主動配電網(wǎng)潮流調(diào)控技術(shù)概述

陳俊峰

【摘 要】主動配電網(wǎng)是實現(xiàn)大規(guī)模間歇式新能源并網(wǎng)運(yùn)行控制、智能配用電、源網(wǎng)荷儲友好互動等電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行關(guān)健技術(shù)的有效解決方案。文中簡單介紹了主動配電網(wǎng)的概念及其能量管理模式，詳細(xì)歸納了主動配電網(wǎng)中可參與潮流調(diào)控的單元與運(yùn)行特性，并進(jìn)一步對主動配電網(wǎng)的潮流調(diào)控技術(shù)進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】主動配電網(wǎng)；潮流；分布式電源；儲能；無功補(bǔ)償

0 引言

隨著大規(guī)模間歇式新能源并網(wǎng)運(yùn)行，傳統(tǒng)簡單的通過無功補(bǔ)償來降低網(wǎng)損和提升電壓的控制已然不能適應(yīng)當(dāng)前的需要，特別是儲能裝置、可控負(fù)荷等新元素的并網(wǎng)，使得配電網(wǎng)中可控單元大大增加。

2008年國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）配電與分布式發(fā)電專委會（C6）的C6.11項目組在所發(fā)表的“主動配電網(wǎng)的運(yùn)行與發(fā)展”研究報告中明確提出了主動配電網(wǎng)（Active Distribution Networks，ADN）的概念[1]。ADN的基本定義是：通過使用靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來管理潮流，以便對局部的分布式能源進(jìn)行主動控制和主動管理的配電系統(tǒng)。在這些研究構(gòu)想下，傳統(tǒng)配電網(wǎng)將逐步被動管理的模式向主動管理模式過渡，相比于被動管理模式下的傳統(tǒng)配電網(wǎng)，ADN可參與潮流調(diào)控的元素與手段更加豐富，其中的可控單元包括分布式電源（distributed generation，DG）、儲能裝置、無功補(bǔ)償設(shè)備以及可控負(fù)荷等等。上述設(shè)備的綜合優(yōu)化控制將能夠有效調(diào)控配電網(wǎng)內(nèi)的有功無功潮流，對系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行合理的優(yōu)化[2，3]，降低系統(tǒng)的損耗，提高電壓質(zhì)量，從而保證較好的經(jīng)濟(jì)性。

本文將先從宏觀上分析ADN的能量管理架構(gòu)，進(jìn)一步對ADN中的各種可控單元及其運(yùn)行特性進(jìn)行梳理與總結(jié)，主要包括DG、儲能裝置、無功補(bǔ)償設(shè)備以及可控負(fù)荷等，同時明確各類可控單元在ADN潮流調(diào)控中的職能，最后從有功經(jīng)濟(jì)調(diào)度、無功電壓控制以及有功無功協(xié)同調(diào)控等方面對ADN的潮流調(diào)控技術(shù)進(jìn)行了分析。

1 主動配電網(wǎng)能量管理

針對配電網(wǎng)的被動管理方式，主動管理[4，5]的概念被提出來，其也是ADN的核心思想，就是在對配電網(wǎng)二次系統(tǒng)參數(shù)實時測量的基礎(chǔ)上對可控單元進(jìn)行實時的監(jiān)測與控制，從而優(yōu)化潮流分布。而主動管理由于是需要涉及全局信息的采集以及優(yōu)化，因此需要依賴一個上層的能量管理系統(tǒng)來進(jìn)行資源整合以及調(diào)配，這就是ADN的能量管理系統(tǒng)。

ADN的能量管理系統(tǒng)是主動配電網(wǎng)的大腦中樞，用以得出全局優(yōu)化的有功功率控制策略和無功功率控制策略，實現(xiàn)ADN全局優(yōu)化能量管理。能量管理系統(tǒng)的功能包括信號采集、優(yōu)化分析、調(diào)度控制、數(shù)據(jù)儲存等，其主要通過量測單元獲取ADN下屬各可控單元的實時狀態(tài)，通過優(yōu)化分析對全局的有功無功潮流進(jìn)行優(yōu)化從而得到各時間斷面乃至后續(xù)一段時間的優(yōu)化控制策略，并下放控制指令對各可控單元進(jìn)行調(diào)度與控制。

