DQZHAN訊：新能源接入對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的影響

合肥工業(yè)大學(xué)、國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院的研究人員丁明、石雪梅，在2015年第1期《電力建設(shè)》雜志上撰文，基于對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于主動(dòng)配電網(wǎng)(active distribution network，ADN) 相關(guān)研究以及分布式發(fā)電對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)影響的深入分析，從負(fù)荷預(yù)測(cè)、規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制這3方面對(duì)分布式新能源接入主動(dòng)配電網(wǎng)產(chǎn)生的系列影響開展了討論，提出含分布式新能源的主動(dòng)配電網(wǎng)一次網(wǎng)絡(luò)與能源交換網(wǎng)絡(luò)布局設(shè)計(jì)理念以及將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于主動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)想，同時(shí)進(jìn)行了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的主動(dòng)控制體系設(shè)計(jì)、大數(shù)據(jù)信息采集體系設(shè)計(jì)和含新能源的主動(dòng)配電系統(tǒng)( active distribution system，ADS) 規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

隨著分布式光伏、風(fēng)電、生物質(zhì)等新能源接入以及電動(dòng)汽車充放電站的逐漸普及，使得傳統(tǒng)配電網(wǎng)在運(yùn)行的靈活性、**性和經(jīng)濟(jì)性等方面都面臨更大的挑戰(zhàn)[1]。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)配電網(wǎng)提出了**可靠、上等高效、靈活互動(dòng)的三大目標(biāo)，其核心是要求配電網(wǎng)具有更高的供電可靠性和自愈(重構(gòu)) 功能，以*大限度減少供電故障對(duì)用戶的影響。傳統(tǒng)配電網(wǎng)向主動(dòng)配電網(wǎng)( active distribution network，ADN) 模式的過渡和發(fā)展已勢(shì)在必行。

CIGRE C6 開展“分散發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響”研究始于90 年代后期，國(guó)內(nèi)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)(亦稱“有源配電網(wǎng)”) 研究開展較早并有相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表。目前國(guó)內(nèi)外研究配電網(wǎng)的文獻(xiàn)主要分四類[2-14]:

**類主要是研究分布式電源、電動(dòng)汽車等對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)的相關(guān)影響，主要包括規(guī)劃模型、繼電保護(hù)，自動(dòng)重合閘控制、電能質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)損耗與無(wú)功優(yōu)化、故障定位與孤島檢測(cè)、可靠性評(píng)估策略、智能電網(wǎng)管理與控制，智能微網(wǎng)技術(shù)控制等;

**類是主動(dòng)配電網(wǎng)的概念及研究框架，即主動(dòng)配電網(wǎng)定義，主動(dòng)配電網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)、微電網(wǎng)、智能電網(wǎng)三者之間的差別，主動(dòng)配電網(wǎng)示范工程建設(shè)進(jìn)展等;

第三類是主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行控制，源于對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)體系本身尚未形成清晰統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，因此該類研究文獻(xiàn)大多是對(duì)電壓控制、負(fù)荷控制、配網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃算法層面的改進(jìn)等;

第四類文獻(xiàn)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃問題、主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)可行性研究方面進(jìn)行了一些探討。而對(duì)于分布式新能源的接入對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的影響方面的研究成果較少。

本文通過對(duì)國(guó)內(nèi)外主動(dòng)配電網(wǎng)相關(guān)研究以及分布式發(fā)電對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)影響研究的深入分析，從負(fù)荷預(yù)測(cè)、規(guī)劃和運(yùn)行控制三方面對(duì)分布式新能源接入主動(dòng)配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響開展討論，提出含新能源的主動(dòng)配電網(wǎng)一次網(wǎng)絡(luò)與能源交換布局設(shè)計(jì)理念，并提出將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于主動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)想，進(jìn)行了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的主動(dòng)控制體系設(shè)計(jì)和含新能源的主動(dòng)配電系統(tǒng)(activedistribution system，ADS) 規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展(略)

1. 1 主動(dòng)配電網(wǎng)概念與特征

1. 1. 1主動(dòng)配電網(wǎng)概念發(fā)展

1. 1. 2主動(dòng)配電網(wǎng)的特征

ADS 是當(dāng)分布式新能源大規(guī)模接入配電網(wǎng)后，以“分布式新電源-配電網(wǎng)-用電負(fù)荷”三元結(jié)構(gòu)為特征的一種新配用電技術(shù)。與傳統(tǒng)配用電二元結(jié)構(gòu)不同的是，ADS技術(shù)能夠“主動(dòng)”對(duì)分布式電源的性能進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，并結(jié)合部署一些可控的分布式資源進(jìn)行控制和管理，以消除分布式能源的不確定性對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的影響。

鑒于以上功能實(shí)現(xiàn)要求，ADS應(yīng)具備以下4個(gè)特征：(1) 有可控的分布式資源;(2) 有較為完善的可觀可控能力;(3)有實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化管理的控制中心;(4) 有可靈活調(diào)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

