對智能配電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度運行的探討

曾希

配電網(wǎng)是整個電力系統(tǒng)與分散的用戶直接相連的部分。分布式發(fā)電和儲能技術(shù)的應(yīng)用，通信設(shè)備的使用，使得配電網(wǎng)的可控性增加，配電網(wǎng)的規(guī)劃和運行的復(fù)雜性大幅增加。傳統(tǒng)配電網(wǎng)在協(xié)調(diào)控制、主動管理方面的不足和電力體制改革叉催生了主動配電網(wǎng)。這些情況促使提高配電網(wǎng)的智能化水平來適應(yīng)電網(wǎng)挑戰(zhàn)，本文主要從規(guī)劃和調(diào)度運行方面對智能配電網(wǎng)進行探討。

電力系統(tǒng)主要由發(fā)電、輸電和配電三部分組成。相對于發(fā)電和輸電部分，配電部分的可優(yōu)化裕度較大，且由于與負(fù)荷緊密聯(lián)系，對智能配電網(wǎng)的探討有十分主要的實際意義。

一、智能配電網(wǎng)的形態(tài)

隨著社會的快速發(fā)展，能源緊缺現(xiàn)象嚴(yán)重，對環(huán)保的要求也越來越高。傳統(tǒng)配電網(wǎng)的輻射狀結(jié)構(gòu)不再能滿足實際需要，因此發(fā)展成主變站間充分互聯(lián)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

逆變器和控制器性能的提高促進了分布式發(fā)電技術(shù)的進步，無線網(wǎng)絡(luò)的進步促進了配電網(wǎng)絡(luò)的信息化，為了滿足不同用戶電力供應(yīng)需求以及適應(yīng)電力市場交易機制的改革，促使智能配電網(wǎng)出現(xiàn)了新形態(tài)。

智能配電網(wǎng)將從單純的電力配送者轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂卸嘀亟巧δ艿墓财脚_：①可再生資源消納的支撐平臺；②多源海量信息集成的數(shù)據(jù)平臺；③多利益主體參與的市場交易平臺；④電氣化交通發(fā)展的支撐與服務(wù)平臺；⑤智慧城市建設(shè)的能源基礎(chǔ)平臺等。

二、智能配電網(wǎng)規(guī)劃

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)主要依據(jù)供電區(qū)域的負(fù)荷預(yù)測來確定配電網(wǎng)建設(shè)方案，如有特殊負(fù)荷，則要在經(jīng)濟性和可靠性之間有所折中。

以風(fēng)電和光伏為代表的分布式電源DG（ distributed generation）因其環(huán)保性、經(jīng)濟性、能源利用率高、分布靈活等特點，最近幾年在國內(nèi)外發(fā)展迅速。但是由于其隨機性強、波動性大，大量的分布式電源接入配電網(wǎng)會增加其供電區(qū)域范圍的不確定性。將分布式電源和儲能系統(tǒng)ESS（ energystorage system）相結(jié)合，能夠平滑和控制分布式電源出力，提高電能質(zhì)量，但需增加微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制機制，增大了配電網(wǎng)規(guī)劃的難度。

為了提高配電自動化水平，采用大量“三遙”設(shè)備，使得大量終端節(jié)點的實時數(shù)據(jù)能夠傳送到監(jiān)控主站，為主動配電網(wǎng)提供了狀態(tài)信息，同時遠(yuǎn)程開關(guān)控制將變得更加迅速，配電網(wǎng)具有了可隨外部環(huán)境的變化快速實現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)供和故障恢復(fù)的能力。因此，快速網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)供能力的具備對配電網(wǎng)規(guī)劃問題提出了新的要求。

以上問題只是配電網(wǎng)規(guī)劃需要考慮的問題的一部分。一種理想的智能配電網(wǎng)規(guī)劃需要同時考慮：①提高可再生能源的利用率以及設(shè)備耗費最小；②分布式電源的定址、定容、定量；⑧網(wǎng)絡(luò)損耗；④網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險指數(shù)；⑤配電網(wǎng)網(wǎng)架；⑥多微網(wǎng)系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性；⑦變電站選址；⑧配電網(wǎng)的控制方式；⑨負(fù)荷的特性；⑩其他重要問題。

目前沒有一種方法可以全面的考慮到配電網(wǎng)規(guī)劃中的所有方面。實際從工程角度，針對不同的規(guī)劃要求和目的，提出不同的多目標(biāo)優(yōu)化模型。比如有學(xué)者提出計及分布式電源出力和負(fù)荷的隨機性，定義負(fù)荷供電恢復(fù)率，建立了以經(jīng)濟性和可靠性為目標(biāo)的配電網(wǎng)線路開關(guān)聯(lián)合優(yōu)化的柔性規(guī)劃模型，并對規(guī)劃方案進行了可靠性評估。還有學(xué)者提出了一種能夠反映配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理程度的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險指數(shù)，并建立了以配電網(wǎng)投資費用、網(wǎng)絡(luò)損耗和網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險指數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，綜合考慮經(jīng)濟性和可靠性的配電網(wǎng)規(guī)劃模型。

三、智能配電網(wǎng)的調(diào)度運行

對于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)，電壓控制和頻率調(diào)節(jié)是日常運行中的主要問題。分布式電源的大量應(yīng)用對于系統(tǒng)保護和控制提出了更高的要求。傳統(tǒng)配電網(wǎng)在協(xié)調(diào)控制和主動管理方面的不足，催生了主動配電網(wǎng)（active distribution network， ADN）的概念。ADN就是能夠協(xié)調(diào)各類分布式電源與儲能、基于靈活拓?fù)鋬?yōu)化潮流、積極管理需求側(cè)資源，在滿足用戶電力需求的基礎(chǔ)之上，促進可再生能源發(fā)電消納和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟安全運行的配電系統(tǒng)。

對主動配電網(wǎng)的分層、分區(qū)管理是其常見的調(diào)度運行機制。分層控制可采用多代理系統(tǒng)或協(xié)調(diào)控制。文獻提出主動配電網(wǎng)的三層控制結(jié)構(gòu)，將主動配電網(wǎng)進行區(qū)域劃分，并在每個區(qū)域中配置協(xié)調(diào)控制器進行區(qū)域自動控制。根據(jù)饋線控制誤差（feeder control error，F(xiàn)CE）指標(biāo)，建立了實時平抑區(qū)域運行狀態(tài)與最優(yōu)目標(biāo)之間差異的區(qū)域控制機制，據(jù)此提出了分層分布控制器與源網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器的模型。

國務(wù)院《關(guān)于進一步深化電力體制改革若干意見》提出：積極發(fā)展分布式電源，全面放開用戶側(cè)分布式電源市場。擁有分布式電源的用戶以自身利益最大化為目標(biāo)向電網(wǎng)供電，因此不在配電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度內(nèi)，會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。針對這種新情況，建立考慮多利益主體的主動配電網(wǎng)調(diào)度機制也是十分必要的。

本文只是從規(guī)劃和調(diào)度運行的若干個角度，對智能配電網(wǎng)進行探討，由于篇幅有限，并未涉及諸如配電系統(tǒng)安全域、考慮越限風(fēng)險下的調(diào)度運行、配電網(wǎng)重構(gòu)等方向。希望本文能為我國從事智能配電網(wǎng)相關(guān)研究的人員提供一定的參考。