面向智能電網(wǎng)中的主動(dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展綜述

朱澤賢，陳 偉，范 菁，單 澤，王渤茹

(1.云南民族大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，云南 昆明 650504；2.中國(guó)人民解放軍31636部隊(duì)，云南 昆明 650300)

0 引言

智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為智能電力和“電網(wǎng)2.0”，它是建立在集成的，

高速雙向的通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)，先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)，先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)綜合應(yīng)用，使電力市場(chǎng)優(yōu)化高效運(yùn)行.智能電網(wǎng)由很多部分組成，可分為：智能變電站，智能配電網(wǎng)，智能電能表，智能交互終端，智能調(diào)度，智能家電，智能用電樓宇，智能城市用電網(wǎng)，智能發(fā)電系統(tǒng)，新型儲(chǔ)能系統(tǒng).其中智能配電網(wǎng)也稱主動(dòng)配電網(wǎng)，是智能電網(wǎng)的重要的組成部分，通過(guò)先進(jìn)的電氣設(shè)備、智能通信網(wǎng)絡(luò)和靈活的自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了源網(wǎng)荷之間的靈活交互，從而實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的資源配備優(yōu)化[1].

隨著經(jīng)濟(jì)和電力的不斷發(fā)展，全球范圍的能源和環(huán)境面臨新的挑戰(zhàn)，各國(guó)都加大了對(duì)新能源以及電動(dòng)汽車的研究力度，當(dāng)前的配電網(wǎng)也同時(shí)發(fā)生著變化.國(guó)內(nèi)近些年加強(qiáng)了對(duì)新能源分布式發(fā)電的研究，風(fēng)電與光伏發(fā)電的研發(fā)建設(shè)主要在西部地區(qū)以及沿海地區(qū)，但占比小，絕大地區(qū)還是以傳統(tǒng)發(fā)電[2].國(guó)家電網(wǎng)與政府發(fā)布相關(guān)文件，以及全世界相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)取得一定成果，分布式電源以及電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展.目前清華大學(xué)、中科院電工研究所等相關(guān)單位都著重于智能電網(wǎng)的研究并取得成就[3-4].風(fēng)能、太陽(yáng)能這些可再生無(wú)污染的天然新能源得到重視，以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表的分布式電源在分布式配電網(wǎng)中得到運(yùn)用，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)，設(shè)計(jì)或運(yùn)營(yíng)所需考慮的不確定性主要來(lái)自于負(fù)荷，然而隨著分布式發(fā)電電源可能性的提出，配電系統(tǒng)中供需雙方都有其不確定的隨機(jī)特征和耦合關(guān)系.配電網(wǎng)架構(gòu)的靈活性，要求其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也具有靈活性來(lái)滿足智能電網(wǎng)需求，且應(yīng)具有自動(dòng)控制和優(yōu)化運(yùn)行的能力；隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)由傳統(tǒng)的“發(fā)輸配售用”變?yōu)槔梅植际诫娫春托枨髠?cè)響應(yīng)所聚合的能削峰填谷的協(xié)調(diào)系統(tǒng)，使源網(wǎng)荷靈活互動(dòng)；微電網(wǎng)的形成，可最大化的利用可再生能源，并給予了配電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)控帶來(lái)了更多的可能性和挑戰(zhàn)；隨著電動(dòng)汽車的逐漸普及應(yīng)用，其充電設(shè)施和儲(chǔ)能設(shè)施也開(kāi)始逐漸推廣，同樣也要求儲(chǔ)能設(shè)備和電動(dòng)汽車與配電網(wǎng)多方協(xié)調(diào)，這要求配電網(wǎng)需要建立在更先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能通信技術(shù)及大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的基礎(chǔ)上[5-6].

了解以上的配電網(wǎng)國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)技術(shù)更難適應(yīng)現(xiàn)在的變化.所以總結(jié)研究智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)用源網(wǎng)荷三方技術(shù)資源，來(lái)促進(jìn)現(xiàn)代化的可再生的能源利用與分布式發(fā)電配電協(xié)調(diào)優(yōu)化，是現(xiàn)在科研的熱點(diǎn)趨勢(shì).

基于主動(dòng)配電網(wǎng)發(fā)展背景，本文將綜合挖掘智能電網(wǎng)技術(shù)，從源網(wǎng)荷3個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)綜合分析，對(duì)智能電網(wǎng)中的主動(dòng)配電網(wǎng)現(xiàn)有待繼續(xù)探討的問(wèn)題和應(yīng)用進(jìn)行一定闡述和展望.