各可控單元則具有不同層面的主動管理措施，可主動地參與系統(tǒng)的潮流優(yōu)化。其中DG可以主動調(diào)節(jié)功率因數(shù)以及削減出力，儲能裝置可以根據(jù)運(yùn)行工況分為充電與放電狀態(tài)，分組電容器的投切已經(jīng)動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備的無功出力同樣由能量管理系統(tǒng)統(tǒng)一控制，此外計及可控負(fù)荷的響應(yīng)能力，使其同樣主動參與系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。

2 主動配電網(wǎng)中的可控單元簡介

2.1 分布式電源

目前發(fā)展得較為成熟，且在配電網(wǎng)中應(yīng)用得比較廣泛的DG形式主要有風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、小水電、微型燃?xì)廨啓C(jī)等，DG分布式地接入配電網(wǎng)，可以為配電網(wǎng)提供部分的有功，減少配電網(wǎng)由上層電網(wǎng)下送的功率，同時風(fēng)、光、水等清潔能源的有效利用將對節(jié)能減排工作提供助力。

2.2 儲能裝置

儲能技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠解決新能源并網(wǎng)波動的影響，同時給ADN提供了相應(yīng)的蓄電能力，ADN根據(jù)負(fù)荷的要求、系統(tǒng)的特性以及要求的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不同，可對儲能裝置實行不同的控制策略[6]。儲能裝置既可以響應(yīng)系統(tǒng)的動態(tài)變化，也滿足負(fù)荷調(diào)節(jié)（調(diào)峰），在系統(tǒng)故障的情況下甚至可以局部配電網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島運(yùn)行，儲能做緊急電源使用。

2.3 無功補(bǔ)償

2.3.1 分組電容器

分組電容器是傳統(tǒng)的配電網(wǎng)無功補(bǔ)償手段，在ADN中同樣需要依賴分組電容器來做基本的無功支撐，僅是從控制的角度進(jìn)行調(diào)整，電容器不再是固定補(bǔ)償（不控）或是采取單獨控制的模式。而是交由ADN聯(lián)合全網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)控。

2.3.2 D-STATCOM

D-STATCOM是輸電系統(tǒng)中的STATCOM應(yīng)用于配電網(wǎng)的形式，以配電系統(tǒng)無功補(bǔ)償和電能質(zhì)量控制為主要目標(biāo)，能夠連續(xù)動態(tài)地調(diào)節(jié)設(shè)備向系統(tǒng)側(cè)注入的無功功率。相比于分組電容器補(bǔ)償，D-STATCOM具有更靈活的無功調(diào)節(jié)能力及調(diào)節(jié)范圍，必要時還可以吸收系統(tǒng)側(cè)的無功功率。

2.4 可控負(fù)荷

可控負(fù)荷大部分指溫度控制型負(fù)荷，如空調(diào)、電熱水器、電冰箱等，對溫度控制型負(fù)荷的調(diào)度則須在電力用戶可以接受的范圍內(nèi)進(jìn)行，對于居民配電網(wǎng)來說這部分負(fù)荷量較大，因此通過調(diào)節(jié)其響應(yīng)參與配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的潛力很大。此外，電動汽車由于其充電行為也具有一定的靈活性，可以在一定政策下服從電網(wǎng)的有序充電調(diào)度，因此也可以認(rèn)為是可控負(fù)荷的一種形式。

3 主動配電網(wǎng)潮流調(diào)控技術(shù)分析

主動配電網(wǎng)的潮流調(diào)控就是整合ADN中的全部可控資源，進(jìn)行全局的潮流優(yōu)化控制。主要涉及有功經(jīng)濟(jì)調(diào)度、無功電壓控制以及有功無功協(xié)同調(diào)控這種高級應(yīng)用形態(tài)。

