基于一體化思維的主動(dòng)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)方法研究

錢若晨

（國(guó)網(wǎng)浙江海鹽縣供電公司，浙江 海鹽 314300）

基于一體化思維的主動(dòng)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)方法研究

錢若晨

（國(guó)網(wǎng)浙江海鹽縣供電公司，浙江 海鹽 314300）

主動(dòng)配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)需要貫穿一體化思維。對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的定義和特征進(jìn)行介紹，分析主動(dòng)配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與要求，提出基于“分步推進(jìn)”和“一步一反饋”的漸進(jìn)優(yōu)化式總體設(shè)計(jì)思路。在前述工作基礎(chǔ)上勾畫出統(tǒng)籌分布式電源接入、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、配電網(wǎng)自動(dòng)化配置、一次接線優(yōu)化等多個(gè)層面的主動(dòng)配電網(wǎng)一體化設(shè)計(jì)流程。

主動(dòng)配電網(wǎng)；一體化思維；配網(wǎng)設(shè)計(jì)；分布式電源

隨著微電網(wǎng)的興起和智能電網(wǎng)的推進(jìn)，主動(dòng)配電網(wǎng)的概念于2008年被國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議所提出，并被確定為今后配電網(wǎng)的主要發(fā)展方向。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外電力專家投入大量精力研究主動(dòng)配電網(wǎng)的各個(gè)層面，使該新興領(lǐng)域逐漸被充實(shí)。文獻(xiàn)［1－2］分析了主動(dòng)配電網(wǎng)的可行性、必要性；文獻(xiàn)［3］側(cè)重說(shuō)明主動(dòng)配電網(wǎng)的規(guī)劃問(wèn)題；文獻(xiàn)［4－5］研究了主動(dòng)配電網(wǎng)的保護(hù)、控制和調(diào)度等方面的技術(shù)要點(diǎn)；文獻(xiàn)［6］闡述了分布式電源接入對(duì)傳統(tǒng)配網(wǎng)的影響。關(guān)于主動(dòng)配電網(wǎng)的研究已經(jīng)取得了許多重要成果，但如何有效進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)尚存在開(kāi)拓空間。本文根據(jù)主動(dòng)配電網(wǎng)的性能特征，提出基于一體化思維的設(shè)計(jì)方法，以期提升主動(dòng)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)水平。

1 主動(dòng)配電網(wǎng)概述

主動(dòng)配電網(wǎng)與分布式電源是密切相關(guān)的，但其不局限于簡(jiǎn)單為分布式能源提供上網(wǎng)通道，更重要的是要具備對(duì)分布式電源的調(diào)控能力，使配網(wǎng)由“被動(dòng)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)”。根據(jù)文獻(xiàn)［2，5］的描述，要成為主動(dòng)配電網(wǎng)，必須在以下層面有所“突破”。

a.一次網(wǎng)架要能適應(yīng)高滲透率分布式電源以各種可能的方式接入。主要要求配網(wǎng)應(yīng)擁有完備的潮流調(diào)節(jié)和電壓控制手段（因分布式電源并網(wǎng)會(huì)對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)造成各方面影響）。

b.與配網(wǎng)并行運(yùn)行的通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性和帶寬要有質(zhì)的提升，優(yōu)化調(diào)控軟件要適合多目標(biāo)快速搜索需求，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)最優(yōu)調(diào)節(jié)。

c.繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的配置應(yīng)與單電源放射式網(wǎng)絡(luò)有所區(qū)別，在同等故障情況下，要求主動(dòng)配電網(wǎng)具有更高的供電可靠性。

2 主動(dòng)配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求

主動(dòng)配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)，既有與傳統(tǒng)配網(wǎng)一脈相承的一面，又有其獨(dú)特之處。對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求總結(jié)如下。

a.負(fù)荷預(yù)測(cè)層面。配網(wǎng)設(shè)計(jì)是為了滿足供電需求，因此其設(shè)計(jì)基礎(chǔ)仍是負(fù)荷預(yù)測(cè)。不過(guò)與傳統(tǒng)配網(wǎng)相比，進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)的負(fù)荷預(yù)測(cè)在深度和廣度上均發(fā)生巨大變化，見(jiàn)表1所示（注：分布式電源出力可視作負(fù)的負(fù)荷）。

表1 兩類配電網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)的負(fù)荷預(yù)測(cè)的要求對(duì)比

b.一次網(wǎng)架設(shè)計(jì)層面。因主動(dòng)配電網(wǎng)是在傳統(tǒng)配網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，為了保證建設(shè)經(jīng)濟(jì)性和過(guò)渡平滑性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)的繼承；另外，如何吸納微電網(wǎng)（分布式電源＋儲(chǔ)能系統(tǒng)）也是一次網(wǎng)架設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。以上敘述可由圖1進(jìn)行展示。