1 主動(dòng)配電網(wǎng)的內(nèi)涵

智能電網(wǎng)中的智能配電網(wǎng)，及主動(dòng)配電網(wǎng)(active distribution network，ADN)是由分布式電源(distributed generation，DG)、各類負(fù)荷以及大量監(jiān)控設(shè)備構(gòu)成，并包含了光伏、風(fēng)電等可再生能源這類電源裝置，以及為有效平抑間歇式能源的出力波動(dòng)而配備的儲(chǔ)能裝置.對(duì)比傳統(tǒng)配電網(wǎng)，主動(dòng)配電網(wǎng)是可控的，在實(shí)時(shí)獲取全網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)情況下，綜合利用可控的分布式電源、靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(如各類開(kāi)關(guān))以及電壓調(diào)節(jié)設(shè)備(如無(wú)功補(bǔ)償裝置)，通過(guò)主站管理系統(tǒng)的調(diào)控實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和故障情況下的有效恢復(fù).同時(shí)能結(jié)合用戶側(cè)需求，綜合優(yōu)化計(jì)算出最好的運(yùn)行方式[7].

分布式電源和電動(dòng)汽車充電設(shè)施越來(lái)越多的參與電網(wǎng)運(yùn)行，單一分配電能的傳統(tǒng)配電系統(tǒng)升級(jí)為分配、傳輸、儲(chǔ)能的多功能配電網(wǎng)系統(tǒng)，這給傳統(tǒng)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)帶來(lái)挑戰(zhàn)，影響到配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及電能質(zhì)量等.面臨的問(wèn)題主要有幾個(gè)方面：電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中存在不確定性，比如新分布式電源生產(chǎn)電能質(zhì)量受自然因素制約；配電網(wǎng)復(fù)雜化；出現(xiàn)配電網(wǎng)的雙向潮流；增加配電網(wǎng)負(fù)荷管理的問(wèn)題；配電設(shè)備利用率的提高問(wèn)題等.通過(guò)主動(dòng)配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)能一定程度上解決這些問(wèn)題.

2 主動(dòng)配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展

與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)相比，源網(wǎng)荷的實(shí)時(shí)通信是新型配電網(wǎng)的關(guān)鍵特性之一.大量的分布式電源、電網(wǎng)以及電動(dòng)汽車充電樁這類負(fù)荷儲(chǔ)能方三方互相協(xié)調(diào)，進(jìn)而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行達(dá)到優(yōu)化協(xié)調(diào); 智能電網(wǎng)要達(dá)到各方面的需求才能建造一個(gè)智能化的配電網(wǎng)，現(xiàn)今這個(gè)問(wèn)題用主動(dòng)配電網(wǎng)來(lái)解決，通過(guò)分布式電源的優(yōu)化配置，主動(dòng)配電網(wǎng)的優(yōu)化控制，故障時(shí)的優(yōu)化恢復(fù)以及對(duì)負(fù)荷的優(yōu)化管控的先進(jìn)技術(shù)來(lái)達(dá)成[8].所以將主動(dòng)配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)分為4個(gè)方面：規(guī)劃接入、主動(dòng)配電網(wǎng)的控制、故障恢復(fù)和負(fù)荷管控.通過(guò)應(yīng)用4個(gè)方面的技術(shù)使主動(dòng)配電網(wǎng)滿足新的應(yīng)用趨勢(shì).

2.1 主動(dòng)配電網(wǎng)的規(guī)劃接入關(guān)鍵技術(shù)

分布式電源的優(yōu)化配置研究主要包括分布式電源的選址定容 、電源優(yōu)化配置等問(wèn)題.在傳統(tǒng)配電網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分布式電源的優(yōu)化配置，并不能充分利用可再生分布式電源這類新能源，主動(dòng)配電網(wǎng)的主動(dòng)管理能更有效的使含分布式電源的配電網(wǎng)的功率雙向流動(dòng)，提高新能源資源利用率[9].文獻(xiàn)[10]在分布式電源選址定容問(wèn)題中，提出了一種結(jié)合了遺傳算法與蟻群算法的聯(lián)合算法優(yōu)化模型，考慮了不同分布式電源和負(fù)荷的時(shí)序特性，優(yōu)化了運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性.文獻(xiàn)[11]針對(duì)分布式電源投資運(yùn)行成本和負(fù)荷不確定因素的問(wèn)題，提出一種計(jì)及信息的不確定性的分布式電源優(yōu)化配置模型，用改進(jìn)的IP-MOEA計(jì)算方法求解該模型并通過(guò)IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)算例驗(yàn)證了可行性.但還需要更加精確的模型和優(yōu)化算法來(lái)解決不確定性因素問(wèn)題.

傳統(tǒng)集中式供電系統(tǒng)產(chǎn)能效率高且便于管理，然而系統(tǒng)的容錯(cuò)率較低，且靈活性小.主動(dòng)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)流程首先要滿足傳統(tǒng)的需求，還得參考新加入運(yùn)行的分布式電源、需求側(cè)響應(yīng)等信息.更重要的是因?yàn)榭稍偕茉吹陌l(fā)電存在不確定性，分布式能源系統(tǒng)的主動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)也同時(shí)具有了不確定性.這里主要介紹分布式能源接入、需求側(cè)響應(yīng)的技術(shù)，來(lái)解決不確定性問(wèn)題[12-13].

