主動配電系統(tǒng)可行技術(shù)探討

徐東華 謝凱 張慶龍 鮑大明

摘 要： 傳統(tǒng)配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法和運(yùn)行控制模式無法適應(yīng)高滲透率分布式能源（DER）的接入?；谛畔⑴c通信技術(shù)及高級量測設(shè)備的主動配電網(wǎng)（ADN）為高滲透率DER的接入提供了一種解決方案。文章介紹了ADN的基本概念、相關(guān)的研究動態(tài)，圍繞主動配電系統(tǒng)的可行技術(shù)進(jìn)行簡要探討。

關(guān)鍵詞： 電力系統(tǒng)；主動配電網(wǎng)；可行性

主動配電系統(tǒng)（ADN）可以徹底滿足高滲透率分布式能源對電力系統(tǒng)越來越高的要求，作為未來電網(wǎng)的發(fā)展部分，主動配電系統(tǒng)能夠有效簡化配電網(wǎng)的規(guī)劃和控制，而使用主動配電系統(tǒng)的電網(wǎng)也能夠有效保障電力網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。

1、主動配電網(wǎng)的定義和概念

主動配電網(wǎng)（ADN）是充分利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來對配電網(wǎng)進(jìn)行管理，進(jìn)而能夠?qū)植康腄ER進(jìn)行主動控制和管理的配電系統(tǒng)。DER在監(jiān)管環(huán)境允許的情況下，按照接人協(xié)議的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的全面支持。分布式能源（DER）主要則是由分布式儲能（EES）、分布式發(fā)電（DG）和可控負(fù)荷（RL）等構(gòu)成 的，其中負(fù)荷既有發(fā)電屬性，同時又有消費(fèi)屬性，這種雙重性導(dǎo)致其也是DER的組成部分。

2010年，國際上基于 CIGREC6.11的定義對 AND進(jìn)行了闡釋，其中文名稱則為“主動配電網(wǎng)”。目前，全球范圍內(nèi)的電力供應(yīng)商多采用傳統(tǒng)的方式來進(jìn)行管理，并沒有形成有效的激勵機(jī)制，同時也受到監(jiān)管環(huán)境的制約和影響，導(dǎo)致 AND的發(fā)展非常緩慢，仍有很多問題亟待解決。

2、配電系統(tǒng)的DER接入技術(shù)研究

2.1 配電網(wǎng)規(guī)劃方法研究

傳統(tǒng)配電網(wǎng)從規(guī)劃的角度進(jìn)行分析，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對更為固定，是根據(jù)負(fù)荷預(yù)測值確定最大容量裕度，確保配電網(wǎng)的最低運(yùn)行條件，在設(shè)計(jì)初始階段將潛在問題排除，因而傳統(tǒng)配電網(wǎng)相對更為簡單。ADN負(fù)荷預(yù)測結(jié)果的值在判斷上需要考慮到兩個因素，需求側(cè)響應(yīng)和 DG。此外，在設(shè)計(jì)的過程中會考慮到 DER主動管理模式對整體或局域電力網(wǎng)絡(luò)所造成的影響?？梢姡噍^于傳統(tǒng)配電網(wǎng)采用 AND規(guī)劃的方法要更為復(fù)雜。

2.2 配電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)研究

電力設(shè)備都有額定工作電壓，因而需要在電壓范圍內(nèi)來運(yùn)行，電壓質(zhì)量與無功電壓控制之間的關(guān)系非常緊密。對于無源的傳統(tǒng)配電網(wǎng)，其無功電壓控制模式 比較容易。在配 電網(wǎng)中接入DER后，由于DER所存在的隨機(jī)性、間歇性、非線性等特點(diǎn)，導(dǎo)致配電網(wǎng)無功電壓控制模式相較于傳統(tǒng)配電網(wǎng)要復(fù)雜的多，在 DER的影響下還會出現(xiàn)有功潮流反向、無功潮流不確定性等。此外，接入 DER還可能會發(fā)生暫態(tài)電壓變化，由風(fēng)電機(jī)組引發(fā)的電壓畸變、閃變、保護(hù)誤動等一系列問題，進(jìn)而對配電質(zhì)量造成影響。

2.3 短路電流和設(shè)備選型研究

任意一個存在電源的電力系統(tǒng)都存在短路電流，因而為了能夠使DG順利接入，確保遮斷容量不超標(biāo)，必須要對原有開關(guān)進(jìn)行更換，甚至對原有電力設(shè)備進(jìn)行更換，進(jìn)而導(dǎo)致運(yùn)行成本的增加。同時，對于同一個變電站，DG的接入并不是只有一個點(diǎn)，在多點(diǎn)接入時，某一點(diǎn)附近同一電壓層級節(jié)點(diǎn)的短路電流會發(fā)生超標(biāo)的現(xiàn)象，這時也需要對設(shè)備進(jìn)行更換，大量的DG接入點(diǎn)會造成供電區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)飽和，導(dǎo)致后續(xù) DG接入受限。

3、主動配電系統(tǒng)的可行技術(shù)

3.1通信技術(shù)