3.1 主動配電網(wǎng)有功經(jīng)濟(jì)調(diào)度

ADN為保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，降低系統(tǒng)的有功網(wǎng)損，對可控單元有多種主動管理措施，包括：

3.1.1 DG削減有功出力[7]

當(dāng)局部配電網(wǎng)負(fù)荷較低，且DG出力已超出局部配電網(wǎng)需求的情況下，通過主動削減DG的有功出力可以避免逆向潮流問題，避免額外產(chǎn)生的網(wǎng)損，降低系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險。

其次當(dāng)DG出力較大引起部分節(jié)點的過電壓問題時同樣可以由能量管理系統(tǒng)進(jìn)行綜合優(yōu)化，考慮削減DG出力以防范過電壓問題。

3.1.2 儲能充放電策略

通過控制儲能的充放電策略一方面能夠輔助系統(tǒng)的削峰填谷，其次能夠有效響應(yīng)負(fù)荷需求，平衡局部的電能供需。

3.1.3 可控負(fù)荷的響應(yīng)

可控負(fù)荷工作方式靈活可控、空間分布廣泛、時域便利的負(fù)荷，由電力公司直接控制或者利用經(jīng)濟(jì)措施誘導(dǎo)可以有效調(diào)整用戶側(cè)的負(fù)荷曲線，在系統(tǒng)負(fù)荷高峰時降低可控負(fù)荷的使用，而反之在低谷狀態(tài)鼓勵可控負(fù)荷接入，同樣可以起到削峰填谷的作用，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3.2 主動配電網(wǎng)無功電壓控制

主動配電網(wǎng)的無功電壓控制是傳統(tǒng)無功電壓控制問題在ADN中的延伸，主要有以下兩方面：

3.2.1 無功補(bǔ)償設(shè)備調(diào)節(jié)

傳統(tǒng)配電網(wǎng)無功控制大多僅依賴分組電容，延伸到ADN中則要求離散型與連續(xù)型的無功補(bǔ)償設(shè)備均要有效參與系統(tǒng)潮流調(diào)控，同時各裝置不再單獨運(yùn)行而是由ADN能量管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)控。

3.2.2 DG功率因數(shù)調(diào)節(jié)

通常為了有效利用可再生能源，DG采取純發(fā)有功的模式，而主動管理模式下，要求DG類似主網(wǎng)的發(fā)電廠應(yīng)能做到功率因數(shù)可調(diào)節(jié)且交由能量管理系統(tǒng)進(jìn)行控制，在必要情況下應(yīng)主動向配電網(wǎng)提供無功支撐，兼顧配電網(wǎng)的電壓控制。

3.3 主動配電網(wǎng)的有功無功協(xié)同調(diào)控

配電網(wǎng)中有功與無功潮流耦合性較強(qiáng)，更高級的潮流調(diào)控形態(tài)就是基于能量管理系統(tǒng)進(jìn)行全局的ADN有功無功協(xié)同調(diào)控，整合各類可控單元在全局優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行全局設(shè)備控制策略的優(yōu)化，從而實現(xiàn)降低配電網(wǎng)網(wǎng)損，提高配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的目標(biāo)，實現(xiàn)ADN的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。

4 結(jié)語

ADN可以說是“智能電網(wǎng)”的重要組成部分。AND將使得電力用戶能夠參與電力市場互動，并可提高能源的利用效率和改善配電網(wǎng)的性能，相比于被動管理模式下的傳統(tǒng)配電網(wǎng)，ADN可參與潮流調(diào)控的元素與手段更加豐富，通過能量管理系統(tǒng)綜合優(yōu)化控制，可實現(xiàn)ADN的全局優(yōu)化運(yùn)行。ADN是未來配電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展方向。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：王偉平]