2.1.1 考慮分布式能源接入的技術(shù)

針對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)將影響系統(tǒng)的電壓與功率問(wèn)題，這類不確定性問(wèn)題的優(yōu)化方法可分為三類，即隨機(jī)規(guī)劃、模糊規(guī)劃和魯棒優(yōu)化.有源配電系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜的混合整型非線性算法問(wèn)題，包含電路鋪設(shè)、分布式電源坐標(biāo)等參數(shù)的安全約束方程、二值變量以及潮流計(jì)算等[14].混合整型線型規(guī)劃(mixed integer linear programming，MILP)，現(xiàn)運(yùn)用該規(guī)劃技術(shù)可優(yōu)化大規(guī)模數(shù)學(xué)模型的求解，文獻(xiàn)[15]基于魯棒優(yōu)化和MILP建立了含分布式電源選址定容和網(wǎng)架規(guī)劃的配電系統(tǒng)聯(lián)合規(guī)劃模型，并采用成熟的商業(yè)軟件CPLEX對(duì)該模型進(jìn)行求解.最后對(duì)分布式電源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行了基于Matlab的圖形用戶界面開(kāi)發(fā)環(huán)境的軟件開(kāi)發(fā).

該文獻(xiàn)提出目標(biāo)函數(shù)為該網(wǎng)絡(luò)最小的線路的年投資成本和系統(tǒng)年網(wǎng)損成本.函數(shù)優(yōu)化建模如下:

2.1.2 考慮需求側(cè)響應(yīng)的技術(shù)

現(xiàn)除了供給側(cè)供電以外，大量的電能需求側(cè)安裝分布式電源具備了自我供電的能力，需求側(cè)資源的參與與調(diào)節(jié)，對(duì)提高可再生能源的利用率、源荷供需平衡以及削峰填谷起到積極作用.主動(dòng)配電網(wǎng)若能將需求側(cè)資源充分利用和調(diào)度，就能使供電側(cè)與需求側(cè)響應(yīng)協(xié)調(diào)并建成靈活運(yùn)行的主動(dòng)配電網(wǎng)[16].文獻(xiàn)[17]設(shè)目標(biāo)函數(shù)為需求側(cè)用電效用值最大，使用benders分解法計(jì)算模型進(jìn)行整數(shù)規(guī)劃，建立了居民電力調(diào)控模型，就需求側(cè)不同電氣設(shè)備的不同需求提出了用電模式的控制方法.

除了上述模型以外，文獻(xiàn)[18]區(qū)塊鏈技術(shù)和分布式電源結(jié)合.區(qū)塊鏈的特征可以概括為：去中心分布化的、按照合約執(zhí)行的、去信任的、數(shù)據(jù)可靠并能追溯的，分布式電力系統(tǒng)構(gòu)造需要區(qū)塊鏈這樣的去中心化特征的技術(shù)支撐.區(qū)塊鏈去除中心主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，而是通過(guò)共識(shí)機(jī)制令每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地位相同并能集體自動(dòng)維護(hù)，分布式電源系統(tǒng)的每個(gè)需求側(cè)及各個(gè)節(jié)點(diǎn)，滿足自動(dòng)控制調(diào)度需求，達(dá)到源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)；分布式電源中的區(qū)塊鏈系統(tǒng)將所有歷史數(shù)據(jù)分配給所有節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)以時(shí)序鏈接并只有有權(quán)限的節(jié)點(diǎn)可查閱[19].

2.2 主動(dòng)配電網(wǎng)的控制關(guān)鍵技術(shù)

主動(dòng)配電網(wǎng)的核心技術(shù)為自動(dòng)智能的控制技術(shù)，這里主要從通信監(jiān)測(cè)控制、協(xié)同控制的核心技術(shù)進(jìn)行總結(jié).文獻(xiàn)[20]針對(duì)分布式電源大量接入所帶來(lái)的系統(tǒng)損耗增加節(jié)點(diǎn)電壓越限問(wèn)題，提出了一直基于SOP的交直流主動(dòng)配電網(wǎng)優(yōu)化控制策略，該策略通過(guò)優(yōu)化遺傳算法改善功率損耗、調(diào)節(jié)電壓越限問(wèn)題，并驗(yàn)證了有效性.文獻(xiàn)[21]對(duì)目前主動(dòng)配電網(wǎng)電壓調(diào)控復(fù)雜的問(wèn)題，提出運(yùn)用灰狼算法協(xié)調(diào)分布式電壓和傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置得到Pareto解集，選擇公共區(qū)域解作為電壓控制策略，有線選擇系統(tǒng)最低電壓為最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)電壓協(xié)調(diào)控制.這些方法應(yīng)用還不夠成熟，沒(méi)有綜合考慮分布式電源、柔性負(fù)荷等源、網(wǎng)、荷等多方面特性，有待深入研究應(yīng)用.