ADS具備可觀性、可控性以體現(xiàn)主動(dòng)性?！翱捎^性”體現(xiàn)在ADS控制中心可監(jiān)測(cè)主網(wǎng)、配電網(wǎng)和用戶側(cè)的負(fù)荷和分布式電源的運(yùn)行情況，在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)其發(fā)展?fàn)顟B(tài)，提出優(yōu)化協(xié)調(diào)控制策略; “可控性”體現(xiàn)在對(duì)分布式電源、儲(chǔ)能、負(fù)荷等的靈活有效控制，當(dāng)優(yōu)化協(xié)調(diào)控制策略制定出來(lái)以后，控制中心能夠有效執(zhí)行。

ADS的“主動(dòng)性”體現(xiàn)在能預(yù)判有可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)并制定應(yīng)對(duì)策略，通過控制中心有效執(zhí)行，而不像傳統(tǒng)配電網(wǎng)只能在故障發(fā)生后才被動(dòng)采取措施。

1. 2 主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展概況(略)

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外ADS的相關(guān)研究成果主要包括：優(yōu)化規(guī)劃、運(yùn)行控制、無(wú)功與電壓管理、可靠性、繼電保護(hù)、需求側(cè)管理、虛擬電廠等方面。

1. 3 新能源接入對(duì)ADS的影響

1. 3. 1對(duì)配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的影響

傳統(tǒng)配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)以預(yù)測(cè)規(guī)劃期內(nèi)本供電區(qū)內(nèi)所有用戶負(fù)荷增長(zhǎng)的*大需求為目標(biāo)，通常不考慮新能源接納。大量分布式新能源的接入使得負(fù)荷預(yù)測(cè)的復(fù)雜程度和難度進(jìn)一步加大。含新能源接入的ADS負(fù)荷預(yù)測(cè)可分為3個(gè)部分：

(1) 預(yù)測(cè)規(guī)劃期內(nèi)本供電區(qū)域內(nèi)新能源分布與發(fā)展規(guī)模;(2) 調(diào)研并分析本供電區(qū)域內(nèi)用戶的用電負(fù)荷特性與變化規(guī)律，預(yù)測(cè)與可再生能源發(fā)電特性相匹配的負(fù)荷規(guī)模與分布;(3) 預(yù)測(cè)供電區(qū)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)負(fù)荷雙向需求波動(dòng)區(qū)間。

1. 3. 2對(duì)ADS規(guī)劃的影響

大量分布式新能源接入使得ADS規(guī)劃在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、規(guī)劃思路與目標(biāo)、網(wǎng)架布局結(jié)構(gòu)及通信自動(dòng)化等方面都需要重新統(tǒng)籌。國(guó)家電網(wǎng)公司目前所用的《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》、《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)手冊(cè)》可能都需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上重新進(jìn)行修訂。

ADS技術(shù)的首要任務(wù)就是要優(yōu)先解決新能源消納問題。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)給配電網(wǎng)規(guī)劃提出了更高更深的研究課題。因此在大量分布式新能源接入條件下，如何使“源、網(wǎng)”在中低壓層面實(shí)現(xiàn)協(xié)同規(guī)劃、一次系統(tǒng)與通信自動(dòng)化、自動(dòng)控制等二次系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)“主動(dòng)控制”的協(xié)同規(guī)劃是ADS 規(guī)劃的重心。

主動(dòng)配網(wǎng)規(guī)劃需要綜合考慮變電站、網(wǎng)架、分布式新能源發(fā)電、需求側(cè)響應(yīng)、環(huán)境影響效益等目標(biāo)，尤其是在規(guī)劃布點(diǎn)、目標(biāo)架構(gòu)及具體設(shè)備選型等方面都將與傳統(tǒng)配網(wǎng)規(guī)劃差別較大。更重要的是含新能源的ADS規(guī)劃在考慮配電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的同時(shí)還要考慮運(yùn)行控制問題，即實(shí)現(xiàn)“主動(dòng)控制”功能，與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃相比，ADS規(guī)劃要復(fù)雜得多。傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃與ADS 規(guī)劃的對(duì)比見表1。

1. 3. 3對(duì)運(yùn)行控制方面的影響

ADS的運(yùn)行控制需優(yōu)先解決新能源間歇性波動(dòng)對(duì)配網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)和功率平衡問題，其次是新型保護(hù)配置問題，再次是靈活的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)問題。ADS電壓調(diào)節(jié)可以通過先進(jìn)的電力電子裝置與自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，功率平衡問題可以通過新型能源交換中心實(shí)現(xiàn);而新型的保護(hù)裝置與傳統(tǒng)保護(hù)裝置相比至少具備同步監(jiān)測(cè)、逆向電流監(jiān)測(cè)、不平衡狀況監(jiān)測(cè)、異常潮流監(jiān)測(cè)和恢復(fù)供電監(jiān)測(cè)等功能，這些新增功能基本可以實(shí)現(xiàn)ADS主動(dòng)保護(hù)作用。

