同時，提升了配電網的主動能力，提高了配電網電力設施的利用率，可以有效解決分布式光伏電站、分散式風電場、儲能電站、背壓式供熱機組以及冷熱電三聯供機組接入配電網的問題。對于巴黎氣候協定時國家承諾的碳達峰、碳中和的工作要求具有很大的促進作用。

1 用電需求側響應技術系統

隨著配電網的發展，清潔能源的不斷重視，配電網會接入大量分布式電源，需求側資源也呈現出多樣化和互動化的趨勢。管理好這些分布式電源及需求側資源，對于配電網的穩定運行和經濟高效、能源的消納以及電力市場的充分競爭有著重要的意義。

用電需求側響應技術系統，是通過在市場交易過程中，統計歷史的用電數據，鼓勵負荷側的各個分散的用戶主動改變自己的用電時間段等用電特性，從而使負荷側與電源側、電網側及儲能系統實現最優的經濟運行方式。是一種虛擬的市場化控制手段，通過調控虛擬的可控資源，可有效克服因分布式電源、配電網網架、電力負荷、儲能系統相互之間的不協調導致的不利因素。

建立需求側響應技術體系，可以有效引導終端負荷側的用電方式改變，提高負荷側終端設備的用電效率，有利于緩解電源與負荷之前的不協調問題，同時有利于提高電力設施的運行效率。

建立需求側響應技術體系，并借助于先進計量體系（AMI）和智能控制設備，建立需求響應雙向交互平臺，從而通過該園區實現大規模需求響應。解決配電網動態平衡能力的需求側資源調度技術并建立基于多能互補的需求側資源協調控制技術，建立需求側資源容量預測模型，從而對需求側資源調度方案進行實時優化，這樣最終可實現提升常規電源經濟運行能力并提高可再生能源的消納能力。

實施電力需求管理的設計效益及經濟效益具體有以下意義，對社會，可減少電力需求，降低能用消耗，緩解環境壓力;對政府，實現電力設施和企業的協同發展，有利于提升招商引資，促進經濟可持續發，降低單位GDP耗能;對電力用戶，減少用電成本，降低經營成本，提供企業競爭力;對售電公司，可有效減少負荷集中的用電時間段，提高分布式光伏電站、分散式風電場等新能源消納力度。

2 儲能電站應用技術研究

儲能電站在配電網系統中的作用主要有改善供電的電能質量、調頻與調壓、削峰與填谷、為分布式電源提供啟動能力四個作用。

2.1 改善供電的電能質量

分布式光伏電站、分散式風電場等可再生清潔能源電站發電隨機性較強，取決于當時的風、光資源條件。儲能電站可以有效分布式光伏、分散式風電在故障時引起的電壓急劇變化等問題，通過調節控制儲能電站，可以快速的為配電網提供功率支持，通過儲存或者釋放電能，從而實現配電網的功率調節，使有功功率和無功功率達成平衡，調節電網輸出穩定、平滑的輸出電壓。同時儲能裝置可以消納棄風與棄光電量，提高系統運行效率，確保經濟性。

2.2 調頻與調壓

分布式能源并入電網容易對電網產生沖擊，當此區域電網頻率有所波動，需要調頻電源平抑這種波動時，儲能裝置可研快速響應（一般為幾百毫秒），快充快放，滿足調度要求，獲取此部分收益;當并網母線由于故障等原因驟降，需要提供無功支撐時，儲能裝置此時變為無功電源（無需電池提供電壓支撐與有功），快速發出無功，支撐母線電壓。

2.3 削峰與填谷

電力市場上峰谷電價差較大，儲能電站可在谷價時段充電，高峰時期進行放電，賺取峰谷電價差，對配電網的負荷實現削峰與填谷，從而提高用電的經濟性。

2.4 儲能電站與分布式電源的配合

極端天氣下配電網容易發生多重故障并伴隨著大面積長時間的停電，故障后若沒有聯絡線或聯絡線不能通電，可以根據停電區域內的分布式電源、儲能、微網等進行恢復供電。由于風機、光伏電源沒有黑啟動能力，根據黑啟動能力又可將孤島分為無黑啟動能力的孤島、黑啟動能力不足的孤島和黑啟動能力充足的孤島，儲能電站可優先對前兩種孤島恢復供電。

3 主動配電網的源網荷儲一體化供電系統最優配置模型

3.1 模型建立

應用魯棒半定規劃優化方法，針對配電網的故障發生、分布式光伏電站和分散式風電場出力的不確定性、需求側負荷的多樣性，構建配電網典型最優配置模型。在配電網系統側構建主動防御、主動攻擊、再次主動防御的三層基本框架。

在第一層基本框架中，搭建關于分布式光伏電站、分散式風電場、背壓式供熱機組、冷熱電三聯供機組、儲能系統及其他清潔能源的配置方案。

在第二層基本框架中，建立一般事故電力狀況、重大事故電力狀況、特大電力事故的故障攻擊策略。

在第三層基本框架中，制定遭受各種電力故障情況下，配電網主動進行故障后的網架調整優化、電網潮流系統優化、結合儲能電站、需求側響應技術制定主動配電網的最優恢復供電措施的方案。

通過階段魯棒優化以及嵌套列約束生成算法對主動配電網的源網荷儲一體化最優配置模型進行求解，并通過配電網節點系統驗證了最優配置模型的有效性。

結語

主動配電網中的源網荷儲一體化系統最優配置模型，通過搭建靈活可靠的彈性配電網網架結構、需求側響應系統以及合理的分布式風光儲容量，應用魯棒半定規劃優化方法，針對配電網的故障發生、分布式光伏電站、分散式風電場出力的不確定性、需求側負荷的多樣性，構建典型最優場景模型。能夠充分提升配電網、分布式電源的運行效率，降低電力故障事故的發生，提高能源綜合利用效率。

參考文獻：

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（作者單位：特變電工新疆新能源股份有限公司）