2.2.1 主動(dòng)配電網(wǎng)的通信監(jiān)測(cè)控制技術(shù)

主動(dòng)配電網(wǎng)是需要通信技術(shù)作為關(guān)鍵支撐建成的,集成化的、雙向通信的通信網(wǎng)絡(luò)由智能化傳感測(cè)量技術(shù)、優(yōu)化的控制決策系統(tǒng)技術(shù)以及先進(jìn)的通信設(shè)備組成, 配合配電網(wǎng)使之運(yùn)行供電更為可靠、經(jīng)濟(jì)、高效、安全、環(huán)保.為了達(dá)到以上的目標(biāo)，文獻(xiàn)[22]設(shè)計(jì)出了一套在智能電網(wǎng)中研究基于ZigBee 技術(shù)和GPRS 的智能電網(wǎng)電氣設(shè)備綜合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng).為了滿足主動(dòng)配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的實(shí)際需求，除了安裝傳統(tǒng)的拉力傳感器以外，追加氣象與溫度傳感器，先由基于ZigBee技術(shù)的傳感器監(jiān)測(cè)導(dǎo)線的拉力、導(dǎo)線以及電氣設(shè)備的溫度以及周邊實(shí)時(shí)的環(huán)境的數(shù)據(jù)信息.再與GPRS技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之間組成無(wú)線通信網(wǎng).該系統(tǒng)由傳感器采集節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理虛擬網(wǎng)關(guān)和監(jiān)測(cè)控制端組成.通過(guò)連接相對(duì)應(yīng)的DIY一體電腦(PIO)芯片，使傳感器節(jié)點(diǎn)都能與配電網(wǎng)無(wú)線通信.

圖1顯示了在智能電網(wǎng)中ZigBee技術(shù)建立采集控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的拓?fù)鋱D.ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議.是低功耗、低成本、低速率、近距離、短延時(shí)、高容量、高安全的無(wú)線通信技術(shù).在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫峭ㄟ^(guò)無(wú)線通信傳輸，基礎(chǔ)是很多信號(hào)采集監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的小節(jié)點(diǎn)組成.通過(guò)傳感器信道掃描、建立一新ZigBee網(wǎng)絡(luò)，把信號(hào)無(wú)線通信傳到ZigBee路由器最終到ZigBee信號(hào)處理模塊；GPRS通信模塊，采用高性能工業(yè)級(jí)無(wú)線模塊及嵌入式處理器，適用室外惡劣環(huán)境.支持?jǐn)?shù)據(jù)透明傳輸、域名解析功能以及各家組態(tài)軟件和用戶自行開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng).通過(guò)分析接受數(shù)據(jù)給GPRS信號(hào)處理模塊，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)把信號(hào)傳到Internet網(wǎng).服務(wù)器從Internet網(wǎng)得到傳感器的最終處理數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心的工作人員通過(guò)受到的數(shù)據(jù)信息來(lái)操作對(duì)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離開(kāi)合閘的功能.

2.2.2 主動(dòng)配電網(wǎng)的協(xié)同控制技術(shù)

分布式電源的大量的、分散的接入，主動(dòng)配電網(wǎng)的控制又一熱點(diǎn)，就是這些電源之間的協(xié)同控制.主動(dòng)配電網(wǎng)主要有3種控制模式：集中式控制、單層分布式控制、集中與分區(qū)式控制.

文獻(xiàn)[23]提出集中式控制安裝主動(dòng)配電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(active distribution management system，ADMS)，該系統(tǒng)由電網(wǎng)控制中心單一的進(jìn)行全局的控制，根據(jù)配電網(wǎng)的供電情況、電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息、負(fù)荷預(yù)測(cè)等信息由算法計(jì)算出最佳運(yùn)行方法，然后將信息傳輸?shù)脚潆娋W(wǎng)中所有的可控單元進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，使配電網(wǎng)最佳運(yùn)行.

文獻(xiàn)[24]提出單層分布式控制在集中式控制的基礎(chǔ)上把配電網(wǎng)劃分成多個(gè)控制區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)安裝獨(dú)立的控制單元接受區(qū)域內(nèi)各類參數(shù)信息和管理該區(qū)域內(nèi)的分布式電源，即就地控制或分布式控制.

文獻(xiàn)[25]提出集中與分區(qū)控制，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，吸取以上兩種控制的優(yōu)點(diǎn).總網(wǎng)ADMS收集全網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，由算法計(jì)算得出最佳運(yùn)行方式；協(xié)調(diào)控制單元接收ADMS最優(yōu)運(yùn)行方案，該單元控制該單元下的本地控制單元，包括負(fù)載、柔性負(fù)載和可控分布式電源，再通過(guò)方案以及該區(qū)域情況進(jìn)行協(xié)同控制.

