主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

楊曉東錢松輝姜偉南仁杰

摘要：近年來，傳統(tǒng)的被動(dòng)應(yīng)對(duì)式的配電網(wǎng)已不能滿足人們對(duì)高品質(zhì)電能的需求，主動(dòng)式配電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。，闡述主動(dòng)配電網(wǎng)的構(gòu)成及特點(diǎn)，分析主動(dòng)配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展情況，提出主動(dòng)配電網(wǎng)的未來發(fā)展趨勢(shì)，以期為主動(dòng)配電網(wǎng)的廣泛應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：分布式可再生能源 電能 主動(dòng)配電網(wǎng) 技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-1161（2015）02-0032-03

電力需求的持續(xù)增長(zhǎng)和傳統(tǒng)能源的日益短缺，正驅(qū)動(dòng)電網(wǎng)朝著高效、靈活、智能和可持續(xù)方向變革，以適應(yīng)未來的技術(shù)需求?？沙掷m(xù)性是未來電網(wǎng)的基礎(chǔ)特征，其本質(zhì)表現(xiàn)為分布式可再生能源（DER）的規(guī)?；尤伺c應(yīng)用。但是DER的大量接人將對(duì)配電網(wǎng)造成廣泛的影響：改變配電網(wǎng)的電壓水平，提高配電網(wǎng)的短路容量，繼電保護(hù)策略的復(fù)雜度加大，影響網(wǎng)絡(luò)的供電可靠性，以及加劇電能質(zhì)量的惡化等。主動(dòng)配電網(wǎng)（ActiveDistributionNetwork，ADN）是具備組合控制各種分布式能源（DG、可控負(fù)荷、儲(chǔ)能、需求側(cè)管理等）能力的配電網(wǎng)絡(luò)，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模間歇式新能源并網(wǎng)運(yùn)行控制、電網(wǎng)與充放電設(shè)施互動(dòng)、智能配用電等電網(wǎng)分析與運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)的有效解決方案。

1傳統(tǒng)配電系統(tǒng)的特點(diǎn)及缺點(diǎn)

1.1傳統(tǒng)配網(wǎng)的特點(diǎn)

配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中緊隨輸電系統(tǒng)的部分，與負(fù)荷密切相關(guān)，不同于電力系統(tǒng)的其他部分，其特點(diǎn)為：1）配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按閉環(huán)設(shè)計(jì)但輻射狀運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)線路參數(shù)R/X比值較大；2）配電系統(tǒng)裝置沿饋線長(zhǎng)度分布，除供方設(shè)備外，還皆有大量極為分散的需方配電、用電設(shè)備，從而導(dǎo)致配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量相當(dāng)龐大；3）配電系統(tǒng)直接與用戶相連，對(duì)供電質(zhì)量與可靠性有著特殊的要求；4）配電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中占有相當(dāng)大的比例，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行管理的經(jīng)濟(jì)性也有較高要求。

1.2傳統(tǒng)配電系統(tǒng)規(guī)劃存在的問題

傳統(tǒng)配網(wǎng)的缺點(diǎn)在現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展歷程中逐漸顯現(xiàn)，如局部故障可能引起電網(wǎng)的大面積停電，導(dǎo)致事故擴(kuò)大：城市化供電局部擁擠問題無法及時(shí)解決，偏遠(yuǎn)農(nóng)村山區(qū)的供電覆蓋率不高等。另外，傳統(tǒng)的配網(wǎng)在可靠性分析技術(shù)領(lǐng)域長(zhǎng)期處于被割裂狀態(tài)，這在一定程度上違反了電力網(wǎng)物理規(guī)律，很難反映真實(shí)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)性功能，特別是針對(duì)電壓等級(jí)跨度較大、供電范圍廣在實(shí)際運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生不良后果。

2主動(dòng)配電網(wǎng)的構(gòu)成及其特點(diǎn)

主動(dòng)配電網(wǎng)主要由分布式電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制裝置組成（如圖1所示）。相比于大電網(wǎng)，主動(dòng)式配電系統(tǒng)體現(xiàn)為一個(gè)可控單位，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我控制、保護(hù)、管理等功能，充分補(bǔ)充了傳統(tǒng)配電網(wǎng)的不足。

