主動配電系統(tǒng)可行技術(shù)的研究

王彧

摘 要：隨著信息與通信技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用高級量測設(shè)備的主動配電網(wǎng)（ADN）已經(jīng)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(fā)展ADN的重要性，并對AND的概念、現(xiàn)狀、動態(tài)及成果進行研究，對AND的經(jīng)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(wǎng)之間都是可以提供局部區(qū)域能源交換的設(shè)施，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

關(guān)鍵詞：主動配電網(wǎng)；電力系統(tǒng)；可行性；平衡配電層

1 概述

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)通常依靠靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和較大的容量裕度來應(yīng)對負荷的不確定性，進而使電力網(wǎng)絡(luò)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(xué)技術(shù)的推動下，配電網(wǎng)中采用分布式能源（DER）的滲透率來實現(xiàn)對電力負荷的控制逐漸增多，這也導(dǎo)致在配電網(wǎng)的規(guī)劃與控制方面更加復(fù)雜，對配電網(wǎng)整體的經(jīng)濟性產(chǎn)生重大影響，在管理方式上也亟待推陳出新。

2 主動配電網(wǎng)的定義和概念

主動配電網(wǎng)（ADN）是充分利用網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)來對配電網(wǎng)進行管理，進而能夠?qū)植康腄ER進行主動控制和管理的配電系統(tǒng)。DER在監(jiān)管環(huán)境允許的情況下，按照接入?yún)f(xié)議的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)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(fā)電（DG）和可控負荷（RL）等構(gòu)成的，其中負荷既有發(fā)電屬性，同時又有消費屬性，這種雙重性導(dǎo)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(wǎng)”。目前，全球范圍內(nèi)的電力供應(yīng)商多采用傳統(tǒng)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(jiān)管環(huán)境的制約和影響，導(dǎo)致AND的發(fā)展非常緩慢，仍有很多問題亟待解決。

3 配電系統(tǒng)的DER接入技術(shù)研究

傳統(tǒng)配電網(wǎng)是介于輸電網(wǎng)與用戶之間的“中轉(zhuǎn)站”，而中低壓配電網(wǎng)在整個電力系統(tǒng)中更被看作是“被動”負荷。在傳統(tǒng)配電網(wǎng)當(dāng)中，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較低，操作也更為簡單，電力網(wǎng)絡(luò)所采用的模式是開環(huán)輻射模式，盡管存在電力自動化設(shè)備，這些設(shè)備也多用于解決后臺故障，實現(xiàn)快速處理，保證電力的持續(xù)供應(yīng)，而對于穩(wěn)態(tài)運行中的配電網(wǎng)進行控制和管理幾乎沒有，因而傳統(tǒng)配電網(wǎng)又被稱為“被動配電網(wǎng)（PDN）”。傳統(tǒng)配電網(wǎng)在設(shè)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(guī)模應(yīng)用會影響到局部配電網(wǎng)絡(luò)，一旦將其進行大規(guī)模的推廣應(yīng)用，那么將會對全局電力網(wǎng)絡(luò)進行作用，其中不僅包括電網(wǎng)規(guī)劃、運行狀態(tài)、故障處理等，同時還會對短路電流、設(shè)備選型、非常態(tài)方式孤島運行等電學(xué)現(xiàn)象造成嚴(yán)重影響。

3.1 配電網(wǎng)規(guī)劃方法研究

傳統(tǒng)配電網(wǎng)從規(guī)劃的角度進行分析，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對更為固定，是根據(jù)負荷預(yù)測值確定最大容量裕度，確保配電網(wǎng)的最低運行條件，在設(shè)計初始階段將潛在問題排除，因而傳統(tǒng)配電網(wǎng)相對更為簡單。ADN負荷預(yù)測結(jié)果的值在判斷上需要考慮到兩個因素，需求側(cè)響應(yīng)和DG。此外，在設(shè)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(wǎng)絡(luò)所造成的影響?？梢?，相較于傳統(tǒng)配電網(wǎng)采用AND規(guī)劃的方法要更為復(fù)雜。