2.3 主動(dòng)配電網(wǎng)的恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)

目前分布式能源系統(tǒng)接入配電網(wǎng)中，易形成無(wú)意識(shí)孤島，對(duì)于主動(dòng)配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)這種情況的防范是必要的.主動(dòng)配電網(wǎng)的故障恢復(fù)算法包括3類：故障定位、隔離以及非故障區(qū)域電力的恢復(fù).自愈系統(tǒng)則是主動(dòng)配電網(wǎng)的主要特點(diǎn)和必備部分，不但解決故障點(diǎn)對(duì)用戶的影響，還支持分布式電源的大量接入[26].文獻(xiàn)[27]采用不確定二層規(guī)劃理論建立計(jì)及新能源出力不確定性的主動(dòng)配電網(wǎng)故障恢復(fù)模型.基于博弈論方法并采用混沌粒子群算法分別設(shè)計(jì)上層優(yōu)化與下層優(yōu)化的求解過(guò)程，得到主動(dòng)配電網(wǎng)的故障恢復(fù)方案.文獻(xiàn)[28]提出一種包含負(fù)荷管理、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的兩階段恢復(fù)策略.運(yùn)用高效遺傳算法的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)優(yōu)化求解模型，實(shí)現(xiàn)了孤島狀態(tài)的主動(dòng)配電網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行方案，保證了電能質(zhì)量與運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性.但都存在未考慮監(jiān)測(cè)定位故障的問(wèn)題.

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)即WSNs化，該網(wǎng)絡(luò)是由傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，具有準(zhǔn)確坐標(biāo)定位、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳輸以及自主性的特征.在實(shí)際應(yīng)用中WSNs化的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)位置定位數(shù)據(jù)通過(guò)標(biāo)定部分節(jié)點(diǎn)或自身的定位算法進(jìn)行定位，未知節(jié)點(diǎn)則通過(guò)已知坐標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為參考來(lái)計(jì)算[29].

文獻(xiàn)[29]提出傳統(tǒng)的智能電網(wǎng)故障坐標(biāo)的確定即對(duì)于配電網(wǎng)即電氣設(shè)備的故障點(diǎn)定位及確定原有存在不準(zhǔn)確性和低效率性，故障位置的確定要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的測(cè)試，甚至要耗費(fèi)人力去偏遠(yuǎn)的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地檢修考察.WSNs在智能電網(wǎng)輸配電定位監(jiān)測(cè)圖如圖3所示；為了達(dá)到精確的、低能耗的、可靠的定位故障，基于WSNs節(jié)點(diǎn)故障定位技術(shù)，感知層通過(guò)WSNs化網(wǎng)絡(luò)收集的配電網(wǎng)、通信設(shè)備、電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)層信息通信傳輸?shù)诫娏Ｓ脽o(wú)線寬帶網(wǎng)中，在應(yīng)用層各網(wǎng)關(guān)平臺(tái)就收到的故障信息對(duì)故障進(jìn)行目標(biāo)定位，然后做及時(shí)的處理.

該技術(shù)定位算法主要為分簇定位的算法，提出改進(jìn)后的PDV-hop分簇定位算法，為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)省能耗，其更新速度粒子公式為：

(1)

改進(jìn)更新位移粒子公式為：

(2)

其中，l是已知節(jié)點(diǎn)與未知節(jié)點(diǎn)的真實(shí)距離，h1，h2為加速因子，r1，r2為隨機(jī)數(shù)，P為個(gè)體極值，G為群體極值.該算法提高了分簇點(diǎn)位的精度后，簇分類的節(jié)點(diǎn)的位置得到合理地定位，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率并優(yōu)化了能耗.解決了電網(wǎng)故障檢測(cè)中使用的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電池有限問(wèn)題，使排查更為全面.

2.4 主動(dòng)配電網(wǎng)的負(fù)荷管控關(guān)鍵技術(shù)

通信技術(shù)與傳感器技測(cè)量技術(shù)的發(fā)展不但為上述技術(shù)提供幫助同時(shí)為需求側(cè)負(fù)荷控制等相關(guān)技術(shù)予以支撐.在主動(dòng)配電網(wǎng)中，電網(wǎng)公司管理部可通過(guò)先進(jìn)的測(cè)量監(jiān)控設(shè)備得到實(shí)時(shí)的負(fù)荷數(shù)據(jù)，并可利用智能需求側(cè)終端進(jìn)行管理或者使用智能插座進(jìn)行控制.本章技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)主動(dòng)負(fù)荷管控，優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行，平抑分布式電源功率波動(dòng)有重大意義.文獻(xiàn)[30]指出電動(dòng)汽車的普及，使得儲(chǔ)能設(shè)備的資金投入提高，所以作為調(diào)度資源將已有的柔性負(fù)荷加入到電網(wǎng)協(xié)調(diào)平衡環(huán)節(jié)中，加強(qiáng)分布式電源與儲(chǔ)能設(shè)備技術(shù)，可有效處理平抑系式電源功率波動(dòng)和能源供需平衡的問(wèn)題.