只是配網(wǎng)拓?fù)潇`活重構(gòu)實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度較大[56]。自動(dòng)實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)重構(gòu)是ADS主動(dòng)控制任務(wù)之一。配網(wǎng)重構(gòu)分正常運(yùn)行重構(gòu)和事故重構(gòu)。正常重構(gòu)是在檢修狀態(tài)或者正常運(yùn)行狀態(tài)下，為滿足網(wǎng)損*低或電壓質(zhì)量*佳，通過通斷開關(guān)，改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，以?shí)現(xiàn)正常供電，通常調(diào)度指令可以通過“三遙”操作或手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)。

而故障重構(gòu)是在配電網(wǎng)發(fā)生故障停電后，恢復(fù)供電時(shí)優(yōu)化供電路徑和供電范圍，達(dá)到減少停電損失，保證電壓質(zhì)量，保障重要用戶供電?；谂潆娋W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中有大量的開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、分段開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)、閘刀、熔斷器、保護(hù)及自動(dòng)裝置等一二次設(shè)備，如何在較短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)隔離故障，實(shí)現(xiàn)*優(yōu)供電模式的優(yōu)化則是ADS技術(shù)面臨的*大挑戰(zhàn)。

2 含新能源的ADS體系設(shè)計(jì)構(gòu)想

基于前述影響的存在，本文嘗試提出一種含新能源的ADS規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)、ADS一次網(wǎng)絡(luò)與能源交換布局設(shè)計(jì)、基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的主動(dòng)控制體系設(shè)計(jì)構(gòu)想，以期為ADS的研究提供參考。

2. 1 含新能源的ADS一次網(wǎng)絡(luò)與能源交換布局設(shè)計(jì)

構(gòu)建ADS、建立能量管理中心和能源互聯(lián)網(wǎng)，*大限度地增加可再生能源滲透，以實(shí)現(xiàn)局部區(qū)域能源優(yōu)化配置和高效利用，將ADS建設(shè)成為本供電區(qū)域內(nèi)各類能源交換的中心。ADS一次網(wǎng)絡(luò)與能源交換布局設(shè)計(jì)如圖3所示。

2. 2 含新能源的ADS規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)

含新能源接入的ADS規(guī)劃依然是包括一次架構(gòu)、二次系統(tǒng)規(guī)劃，只是涵蓋的具體內(nèi)容有所不同。其中一次系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)劃新增主動(dòng)負(fù)荷規(guī)劃(首先區(qū)分需要主動(dòng)控制的負(fù)荷、非主動(dòng)控制負(fù)荷) 、虛擬電廠規(guī)劃，儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃，其中虛擬電廠規(guī)劃是ADS規(guī)劃應(yīng)該充分考慮的內(nèi)容，需要“電源-電網(wǎng)”在配網(wǎng)層面充分協(xié)調(diào)，一次系統(tǒng)布置與二次系統(tǒng)控制、一二次系統(tǒng)與能源交換中心充分協(xié)調(diào)才能完成。

二次系統(tǒng)規(guī)劃則差別較大，傳統(tǒng)的保護(hù)、通信、自動(dòng)控制系統(tǒng)規(guī)劃已不能適應(yīng)ADS關(guān)于主動(dòng)控制的要求，需新增AMI規(guī)劃與分層控制規(guī)劃，應(yīng)根據(jù)需要主動(dòng)控制的負(fù)荷區(qū)域布置**量測(cè)系統(tǒng)、開展分層控制規(guī)劃與策略制定等。含新能源的ADS規(guī)劃體系設(shè)計(jì)如圖4所示。

2. 3 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的主動(dòng)控制體系設(shè)計(jì)

以SCADA和**量測(cè)系統(tǒng)AMI為支撐，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)[57-58]，構(gòu)建ADS控制中心，構(gòu)建的主要思路是采取分層控制、分布式交互、分層決策。具體分層控制體系設(shè)計(jì)見圖5，信息采集架構(gòu)設(shè)計(jì)見圖6。

3 結(jié)語(yǔ)

為適應(yīng)新能源的大量消納，ADS是未來(lái)配電技術(shù)發(fā)展的方向，本文在國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上對(duì)分布式新能源對(duì)配電網(wǎng)的影響、ADS技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了分析，進(jìn)而從多方面探討新能源接入對(duì)ADS的影響。

同時(shí)，本文提出含新能源的ADS主動(dòng)控制體系設(shè)計(jì)構(gòu)想，主要包括含新能源ADS一次網(wǎng)絡(luò)與能源交換布局，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的信息采集架構(gòu)以及ADS規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以期為ADS的研究提供參考。