在ADN中，分布式電源（DistributionGeneration.DG）的接人改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)的潮流特性、供電結(jié)構(gòu)等。傳統(tǒng)配網(wǎng)是由統(tǒng)一的供電電源實(shí)現(xiàn)功率的單一方向傳送，引入分布式電源后，功率實(shí)現(xiàn)了雙向流動(dòng)，即在同一線路可能出現(xiàn)逆向潮流，從而電壓的分布規(guī)律也隨DG的接人發(fā)生變化。分布式電源的接人改善了傳統(tǒng)配網(wǎng)的運(yùn)行方式，使電網(wǎng)可以更為高效、可靠地運(yùn)行。這一方面緩解了化石燃料發(fā)電造成的環(huán)境污染，另一方面大大增加了電網(wǎng)備用容量，減少了電廠建設(shè)規(guī)模，進(jìn)而減小電能傳輸損耗，同時(shí)DG還可在孤島運(yùn)行的情況下繼續(xù)向重要負(fù)荷供電，提高了大電網(wǎng)的整體安全性。

綜上，區(qū)別于傳統(tǒng)的被動(dòng)型配網(wǎng)，主動(dòng)式配網(wǎng)的主要特征體現(xiàn)在以下2個(gè)方面：1）主動(dòng)式配網(wǎng)有相當(dāng)比例的分布式可控資源，未來電網(wǎng)發(fā)展中這種可控資源的比例還將繼續(xù)擴(kuò)大；2）電力電子設(shè)備的大量應(yīng)川，使得主動(dòng)式配網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以靈活調(diào)節(jié)，在建立實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化管理的控制中心必不可缺，其可管可控水平將更為完善?？傊?，主動(dòng)配電網(wǎng)的供電性能更加優(yōu)越，供電可靠性大大提高，是應(yīng)對(duì)現(xiàn)代配網(wǎng)新問題的有效途徑。

3主動(dòng)配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

傳統(tǒng)配網(wǎng)巾電力潮流服從單一方向流動(dòng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方式也都遵循能量的單向流動(dòng)。但是主動(dòng)配網(wǎng)巾DG的接入和儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，讓這些分布式能源積極參與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的調(diào)度，使配電網(wǎng)朝著雙向化、智能化的方向發(fā)展。

3.1ADN的綜合規(guī)劃技術(shù)

傳統(tǒng)的配網(wǎng)規(guī)劃方法沒有考慮接人分布式電源后配網(wǎng)可能出現(xiàn)的問題，其所規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)過于陳舊，不能充分利用各項(xiàng)資產(chǎn)。高品質(zhì)的主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃必須綜合考慮傳統(tǒng)的一次網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、新型的智能保護(hù)開斷設(shè)備、分布式能源（發(fā)電和儲(chǔ)能）、新型配電設(shè)備（電抗器/電容）和用于構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的新增配電線路/饋線的綜合影響。

目前，針對(duì)ADN的規(guī)劃研究已取得不少突破，如綜合考慮可靠性、線損、投資成本及間歇性可再生能源不確定性的動(dòng)態(tài)ADN規(guī)劃模型；基于進(jìn)化算法并結(jié)合多場(chǎng)景分析，對(duì)不確定因素進(jìn)行統(tǒng)一模型集成的規(guī)劃方法等。、

3.2ADN的分層管理、分布調(diào)控技術(shù)

主動(dòng)配電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在分布式能源對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行調(diào)度的參與，而不是傳統(tǒng)配網(wǎng)的簡(jiǎn)單連接。主動(dòng)配電網(wǎng)的管理結(jié)構(gòu)主要分為三層：首層采用就地控制策略，實(shí)現(xiàn)分布式電源、并聯(lián)電容器及保護(hù)裝置的快速控制：第二層采用微網(wǎng)、Cells等區(qū)域協(xié)調(diào)控制體系，主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)第一層控制裝置；第三層是主動(dòng)式配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的最高級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)全局的最優(yōu)控制。主動(dòng)配電網(wǎng)分層控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。

第三層是ADN的核心部分，其主要功能包括分布式電源的最優(yōu)控制、潮流優(yōu)化管理、電壓質(zhì)量控制等。配電管理系統(tǒng)通過收集電網(wǎng)的開關(guān)狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分布式能源DG運(yùn)行工況等實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信號(hào)，通過全局優(yōu)化管理系統(tǒng)計(jì)算出滿足各項(xiàng)約束條件的有功功率及無功功率的最優(yōu)化。第二層的區(qū)域協(xié)調(diào)控制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)首層和第三層的協(xié)調(diào)。

3.3ADN的運(yùn)行控制技術(shù)

