主動(dòng)配電網(wǎng)促進(jìn)分布式電源消納的需求側(cè)管理與控制綜述

于大為

摘 要：主動(dòng)配電網(wǎng)中促進(jìn)分布式電源消納的需求側(cè)管理與控制，主要是保證分布式電源接入配電網(wǎng)系統(tǒng)過(guò)程中供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在分布式電源并網(wǎng)時(shí)，不僅需要根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和可靠性原則構(gòu)建不同的數(shù)學(xué)模型和算法，還需要針對(duì)各種不同種類的分布式電源進(jìn)行差異性的系統(tǒng)計(jì)算分析。結(jié)合當(dāng)前主動(dòng)配電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀，文章介紹了主動(dòng)配電網(wǎng)中分布式能源消納的分析研究方法。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)配電網(wǎng)；分布式能源；經(jīng)濟(jì)性；可靠性

中圖分類號(hào)：TM712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）05-0136-02

Abstract： The demand-side management and control to promote the absorption of distributed power in active distribution network is mainly to ensure the reliability and economy of power supply in the process of the distributed power supply connected to the distribution network system. When the distributed power is connected to the grid， it is necessary not only to construct different mathematical models and algorithms according to the principles of economy and reliability， but also to analyze the difference of system calculation for different kinds of distributed power supply. Based on the current research situation of active distribution network， this paper introduces the analysis and research method of distributed energy consumption in active distribution network.

Keywords： active distribution network； distributed energy； economy； reliability

1 概述

分布式電源（distributed generation，DG）對(duì)配電網(wǎng)滲透率的提高，能夠改變配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的電壓分布、提高配電網(wǎng)的短路容量、增大繼電保護(hù)的復(fù)雜程度、同時(shí)也會(huì)影響配電網(wǎng)的供電可靠性。傳統(tǒng)配電網(wǎng)的主要特征是就地消納間歇式能源，其本身不具備調(diào)節(jié)能力。這造成了傳統(tǒng)配電網(wǎng)無(wú)法對(duì)間歇式能源產(chǎn)生的多余電能進(jìn)行消納。作為向未來(lái)電網(wǎng)轉(zhuǎn)型的一個(gè)重要部分，配電系統(tǒng)正在經(jīng)歷深刻的變化，主動(dòng)配電網(wǎng)（active distribution network，ADNs）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。針對(duì)分布式能源接入配電網(wǎng)并網(wǎng)的一系列問(wèn)題，主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)提出了合理的優(yōu)化方案，通過(guò)對(duì)通信、電力電子及自動(dòng)化等技術(shù)的應(yīng)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源的協(xié)調(diào)控制。與傳統(tǒng)配電網(wǎng)被動(dòng)消納方式相比，ADNs具有更強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力，可將并入配電網(wǎng)的分布式電源通過(guò)柔性負(fù)荷和多層次電網(wǎng)進(jìn)行充分消納，更大程度地保證供電系統(tǒng)的可靠性，提高電能質(zhì)量。因此，主動(dòng)配電網(wǎng)對(duì)促進(jìn)分布式電源消納的需求側(cè)管理與控制具有重要的研究?jī)r(jià)值和意義。

2 主動(dòng)配電網(wǎng)對(duì)分布式電源消納的研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，風(fēng)能、太陽(yáng)能等分布式能源的并網(wǎng)運(yùn)行改變了單一電源網(wǎng)絡(luò)供電的格局，使傳統(tǒng)電網(wǎng)逐漸向微電網(wǎng)、主動(dòng)配電網(wǎng)等方向轉(zhuǎn)變。我國(guó)學(xué)者對(duì)分布式電源配網(wǎng)規(guī)劃的研究起步較早，構(gòu)建出了不同類型的分布式發(fā)電模型，提出了應(yīng)用主動(dòng)配電網(wǎng)解決DG高滲透率的相應(yīng)辦法。國(guó)內(nèi)各科研機(jī)構(gòu)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)相關(guān)理論的研究也已取得了一定的成果，部分成果還通過(guò)立項(xiàng)進(jìn)行了工程示范實(shí)踐。如2012年“主動(dòng)配電網(wǎng)的間歇式能源消納及優(yōu)化技術(shù)研究與應(yīng)用”863計(jì)劃課題首次被提及，相關(guān)工程在廣東佛山三水已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施。該工程首次將分區(qū)控制策略投入到配電網(wǎng)的管理中，從而實(shí)現(xiàn)分布式可再生能源在多種工況下的消納與協(xié)調(diào)控制。2014年開(kāi)始，北京、貴陽(yáng)等相關(guān)研究機(jī)構(gòu)分別對(duì)“多源協(xié)同的主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究及示 范”組成專題進(jìn)行研究實(shí)踐，通過(guò)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的合理規(guī)劃，多級(jí)分層的源-網(wǎng)-荷協(xié)同控制變得越來(lái)越高效。