3.2 配電網(wǎng)運行技術(shù)研究

電力設(shè)備都有額定工作電壓，因而需要在電壓范圍內(nèi)來運行，電壓質(zhì)量與無功電壓控制之間的關(guān)系非常緊密。對于無源的傳統(tǒng)配電網(wǎng)，其無功電壓控制模式比較容易。在配電網(wǎng)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(dǎo)致配電網(wǎng)無功電壓控制模式相較于傳統(tǒng)配電網(wǎng)要復(fù)雜的多，在DER的影響下還會出現(xiàn)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(fā)生暫態(tài)電壓變化，由風(fēng)電機組引發(fā)的電壓畸變、閃變、保護誤動等一系列問題，進而對配電質(zhì)量造成影響。

3.3 短路電流和設(shè)備選型研究

任意一個存在電源的電力系統(tǒng)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(biāo)，必須要對原有開關(guān)進行更換，甚至對原有電力設(shè)備進行更換，進而導(dǎo)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(jié)點的短路電流會發(fā)生超標(biāo)的現(xiàn)象，這時也需要對設(shè)備進行更換，大量的DG接入點會造成供電區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)飽和，導(dǎo)致后續(xù)DG接入受限。

4 主動配電網(wǎng)的可行技術(shù)研究

如今，世界各國都在致力于AND項目的研發(fā)，為了使AND技術(shù)更具有推廣價值，在“可行技術(shù)”方面更為重視。先進的電力企業(yè)已經(jīng)開始部署AND試點項目，《主動配電網(wǎng)的運行和發(fā)展》對主動配電網(wǎng)的可行技術(shù)進行了較為全面的總結(jié)，現(xiàn)將其中通信技術(shù)和AND可行技術(shù)進行介紹。

4.1 通信技術(shù)研究

在對配電系統(tǒng)進行管理的過程中，需要依托于信息技術(shù)與通訊技術(shù)（ICT）以及相關(guān)設(shè)備。利用ICT技術(shù)能夠在很大程度上增強配電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性，同時能夠促進電網(wǎng)效率的提升，平衡系統(tǒng)頻率，并對電壓和潮流進行調(diào)節(jié)和控制，是支持配電系統(tǒng)運行的關(guān)鍵性技術(shù)。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(xiàn)。

4.2 相關(guān)技術(shù)研究

目前，AND項目重點涉及三個方面的技術(shù)，其中包括硬件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)運行、檢測控制。對于AND項目未來的發(fā)展，在解決可行技術(shù)方面需要關(guān)注以下幾個方面：

（1）電力設(shè)備：電力設(shè)備中也包含通信設(shè)備，其中主要有ESS、AMI、通信媒介設(shè)備、智能設(shè)備、DG接入和控制接口、電池能量管理等；利用電力設(shè)備來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、電壓調(diào)節(jié)、DER接入轉(zhuǎn)換、諧波補償、無功補償?shù)龋贿\用DER和負荷優(yōu)化運行能夠產(chǎn)生最大的回報率；運用可控儲能能夠使發(fā)電和負荷達到平衡。

（2）ICT技術(shù)：基于ICT技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)信息的運算、處理、分配、存儲等功能，實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換與信息傳遞。

（3）監(jiān)測預(yù)測：對各種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和系統(tǒng)實際運行狀況進行監(jiān)測，對可能存在的峰值電壓、峰值電流、負荷、發(fā)電、電價進行預(yù)測，保證系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

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

5 結(jié)束語

文章以DER的接入為著眼點重點分析了發(fā)展ADN的重要性，并對AND的概念、現(xiàn)狀、動態(tài)及成果進行研究，對AND的經(jīng)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(wǎng)之間都是可以提供局部區(qū)域能源交換的設(shè)施。在高滲透率DER接入的情況下，會在輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)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(chǎn)者與消費者的雙重屬性，因而為了使配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性得到保障，必須要依托于現(xiàn)有技術(shù)來對電網(wǎng)進行改進，引進更加領(lǐng)先的設(shè)備，加強對ADS技術(shù)的研發(fā)，這也負荷目前配電網(wǎng)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(shù)設(shè)備構(gòu)建的ADS在平衡配電層級的功率方面所發(fā)揮的作用將會不斷增強，進而成為局部區(qū)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(jié)合我國電力網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)擴展模式，促使我國電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的效率得到大幅提升。

參考文獻

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