現(xiàn)階段全球使用的通信技術(shù)主要分為無線通信技術(shù)和有線通信技術(shù)，盡管各個公司所使用的通信技術(shù)千差萬別，但是能夠看出幾乎沒有公司會采用 DER 遙控通訊，能夠?qū)Φ蛪壕W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制的公司更是少之又少，而在配電系統(tǒng)中，主要采用信息和通訊技術(shù)設(shè)備即 ICT 技術(shù)進(jìn)行主動管控，事實(shí)證明，在使用 ICT 技術(shù)之后，配電系統(tǒng)無論是在安全性、穩(wěn)定性還是可靠性上均獲得了不同程度的提升，不僅如此，ICT 技術(shù)還能夠全面提升配電系統(tǒng)的效率已經(jīng)平衡頻率，與此同時能夠控制和調(diào)節(jié)整個配電系統(tǒng)的電壓與潮流，由此我們可以看出，ICT 技術(shù)可以被看作是主動配電系統(tǒng)中的可行技術(shù)，在ICT 技術(shù)下的主動控制除了能夠通過集中控制和組合控制之外，還能夠以點(diǎn)對點(diǎn)的控制模式達(dá)到這一目的。

3.2 電子設(shè)備

當(dāng)然，除了最主要的通信技術(shù)之外，現(xiàn)階段的主動配電系統(tǒng)中的可行技術(shù)還包括三個方面，分別是硬件設(shè)備、監(jiān)測控制以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，其中的電力電子設(shè)備也就是智能電子設(shè)備、通信媒介設(shè)備、分布式儲能、電池能量管理等等均可以實(shí)現(xiàn)對分布式發(fā)電以及可控電荷進(jìn)行主動控制和調(diào)節(jié)，同時完成分布式能源接入的轉(zhuǎn)換，諧波補(bǔ)償、無功補(bǔ)償?shù)鹊龋胶獍l(fā)電以及負(fù)荷可以采用可控儲能，而DER以及優(yōu)化運(yùn)行負(fù)荷則能夠保障回報率最大化。

3.3 ICT 技術(shù)

電力系統(tǒng)中所有信息的運(yùn)算、處理以及分配和存儲等功能都需要依靠ICT 技術(shù)才能夠得以實(shí)現(xiàn)，除此之外，可控設(shè)備與控制單元之間進(jìn)行傳送信息包括控制發(fā)電與負(fù)荷、合理預(yù)測發(fā)電以及電價，甚至是電力體統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和助攻補(bǔ)償?shù)鹊榷加匈囉?ICT 技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，由此可見主動配電系統(tǒng)的可行技術(shù)還應(yīng)該包括ICT 技術(shù)。

3.4監(jiān)測預(yù)測

所謂的監(jiān)測和預(yù)測，其實(shí)就是為了能夠有效保障電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，而全面檢測各種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，真實(shí)的電力系統(tǒng)運(yùn)行情況并且對電價與發(fā)電、峰值電流與負(fù)荷以及峰值電壓等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行合理的預(yù)測，因此我們也將監(jiān)測和預(yù)測歸納為主動配電系統(tǒng)的可行技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)中。

3.5運(yùn)行控制

分布式控制和需求側(cè)管理是現(xiàn)階段配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的主要管理模式，而運(yùn)行和控制其實(shí)就是指微電網(wǎng)或是饋線能夠在孤島運(yùn)行條件下進(jìn)行管控，除此以外，潮流管理、自動電壓控制、動態(tài)線路荷載水平等也都是運(yùn)行和控制的涉及范圍。

3.6規(guī)劃設(shè)計(jì)

主動配電系統(tǒng)要求在進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時需要充分考慮在實(shí)際運(yùn)行狀況中存在的各種不確定因素，特別是在面對解決高滲透率分布式能源接入問題時，需要進(jìn)行充分的考量，而不是將其簡單看作是新能源形式接入和一種儲能設(shè)備，這也是主動配電系統(tǒng)與傳統(tǒng)被動配電系統(tǒng)相區(qū)別的地方。

4、結(jié)束語

文章以DER的接入為著眼點(diǎn)簡述了AND的概念，指出AND在平衡配電層級功率和平衡配電層級與上級電網(wǎng)之間都是可以提供局部區(qū)域能源交換的設(shè)施。在高滲透率DER接入的情況下，會在輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間形成雙向功率流，同時造成電源和負(fù)荷都具有了雙重不確定性，因而為了使配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性得到保障，必須要依托于現(xiàn)有技術(shù)來對電網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)，引進(jìn)更加領(lǐng)先的設(shè)備，加強(qiáng)對ADS技術(shù)的研發(fā)。我國在對ADS的研究過程中，需要結(jié)合我國電力網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需求與可行性，如在對高滲透率DER接入的研究中不能忽視可行的配電網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模式，促使我國電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的效率得到大幅提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 程林，劉琛，吳強(qiáng).主動配電系統(tǒng)可行技術(shù)分析與展望[J].電力建設(shè)，2015，1：26-32.

[2] 范明天，張祖平. 主動配電系統(tǒng)可行技術(shù)的探討[J].供用電，2014，1：22-27.

[3] 范明天.從被動配電網(wǎng)向主動配電網(wǎng)發(fā)展的過渡[J].南方能源觀察，2013（1）.