淺談多能協同的配電網供電恢復策略

文/鄧春生（國網城步縣供電分公司）

由于我國能源儲藏和開采結構存在明顯偏頗，使得能源供給一直是限制我國社會主義建設推進的關鍵因素，尤其是在環保工作開展力度不斷加大的時代背景下，構建完善的、科學的多能互補能源綜合利用體系，已經成為時代發展的必然要求。而配電網在我國電力系統中有非常重要的作用，并在工作過程中占主導地位，是電力系統高質量工作的基礎保障。在實際工作中，電力系統中配電網供電的可靠性受到了極大的關注。本文中，在概述多能協同基礎上，從多能協同角度出發，提出了適用于多能協同的配電網主動解列替代控制和協調控制策略，從而保障配電網供電恢復，促進我國電力行業正常運行。

一、配電網重要作用

配電網在保障電力輸送穩定中發揮著重要作用，在電力系統中占據著重要的地位，是電力系統長期穩定供電的基礎保障，配電網供電可靠性直接影響電力系統的高質量穩定供電，供電企業應該重視提升配電網供電的可靠性，確保滿足當前電力系統的供電需求。同時，應該提升工作人員對配電網供電可靠性的重視程度，盡可能使其高質量地完成相關工作，根據實際情況科學地落實相關工作，真正提升工作質量及效率，使我國的電力系統長期穩定地為人們的工作、生活提供穩定的電力資源，進而促使我國電力行業的高質量發展，促進社會的進步。

配電網是電力系統重要組成部分，并在實際工作中發揮著重要的作用，因此在開展相關工作時，工作人員應該根據專業化的技術要求嚴格地落實相關工作，使配電網的供電工作穩定發展。與此同時，更加高效地提升我國配電網穩定供電的相關技術，為其在新時代的發展中更好地立足于社會奠定良好的基礎。

二、多能互補能源綜合利用

多能互補能源綜合利用系統是相對于傳統分布式的應用模式而言，具體是指將各種能源資源進行綜合性輸入，依照不同能源品位高低進行綜合互補利用，并且依照設定的能量配合關系實現轉換，以達到能源最佳利用效率的能源網絡系統。多能互補的應用，能夠通過多種資源組合模式在區域范圍內建設一體化的集成功能基礎社會實踐，從而實現多能協同供應，提升能源綜合梯級利用水平，為解決我國能源緊缺、結構不平衡現狀提供具體操作路徑。

在多能互補系統運行中，系統內部的協調優化對能源利用效率具有直接性影響，如基于產業園區為運行基礎的，集成多元能源監控、能量管理、能效管控和需求側效應等為一體的綜合能源控制系統方案。在其方案所提出的綜合能源控制體系中，以數據分析系統為基礎，構建涵蓋自動控制系統、監視平臺、管理人員、控制機構為框架的分析系統，能夠基于分析結果對系統運行的電、熱、冷等系統進行調節分配，實現能源的高效分配。優化控制的具體方法以通過智能算法為運行基礎，將運算得出結果與控制系統進行數據交互后，再實現對設備運行的具體優化，具有較高的運行效率。

三、配電網多能協同供電恢復應用重要性

配電網主動解列后，將形成以分布式電源供電為主，且能夠安全運行的電力孤島，減少故障對配電網的不利影響，并縮小停電范圍，提高配電網的供電質量、供電安全性和可靠性。配電網主動解列是指在系統崩潰前，通過求解一組合理的解列點，將系統分解為若干獨立運行的子系統，使系統失負荷量最小。

當前研究中，主要從主動解列模型及求解算法等方面提出了含有分布式電源的配電網供電恢復策略。但分布式電源存在不確定性以及易受外界環境影響等特點，其對電網供能恢復的作用有限。此外，配電網中部分負荷是以電力驅動的能量轉換設備，其作用在于將電能轉換成熱、冷等多種形式的能源，在故障情況下該部分電負荷可轉由相應子系統進行供給。

提升配電網的供能恢復能力，不僅要從配電網電源側進行考慮，更要從配電網的多類型負荷的靈活性角度入手，通過調節配電網中能量轉換設備等特殊的靈活性負荷，進一步挖掘配電網的潛在供電恢復能力。在多能耦合的能源互聯網背景下，傳統的配電網正在轉變為以配電網為核心，融合電、氣、熱等多種能源網絡構成的多能耦合能源系統。由于其具有靈活的運行方式和多能互補等特性，因此，一方面為配電網的主動解列提供了更為優質、合理的方案，另一方面也為配電網的安全控制提供了新機遇。