主動(dòng)配電網(wǎng)的核心價(jià)值在于對(duì)配電網(wǎng)的主動(dòng)管理，即通過引入分布式電源及其他可控資源（柔性負(fù)載、無功補(bǔ)償及需求側(cè)響應(yīng)等），對(duì)其實(shí)施靈活有效的協(xié)調(diào)控制技術(shù)和管理手段，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)對(duì)可再生能源的高度兼容及對(duì)已有資產(chǎn)的高效利用。要想實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式配網(wǎng)的高品質(zhì)運(yùn)行，自動(dòng)化孤島的有機(jī)集成和多重GIS系統(tǒng)是必不可少的技術(shù)基礎(chǔ)。主動(dòng)式配網(wǎng)的運(yùn)行控制離不開高度的信息集成。ADN信息集成技術(shù)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖3所示。

數(shù)據(jù)通信主要依靠分布式更新技術(shù)的支撐；服務(wù)平臺(tái)則依托面向ADN的高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)，以滿足ADN運(yùn)行所需的大數(shù)據(jù)處理要求：智能應(yīng)用主要依靠基于AMI數(shù)據(jù)挖掘的時(shí)空負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)和基于物聯(lián)網(wǎng)的輸變配設(shè)備遠(yuǎn)程診斷技術(shù)。ADN綜合利用這些技術(shù)，最終達(dá)成其高效運(yùn)維優(yōu)化的目的。

4主動(dòng)配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來，新能源、電動(dòng)汽車等的快速發(fā)展，都對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理提出了新要求。ADN為解決以上問題提供了契機(jī)。ADN的意義還遠(yuǎn)不止于此——它將引領(lǐng)我國(guó)智能配電網(wǎng)領(lǐng)域的發(fā)展方向，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

對(duì)用戶來說，靈活接入主動(dòng)配電網(wǎng)，意味著更高的供電可靠性和供電質(zhì)量。分布式電源和電網(wǎng)供電可以互為備用電源，減少停電時(shí)間，縮小停電面積，提升終端能源的利用效率。對(duì)消費(fèi)者來說，主動(dòng)參與需求響應(yīng)和電網(wǎng)運(yùn)行，不僅能大大提高用電的自主性，也能直接節(jié)約電費(fèi)支出。在電網(wǎng)負(fù)荷較高時(shí)，客戶可以將自家的分布式電源所發(fā)的電賣給電網(wǎng)，而在電網(wǎng)負(fù)荷較低時(shí)，大電網(wǎng)對(duì)其供電，這樣就可以最大限度地減少電費(fèi)支出。對(duì)電網(wǎng)企業(yè)來說，主動(dòng)配電網(wǎng)的投入將使運(yùn)營(yíng)成本大大降低。高效運(yùn)行的主動(dòng)配電網(wǎng)可以提高電能傳輸效率，帶來節(jié)能效益：多電源協(xié)同則可有效解決地區(qū)輸配電能力不足等問題，保證電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行；還可以進(jìn)行有效的移峰填谷，即實(shí)現(xiàn)精確控制負(fù)荷、減少系統(tǒng)故障率等。

主動(dòng)配電網(wǎng)的投運(yùn)將提高地區(qū)清潔能源和可再生能源的占比，實(shí)現(xiàn)可再生能源全部消納，改善環(huán)境，同時(shí)還將推動(dòng)智能樓宇等一系列智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的建設(shè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]范明天.2010年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議配電系統(tǒng)及分散發(fā)電組研究進(jìn)展與方向[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（12）：6-10.

[2]尤毅，劉東，于文鵬，等.主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)及其進(jìn)展[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（18）：10-16.

[3]陳星鶯，陳楷，劉健，等.配電網(wǎng)智能調(diào)度模式及關(guān)鍵技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（2）：22-26.

[4]王成山，李鵬.分布式發(fā)電、微網(wǎng)與智能配電網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（2）：10-14.

FeaturesoftheTechnologyofActiveDistributionNetworkandItsDevelopmentTrend

YANGXiaodongl，QIANSonghuj2，JIANGWei3，NANRenjie4

Abstract：Inrecentyears，traditionalpassivedistributionnetworkcannotmeetpeople'srequirementstohighqualityelectricenergy；activedistributionnetworkisborngradually.Thearticleexpoundstheconstructionandfeaturesofactivedistributionnetwork，analyzesitskeytechniqueanddevelopmentsituation，andsuggestsfuturedevelopmenttrendforit，inordertoprovideareferenceforextensiveuseofactivedistributionnetwork.

Keywords：distributedrenewableenergy；electric，energy；activedistributionnetwork；technique