現(xiàn)如今電動(dòng)汽車漸漸成為人們生活中的必備出行工具，其大量的普及之后的充電需求，將是負(fù)荷的一支大軍，尤其早晚定點(diǎn)定時(shí)的高峰期是負(fù)荷最頂峰的主要電能消耗者，如今國(guó)內(nèi)外大量科研機(jī)構(gòu)都在研究電動(dòng)汽車這類負(fù)荷的管控技術(shù).總結(jié)下來(lái)的管控技術(shù)分為兩類，直接負(fù)荷控制策略和優(yōu)化控制策略.一種是以實(shí)時(shí)功率等參數(shù)為參考進(jìn)行網(wǎng)荷平衡為目標(biāo)的主動(dòng)控制，另一種是基于動(dòng)態(tài)分時(shí)電價(jià)的被動(dòng)控制.

文獻(xiàn)[31]提出就電動(dòng)汽車而言，現(xiàn)在將新能源和電動(dòng)汽車充電樁綜合協(xié)調(diào)規(guī)劃，建立由新能源主要供電的電動(dòng)汽車集中充電站.配備光伏發(fā)電、風(fēng)電及電能儲(chǔ)能設(shè)備保證各種場(chǎng)合都能穩(wěn)定供電.文獻(xiàn)[32]根據(jù)負(fù)荷特性，用優(yōu)化的數(shù)學(xué)算法，得到平衡電網(wǎng)實(shí)時(shí)功率的直接負(fù)荷控制策略.

動(dòng)態(tài)電價(jià)現(xiàn)在也是一個(gè)值得研究發(fā)展的技術(shù).文獻(xiàn)[33]提出使用區(qū)塊鏈技術(shù)來(lái)支撐動(dòng)態(tài)電價(jià)的發(fā)展.基于區(qū)塊鏈的配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)電價(jià)系統(tǒng)可滿足去中心化的方式實(shí)現(xiàn)電力點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易.實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)負(fù)荷方、電網(wǎng)方、電能方、存儲(chǔ)方各端智能電力交易.該電能交易系統(tǒng)建立在區(qū)塊鏈系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用智能合約，可實(shí)時(shí)購(gòu)買電能；使能源數(shù)字化，便于能源資產(chǎn)的管理；同時(shí)配電網(wǎng)模型也轉(zhuǎn)為數(shù)字化，可精確管控；區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)安全可追溯性，保證了電能購(gòu)買的數(shù)據(jù)歷史保存，各端不但能安全的電能交易，還能減少投資成本增加績(jī)效.該系統(tǒng)直接為分布式電源的配電網(wǎng)提供了安全可靠的電能交易平臺(tái).該技術(shù)符合互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新，是電能行業(yè)與相關(guān)行業(yè)的低投資高回報(bào)的電能交易系統(tǒng)，對(duì)接供需各端實(shí)現(xiàn)了共贏的價(jià)值體系[34].

2.5 四方面的關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較

主動(dòng)配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外都陸續(xù)實(shí)施了一系列典型示范工程，以實(shí)踐和應(yīng)用來(lái)檢驗(yàn)理論.規(guī)劃接入、控制技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、故障恢復(fù)技術(shù)以及負(fù)荷管控技術(shù)都的到不同程度的發(fā)展，但都有其優(yōu)點(diǎn)以及不足.

分布式能源接入技術(shù)通過(guò)有載調(diào)壓優(yōu)化電壓、減少電壓越限，提升電能質(zhì)量；實(shí)現(xiàn)最優(yōu)潮流控制，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化控制.采用MILP及數(shù)學(xué)算法進(jìn)行優(yōu)化，使模型分段線性化，方便模型的拓展；算法對(duì)模型的求解能幫助得到最佳方案.不足的是配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)中需要求解交流潮流，該計(jì)算求解困難且還需考慮電壓的誤差；模型收斂性在變量龐大時(shí)不夠好是如今面臨的需探討解決的大問(wèn)題.

需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)中的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建立解決了分布式發(fā)電的不確定性以及設(shè)備投入維護(hù)利益權(quán)衡兩大問(wèn)題.區(qū)塊鏈系統(tǒng)解決了需求側(cè)分布式電源的審核與入網(wǎng)問(wèn)題；解決了新的需求側(cè)出現(xiàn)并接入的同時(shí)使配電網(wǎng)安全穩(wěn)定的問(wèn)題；解決了融合傳統(tǒng)配電網(wǎng)問(wèn)題；解決了電網(wǎng)公司和平行產(chǎn)業(yè)共贏問(wèn)題；解決了交易的平臺(tái)問(wèn)題；解決了實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)電價(jià)問(wèn)題；解決了新能源利用率提高的消納問(wèn)題；解決了數(shù)據(jù)安全不泄露的同時(shí)可追溯的問(wèn)題.其去中心化節(jié)點(diǎn)特性若應(yīng)用在分布式能源系統(tǒng)中則解決了交易公平公正公開(kāi)，同時(shí)又保護(hù)隱私的問(wèn)題；而區(qū)塊鏈中可靈活編程的智能合約則對(duì)應(yīng)解決了系統(tǒng)分析和交易執(zhí)行的問(wèn)題.但該技術(shù)在具體實(shí)際應(yīng)用方面還不成熟，實(shí)際完成需要大量的電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的處理分析，系統(tǒng)的復(fù)雜性是難點(diǎn)問(wèn)題，還需研究發(fā)展.