首先，相較于傳統的主動解列策略，燃氣輪機、熱電聯產機組等元件由于其具有良好的穩定性和可控性，對配電網支撐作用明顯強于光伏、風電等傳統的分布式電源，可通過定量增大耦合元件出力的方式為配電網主動解列提供更有力的電源支撐；其次，電力驅動的能量轉換設備可通過降低功率或直接停止工作等方式減輕配電網負荷，缺失的熱冷等能量支撐可由相應能源系統進行供給，從而減少配電網待恢復負荷量。綜上，考慮多能互補效應后，故障情況下多能耦合的能源系統通過協調多類型能源的方式為配電網提供電源支撐，并通過轉換熱、冷等網絡的能量供給方式削減配電網負荷，對提高系統故障恢復效果具有重要作用。

四、多能耦合能源系統控制策略

耦合元件作為多能耦合能源系統中重要的能量轉換設備，可以將不同品位的能源緊密耦合，是實現多能耦合的關鍵。多能耦合能源系統中包含微型燃氣輪機、熱電聯產機組、燃氣鍋爐和電鍋爐等多種類型的耦合元件。各能源子系統間通過耦合元件緊密聯系，構成多能耦合的能源網絡，為配電網的故障恢復提供了新思路。考慮系統多能耦合效應，配電網主動解列后，能源網絡的運行方式發生如下變化：（1）配電網以孤島方式運行，各個孤島由DG作為電源進行供電；（2）配電網中部分負荷轉由非電子系統供給，實現電能轉供；（3）燃氣輪機、CHP機組等耦合元件可增大電出力，為配電網提供電源支撐，耦合元件作為多能耦合能源網絡的重要組成部分，其運行方式直接影響到配電網的供能恢復效果。

（一）替代控制策略

替代控制策略是指利用多能耦合效應，將電鍋爐等電供給型耦合元件所在節點負荷，轉由相應能源子系統進行供能。在滿足系統安全約束的前提下，通過增大燃氣鍋爐等非電型耦合元件或CHP機組等電獲取型耦合元件的出力，來代替電鍋爐等電供給型耦合元件的負荷，如利用燃氣鍋爐替代電鍋爐為熱力系統供電，使得天然氣系統負荷增大，配電網負荷減少，從而實現替代配電網負荷的作用，減少配電網待恢復負荷，提升負荷恢復比例，改善配電網負荷恢復效果。

（二）協調控制策略

協調控制策略是指在滿足網絡安全約束前提下，通過增大燃氣輪機、CHP機組等電獲取型耦合元件的電出力，為配電網主動解列提供電源支撐。對于能源系統中可增發電功率的電獲取型耦合元件，若負荷側僅為電力負荷，則僅需在滿足系統安全約束的前提下增加電出力；若負荷側存在多類負荷（如：CHP機組等），在增加電出力的同時，非電子系統負荷側的出力也隨之增加，選擇非電子系統中非電型耦合元件為平衡節點，用以平衡電獲取型耦合元件增發功率。如增加CHP機組的電出力，CHP機組的熱出力也隨之增大，為滿足熱力系統安全運行約束，需減小燃氣鍋爐等非電型耦合元件的熱出力。

上述兩種控制策略分別從減少待恢復負荷量以及增大電源出力兩方面為配電網主動解列提供有力支撐。若系統內不存在電供給型耦合元件，則采取協調控制策略；若系統內存在電供給型耦合元件，則優先采取替代控制策略，若系統仍有可增大電出力的耦合元件，則可繼續采取協調控制策略。兩種控制策略相結合，可充分發揮系統多能耦合效應，提高系統供能恢復水平，進而保證系統供能的安全性和可靠性。

五、結束語

綜上所述，考慮系統多能協同效應后，通過協調多種形式的能源互補替代功能，充分挖掘多能耦合系統的供能潛力，有效提高了配電網的供能恢復量，相較于傳統僅用分布式電源進行供電恢復，所提方法形成的孤島開關動作次數更少，有利于故障消除后系統恢復正常運行狀態。在配電網供電恢復過程中，為充分發揮系統多能協同效應，可根據系統結構選擇對應的控制策略，若系統中存在電供給型耦合元件，則優先采用替代控制策略，然后再根據系統運行狀態判斷是否能夠采用協調控制策略。