圖1 主動(dòng)配電網(wǎng)一次網(wǎng)架設(shè)計(jì)的關(guān)注點(diǎn)

c.大二次設(shè)計(jì)層面。主動(dòng)配電網(wǎng)環(huán)境下，線路故障時(shí)的短路電流將不再是單向，這就要求配置適當(dāng)數(shù)量的方向保護(hù)；其次，主動(dòng)配電網(wǎng)的交互數(shù)據(jù)是海量的，要實(shí)現(xiàn)對(duì)其有效和及時(shí)處理，需要設(shè)計(jì)足夠的通信帶寬和科學(xué)的調(diào)度架構(gòu)。此外，要保證大二次系統(tǒng)相關(guān)硬件接口具有足夠的升級(jí)空間。

“原來(lái)你拿我當(dāng)護(hù)身符！”王施凱哀嚎道，“你早說(shuō)啊，咱不坐一塊也能保護(hù)你啊。自從我們同桌后，老師頻頻向你發(fā)送關(guān)愛(ài)目光，害得我上課都不敢睡覺(jué)了，太痛苦！”

d.預(yù)留接口方面。主動(dòng)配電網(wǎng)的實(shí)施是分步進(jìn)行的，其技術(shù)也在不斷更新之中。為了滿足發(fā)展需要，主動(dòng)配電網(wǎng)的一次網(wǎng)架、大二次系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)均應(yīng)考慮適量的預(yù)留接口。

3 基于一體化思維的主動(dòng)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)方法

主動(dòng)配電網(wǎng)體系復(fù)雜，對(duì)于其設(shè)計(jì)應(yīng)本著“分步推進(jìn)”和“一步一反饋”的漸進(jìn)優(yōu)化原則；另外主動(dòng)配電網(wǎng)包含一次接線、分布式電源、數(shù)據(jù)采集、繼電保護(hù)、配網(wǎng)自動(dòng)化等多個(gè)層次，且各層次相互耦合，因此應(yīng)以一體化思維來(lái)考慮各層次的協(xié)同優(yōu)化。要落實(shí)以上期望，關(guān)鍵是制定合理的設(shè)計(jì)流程、理清具體的設(shè)計(jì)任務(wù)節(jié)點(diǎn)、明確各任務(wù)節(jié)點(diǎn)之間的作用關(guān)系等。

3.1 主體流程

進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)的一體化設(shè)計(jì)，首要的工作就是站在頂層設(shè)計(jì)角度對(duì)各層次內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)籌，捋清其邏輯關(guān)系，然后做出主體流程劃分，見(jiàn)圖2。

圖2 主動(dòng)配電網(wǎng)一體化設(shè)計(jì)的主體流程

各主體步驟的簡(jiǎn)要說(shuō)明如下。

a.步驟①應(yīng)承接配電網(wǎng)規(guī)劃方案，主要完成分布于區(qū)內(nèi)的正負(fù)負(fù)荷的預(yù)測(cè)（負(fù)的負(fù)荷指DG出力）、上級(jí)電源接入分析、地理分布圖繪制等。

b.步驟②是整個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂，要綜合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際等因素，明確一次設(shè)備選用準(zhǔn)則、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改動(dòng)原則、DG接入規(guī)定（如滲透率如何控制）、大二次設(shè)備（繼保＋通信＋自控體系）配置標(biāo)準(zhǔn)、接口預(yù)留考量等。

c.步驟③～⑦則是在步驟②的指引下，分步進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)核心內(nèi)容的設(shè)計(jì)。在這些步驟完成后，所形成的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該滿足靈活、可控、可擴(kuò)展等要求。

主體步驟從大的方面規(guī)定了主動(dòng)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)工作的行進(jìn)方向，但并不能據(jù)此就開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，還需將各步驟轉(zhuǎn)化為“任務(wù)節(jié)點(diǎn)”式的表達(dá)形式。在一體化設(shè)計(jì)環(huán)境下，任何一個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)都不是獨(dú)立的，即都有輸入—輸出限制。以某10 kV網(wǎng)絡(luò)一次設(shè)計(jì)為例（相當(dāng)于圖2中步驟③，可將其稱為任務(wù)節(jié)點(diǎn)3；類似的，步驟①、②可分別對(duì)應(yīng)任務(wù)節(jié)點(diǎn)1、2等），其任務(wù)節(jié)點(diǎn)的表述如表2所示。

在任務(wù)節(jié)點(diǎn)三要素中，“節(jié)點(diǎn)內(nèi)容”是核心，其一般需要細(xì)化才具備可操作性。文獻(xiàn)［7］提出“彗星圖”概念，本文認(rèn)為可用其來(lái)逐項(xiàng)展示任務(wù)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)內(nèi)容。圖3為以任務(wù)節(jié)點(diǎn)1為例的“彗星圖”。

表2 以三要素形式展示的任務(wù)節(jié)點(diǎn)示例

圖3 節(jié)點(diǎn)任務(wù)的彗星圖展示

顯然，繪制“彗星圖”的要點(diǎn)是要求不漏項(xiàng)。

3.3 任務(wù)節(jié)點(diǎn)之間的互動(dòng)