通信監(jiān)測(cè)控制技術(shù)能夠安全可靠的使用傳感器等先進(jìn)監(jiān)測(cè)和管理技術(shù)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的獲得電氣設(shè)備與氣象變化的數(shù)據(jù)信息.這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于投資成本低，便于安裝且拓展性強(qiáng).無(wú)線傳輸?shù)姆绞浇鉀Q了有線傳輸方式中等困難的問(wèn)題，例如空間占用問(wèn)題，布線走線問(wèn)題.無(wú)線通信技術(shù)越來(lái)越受科研重視,新型先進(jìn)的測(cè)量控制設(shè)備層出不窮，使得GPRS技術(shù)和ZigBee技術(shù)在主動(dòng)配電網(wǎng)有重要的地位.但同時(shí)該技術(shù)尚未綜合考慮分布式網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功補(bǔ)償和故障監(jiān)測(cè)等源、網(wǎng)、荷等多方面特性，有待深入研究和拓展該應(yīng)用.

協(xié)同控制技術(shù)中的集中式控制實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行最優(yōu)，但如今分布式電源的接入導(dǎo)致優(yōu)化問(wèn)題復(fù)雜化，主動(dòng)配電網(wǎng)的控制管理實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性受到挑戰(zhàn)，大量的分布式電源數(shù)據(jù)同時(shí)給集中式系統(tǒng)處理，易造成信息阻塞.單層分布式控制是為了解決上述問(wèn)題而提出的，使信息量大幅減少，不易造成信息阻塞.但同時(shí)存在各區(qū)域不會(huì)互相影響，不能實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)控制以及不能是分布式電源靈活化的缺點(diǎn).集中與分區(qū)控制中各層控制范圍不同，控制方案也各有復(fù)雜性，底層控制單元響應(yīng)速度快、效率高，這種優(yōu)勢(shì)可滿足微電網(wǎng)的實(shí)時(shí)跟蹤需求.

基于WSNs節(jié)點(diǎn)故障定位技術(shù)將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)應(yīng)用在智能配電網(wǎng)領(lǐng)域，在配電網(wǎng)線路的環(huán)網(wǎng)上安裝傳感器，形成WSNs化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，計(jì)量比較系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，監(jiān)控測(cè)量所有電氣設(shè)備運(yùn)行狀況.故障時(shí)，能遠(yuǎn)距離定位故障坐標(biāo)、查明故障原、恢復(fù)非故障區(qū)域供電.有不需維護(hù)檢修人員實(shí)地檢修、不耗時(shí)不耗人力、減少現(xiàn)場(chǎng)維修風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn).但是配電網(wǎng)一般暴露在外的環(huán)境變化多，濕度、霧霾、噪音、氣候等環(huán)境因素影響著傳感器的性能，所以傳感器的選擇存在許多局限性.數(shù)據(jù)儲(chǔ)存?zhèn)鬏敼δ堋⒂?jì)算處理能力、電池?fù)p耗度、質(zhì)量體積、都受到了挑戰(zhàn).

以上技術(shù)均在一定程度上使源網(wǎng)荷更加協(xié)調(diào)靈活，對(duì)這些技術(shù)現(xiàn)發(fā)展的比較分析見(jiàn)表1.

表1 智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究比較

3 主動(dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用展望

主動(dòng)配電網(wǎng)的發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程，是能量流與信息流交融的過(guò)程.主動(dòng)配電網(wǎng)作為智能配電網(wǎng)發(fā)展的高階段技術(shù)，二者融合的同時(shí)也有一定的區(qū)別和側(cè)重點(diǎn)，智能配電網(wǎng)是側(cè)重高度融合的物理流信息系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)的是信息價(jià)值和配電網(wǎng)的智能化.而主動(dòng)配電網(wǎng)則更強(qiáng)調(diào)配電網(wǎng)對(duì)可再生能源的消納及主動(dòng)管理能力，核心在提高配電網(wǎng)安全、可靠以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行上.