3 研究方法介紹

由于DG并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)的影響復(fù)雜，對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)中分布式能源并網(wǎng)的研究本著兩個(gè)原則：一是滿足電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性要求。二是在滿足電網(wǎng)運(yùn)行條件的基礎(chǔ)上，用最簡(jiǎn)單的方法簡(jiǎn)化計(jì)算量，進(jìn)而求取最優(yōu)解。其一般過(guò)程為構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)學(xué)模型構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，在滿足約束條件的基礎(chǔ)上采用優(yōu)化算法求得最優(yōu)解?？傮w而言，分布式電源消納的研究方法可以按照構(gòu)建數(shù)學(xué)模型、目標(biāo)函數(shù)，采用先進(jìn)的算法等角度進(jìn)行分類。因?yàn)閷?duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的研究還處于起步階段，本文重點(diǎn)介紹近年在研究領(lǐng)域取得的成果。

3.1 分布式能源分區(qū)消納

該方法根據(jù)分段開(kāi)關(guān)的實(shí)際位置將分布式能源劃分為若干個(gè)分區(qū)，按照分布式能源最大消納情況下成本最低的原則構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)并進(jìn)行優(yōu)化。首先通過(guò)全局的優(yōu)化潮流計(jì)算優(yōu)化目標(biāo)，然后將優(yōu)化目標(biāo)分配給各個(gè)區(qū)域，在此基礎(chǔ)上根據(jù)饋線功率誤差指標(biāo)（feeder control error，F(xiàn)CE）計(jì)算的功率偏差總額，僅考慮自治區(qū)域局部的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系，采用配網(wǎng)直流潮流運(yùn)算，利用區(qū)域內(nèi)的分布式電源快速實(shí)現(xiàn)自治區(qū)域中FCE的分配和消納，最終實(shí)現(xiàn)FCE等于零，從而完成優(yōu)化目標(biāo)。endprint

3.2 基于1-9標(biāo)度法的低碳優(yōu)化方法

在對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的分布式電源消納方案進(jìn)行有效評(píng)價(jià)時(shí)，在保證分布式電源發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性和可靠性基礎(chǔ)上，考慮分布式電源的減排環(huán)保指標(biāo)，構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)低碳優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)模型。在對(duì)各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行標(biāo)度時(shí)，考慮人為因素的影響，用1-9標(biāo)度法進(jìn)行一致性校驗(yàn)形成判斷矩陣，產(chǎn)生將人為因素排除在外的權(quán)重系數(shù)。其次，為保證各項(xiàng)權(quán)重指標(biāo)變化趨勢(shì)具有區(qū)分度，引入隸屬度函數(shù)的概念，對(duì)各指標(biāo)值進(jìn)行隸屬化，并與對(duì)應(yīng)的權(quán)重加權(quán)。應(yīng)用權(quán)重法來(lái)構(gòu)建低碳優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為主動(dòng)配電網(wǎng)中分布式能源的消納與控制提供了新的思路，但是對(duì)處理復(fù)雜多元化的電網(wǎng)問(wèn)題時(shí)仍需配合其他特性參數(shù)開(kāi)展深入研究。

3.3 基于時(shí)序特性的分析方法

時(shí)序特性的分析方法主要適用光伏發(fā)電（photo voltaic，PV）、風(fēng)電等時(shí)序性較強(qiáng)的分布式電源。這些分布式電源具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，因此，季節(jié)變化、天氣改變以及時(shí)間等因素都是影響其出力的重要因素。時(shí)序分析法充分考慮了分布式光伏發(fā)電和負(fù)荷的時(shí)序特性，并應(yīng)用混沌思想和自適應(yīng)度調(diào)整的改進(jìn)粒子群算法進(jìn)行配電網(wǎng)計(jì)算，研究各項(xiàng)指標(biāo)，包括削減分布式電源出力、調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器抽頭、無(wú)功補(bǔ)償?shù)戎鲃?dòng)管理措施對(duì)分布式光伏最大消納量的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，隨著可再生能源發(fā)電資源日益普及，應(yīng)用主動(dòng)配電網(wǎng)解決分布式能源并網(wǎng)問(wèn)題已成為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)可持續(xù)性和能源供應(yīng)安全的重要途徑。由于利用風(fēng)力發(fā)電（WT），光伏（PV）等可再生能源發(fā)電裝置具備減少電力損失和溫室氣體排放，靈活調(diào)節(jié)電壓，削減峰值負(fù)荷，提高電能質(zhì)量和供電可靠性等優(yōu)點(diǎn)已成為配電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。然而，分布式能源的廣泛普及大大增加了配電網(wǎng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，這使得進(jìn)行合理規(guī)劃比以往任何時(shí)候都更具挑戰(zhàn)性。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃方案，如變電站和線路的增設(shè)或擴(kuò)建，已無(wú)法滿足面向所有替代方案的現(xiàn)代復(fù)雜ADN的需求，難以合理應(yīng)對(duì)發(fā)電和負(fù)荷的不確定性。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于主動(dòng)配電網(wǎng)對(duì)促進(jìn)分布式電源消納的需求側(cè)管理和控制研究雖取得了一定的成效，但對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的DG接入方案的優(yōu)化仍需深入，對(duì)多種不同種類分布式能源的并網(wǎng)問(wèn)題仍需統(tǒng)籌規(guī)劃。同時(shí)，在需求側(cè)管理、需求響應(yīng)等方面研究應(yīng)用我國(guó)還處于起步階段，同樣有待進(jìn)一步研究應(yīng)用以求真正達(dá)到主動(dòng)配電網(wǎng)的源-網(wǎng)-荷協(xié)同優(yōu)化控制。

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