在完成主動(dòng)配電網(wǎng)的各任務(wù)節(jié)點(diǎn)的建立后，就要設(shè)計(jì)一套體系，將各任務(wù)節(jié)點(diǎn)有機(jī)串聯(lián)，并體現(xiàn)出完善的過(guò)程控制，這樣才能實(shí)現(xiàn)一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)。結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出如圖4所示的任務(wù)節(jié)點(diǎn)推進(jìn)體系（以4節(jié)點(diǎn)為例）。

圖4 任務(wù)節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)體系

圖4中任務(wù)節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)體系解讀：①以帶數(shù)字圓圈表示“任務(wù)節(jié)點(diǎn)”，以帶文字線段表示過(guò)程控制；②整個(gè)任務(wù)推進(jìn)呈現(xiàn)“前向單鏈?zhǔn)健壁厔?shì)，即任一節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)依賴前面節(jié)點(diǎn)的輸出（后節(jié)點(diǎn)輸出不能作為前節(jié)點(diǎn)輸入）；③對(duì)于基礎(chǔ)工作（指圖4中節(jié)點(diǎn)1，也可稱之為基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)），其輸出之前應(yīng)經(jīng)過(guò)認(rèn)真核對(duì)和確認(rèn)無(wú)誤；④基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)的輸出被確認(rèn)后，可進(jìn)行中間任務(wù)（如節(jié)點(diǎn)2）的設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)2的初步結(jié)果應(yīng)反饋至節(jié)點(diǎn)1進(jìn)行校核，只有校核通過(guò)才能對(duì)節(jié)點(diǎn)2的輸出進(jìn)行確認(rèn)并導(dǎo)向下一節(jié)點(diǎn)；⑤若中間節(jié)點(diǎn)的初步輸出經(jīng)反饋校核不合格（如節(jié)點(diǎn)3的輸出反饋到節(jié)點(diǎn)2），則需要進(jìn)行修改，而修改不是全盤否定，其帶有一定繼承性，因此修改后結(jié)果處于節(jié)點(diǎn)3；⑥當(dāng)某個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)所涉及的內(nèi)容比較龐雜，可進(jìn)一步繪制第二層次的任務(wù)推進(jìn)體系。

任務(wù)節(jié)點(diǎn)推進(jìn)體系具有“自上而下”和“分層構(gòu)筑”的特點(diǎn)?！白陨隙隆笔侵福喝帧植?，總體→個(gè)別，框架→細(xì)節(jié)?！胺謱訕?gòu)筑”是指：任務(wù)節(jié)點(diǎn)推進(jìn)方式可根據(jù)任務(wù)情況靈活設(shè)置，總體目標(biāo)是使設(shè)計(jì)達(dá)到精細(xì)化、全面化和清晰化。

3.4 應(yīng)用效果

浙江海鹽縣供電公司是國(guó)家推行智能電網(wǎng)的前沿陣地之一，目前已在大力開(kāi)展主動(dòng)配電網(wǎng)的建設(shè)。根據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，將本文提出的一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于海鹽縣主動(dòng)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)，將能使相同規(guī)模的設(shè)計(jì)工作的效率提升20%～30%；在不影響網(wǎng)絡(luò)各考核指標(biāo)的情況下，可節(jié)省建設(shè)費(fèi)用15%～25%，效果是明顯的。

4 結(jié)論

在介紹主動(dòng)配電網(wǎng)特性基礎(chǔ)上，分析了主動(dòng)配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求。然后以一體化思維為指導(dǎo)，以“分步推進(jìn)”、“過(guò)程管控”為手段，建立起方法明確、體系科學(xué)、操作性強(qiáng)的主動(dòng)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)方法，使主動(dòng)配電網(wǎng)的一次接線、DG接入、繼保配置、自控設(shè)計(jì)、通信建設(shè)、靈活調(diào)度等各層面能在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行有效協(xié)同優(yōu)化，從而提升主動(dòng)配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)水平。下一步將運(yùn)用計(jì)算機(jī)手段將所研究成果建設(shè)成為信息化系統(tǒng)。

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Study on Design Method of Active Distribution Network Based on Integrative Thinking

QIAN Ruo?chen
（State Grid Haiyan Power Supply Company，Haiyan，Zhejiang 314300，China）

Active distribution networks is an important part of smart grid，this needs integrated thinking to design.Active distribution grid of defined and features are introduced，active distribution grid of design points and requirements are analyzed，general design thought is proposed based on“points step advance”and“a step a feedback”of progressive optimization type.Manpower distributed power access，real?time data acquisition，distribution network automation configuartion and first connection optimization and multiple level of active distribution grid integration process are designed.

Active distribution network；Integrated thinking；Distribution network design；Distributed power

TM727

A

1004－7913（2016）08－0056－03

錢若晨（1987—），男，學(xué)士，助理工程師，主要從事配電設(shè)計(jì)工作。

2016－05－07）