通過(guò)主動(dòng)配電網(wǎng)的這些技術(shù)，可使電網(wǎng)更加靈活優(yōu)化運(yùn)行，且主要滿足了下面五大應(yīng)用：分別是需求側(cè)響應(yīng)互動(dòng)的應(yīng)用；電能質(zhì)量調(diào)控的應(yīng)用、可再生能源消納的應(yīng)用、最優(yōu)潮流控制的應(yīng)用、設(shè)備利用率提升的應(yīng)用[35].

需求側(cè)響應(yīng)互動(dòng)應(yīng)用是最為重要的應(yīng)用之一.規(guī)劃接入關(guān)鍵技術(shù)里的分布式能源接入技術(shù)和需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)，這些技術(shù)的優(yōu)化模型，可提升配電網(wǎng)穩(wěn)定性，降低投資成本和削峰填谷.區(qū)塊鏈技術(shù)不但滿足源荷兩側(cè)協(xié)調(diào)問(wèn)題同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)電價(jià)的要求，從而滿足了需求側(cè)響應(yīng)互動(dòng)需求.

主動(dòng)配電網(wǎng)的控制關(guān)鍵技術(shù)中的協(xié)同控制技術(shù)滿足了電能質(zhì)量調(diào)控應(yīng)用的一部分，其功能有減少了儲(chǔ)能容量標(biāo)準(zhǔn)并提高了電能質(zhì)量.主動(dòng)配電網(wǎng)的負(fù)荷管控關(guān)鍵技術(shù)中的負(fù)荷直接控制策略是滿足該應(yīng)用的另一部分.把需求側(cè)的電動(dòng)汽車用戶等負(fù)荷用戶統(tǒng)合為龐大的可控負(fù)荷并接入配電網(wǎng)，調(diào)度集成化的負(fù)荷資源，可起到系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)的作用.

新能源發(fā)電占比越來(lái)越大.對(duì)系統(tǒng)的頻率電壓調(diào)節(jié)能力提出了更高的要求，主動(dòng)配電網(wǎng)的控制關(guān)鍵技術(shù)中的協(xié)同控制技術(shù)中的靈活互動(dòng)的負(fù)荷柔性并網(wǎng)，主動(dòng)配電網(wǎng)的負(fù)荷管控關(guān)鍵技術(shù)中的負(fù)荷直接控制策略，通過(guò)主動(dòng)配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的智能插座即插即用，通過(guò)分布式存儲(chǔ)設(shè)備的儲(chǔ)能或電動(dòng)汽車消耗使用新能源，都可以有效的促進(jìn)對(duì)可再生能源的消納，滿足消納應(yīng)用.

最優(yōu)潮流在控制領(lǐng)域有著極為重要的意義.主動(dòng)配電網(wǎng)的控制關(guān)鍵技術(shù)中，通過(guò)源荷雙側(cè)最優(yōu)潮流控制，使源荷協(xié)調(diào)，使配電網(wǎng)可靠高效的運(yùn)行.滿足了最優(yōu)潮流應(yīng)用.

最后因?yàn)榇罅糠植际诫娫唇尤耄绊懼娋W(wǎng)設(shè)備利用率.首先通過(guò)監(jiān)控控制技術(shù)和自愈技術(shù)都保證了設(shè)備的安全性和可靠性.在這之后通過(guò)負(fù)荷管控關(guān)鍵技術(shù)和主動(dòng)配電網(wǎng)的規(guī)劃接入關(guān)鍵技術(shù)，使電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能設(shè)備這類用電側(cè)參與配電網(wǎng)運(yùn)行，分布式電源供電不穩(wěn)定得到有效地抑制，同時(shí)利用負(fù)荷設(shè)備削峰填谷，滿足了設(shè)備利用率提升的應(yīng)用.

各個(gè)技術(shù)所能滿足的需求見(jiàn)表2.

表2 主動(dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)滿足的應(yīng)用

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)水平的提高，大量的柔性負(fù)荷參與電網(wǎng)運(yùn)行，電網(wǎng)的運(yùn)行需要更多的先進(jìn)技術(shù)來(lái)優(yōu)化處理，例如分布式電源、新能源汽車等等.主動(dòng)配電網(wǎng)的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性，使配電網(wǎng)的發(fā)展前景上展現(xiàn)出更多的可能性.在智能電網(wǎng)技術(shù)下，從源網(wǎng)荷三方總結(jié)分析關(guān)鍵技術(shù)以及這些技術(shù)的展望，是本文的立意所在.本綜述綜合分析了主動(dòng)配電網(wǎng)為了達(dá)到多方協(xié)調(diào)并靈活可靠的運(yùn)行所需的技術(shù)支持，最后，對(duì)未來(lái)配電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)與有待研究的不足之處進(jìn)行了對(duì)比闡述.隨著新型可再生能源的利用發(fā)展、智能用電的發(fā)展，配電網(wǎng)將會(huì)往更加復(fù)雜靈活的趨勢(shì)發(fā)展，先進(jìn)的技術(shù)與科研設(shè)備將會(huì)提供更有力的支持.