新型城镇配电网形态特征及典型供电模式研究李海权

新型城镇配电网形态特征及典型供电模式研究李海权

李海权

（广东电网有限责任公司中山供电局528400）

摘要：从智能配电网的发展形态分析入手，分析了智能配电网应具备的灵活性特征，阐述了灵活性需求及其多维属性特征，对智能配电网灵活性的可观、可控与量化分析等关键技术进行了初步探讨，并从提高灵活性角度对智能配电网规划、运行、控制等技术发展进行了展望。

关键词：智能配电网；发展形态；灵活性

1.引言

配电网的发展一直以满足用户需求为目标。在初级发展阶段，配电网主要以满足负荷基本需求、实现用电负荷区域全覆盖为目标，侧重于配电网的一次网架建设，逐步形成了可满足基本负荷需求的粗放型电力供应平台；随着用户负荷对电能质量与供电可靠性需求的不断提升，配电网进入中级精细化发展阶段，以实现全局性的用户高供电可靠性为目标，致力于对已有配电网的自动化和网架结构升级改造，使配电网逐渐发展成为电力供应的优质服务平台。近年来，随着全球能源供应向着清洁、低碳、电气化方向转型，智能电网蓝图下的新型配电网也承担起愈发重要的责任。受科技进步的推动作用与用户需求的拉动，配电网从当前中级形态向未来高级形态的发展正逐渐加速。在电源侧，分布式发电、电储能及综合能源等技术的应用促进了配电网能量来源的清洁化和多元化；在电网侧，一次电气网络中的电力电子应用、二次信息网络的全覆盖等因素大幅提升了配电网的可控性和可观性；在负荷侧，智能家居、电动汽车、综合能源等新型负荷终端大量出现，并将在市场环境下形成多利益主体参与的深度博弈，使配电网面临着更加复杂化、互动化的服务需求。在上述因素的共同影响与推动下，配电网迎来新一轮变革，正在向智能配电网的新形态过渡。本文面向智能配电网的发展需求，针对其多元要素融合带来的复杂特征，提出以灵活性为核心的智能配电网的发展理念，并围绕配电网灵活性问题的技术内涵、挑战与应用进行初步探讨，为复杂运行环境下配电网关键技术问题的解决提供了新的视角和思路。

2.传统城镇配电网与新型城镇配电网的形态特征

我国各地城镇产业结构与地域特征不同，配电网规划也存在差异性。牧区城镇配电网存在供电面积大、人口密度低、用电负荷单一分散、供电距离长、配电网结构简单、电网运行和建设环境复杂等特点。旅游城镇配电网线路布置较乱、架空线路纵横交错、既不与原生态建筑物美观协调又不利于运行管理。农业城镇配电网压合格率低、网损较大、供电可靠性差、自动化程度低。工业城镇的配电网供电可靠性不高，电压质量较差，电力线走廊紧张，扩建困难，影响城镇规划扩张发展。具有丰富新能源资源的城镇，其配电网对新能源的接纳能力不高，未实现高渗透新能源的平滑入网。同时，按照智能电网的建设要求，在规划流程、建设模式、工具和方法等方面做出相应创新和发展，充分利用分布式电源、微电网、智能用电、电动汽车等新能源产业的清洁环保、发电灵活优势，有效解决大电网的多种弊端。分布式电源的接入对配电网的规划设计、接入管理、运行检修、安全协调控制等也提出了更高要求。为满足城镇的经济发展和电力扩张需求，实现配电网升级，新型城镇电网规划建设应具有分布式电源即插即用、“自愈”和优化运行、网络拓扑灵活、电网与用户互动等功能，实现坚强配电网智能化、自动化。

3.智能配电网的灵活性

2.1灵活性的内涵

近年来，面向多场景的配电网规划和运行成为研究热点，即在考虑多种不确定性因素的基础上，通过灵活控制、优化调度、交易博弈等手段，满足系统在不同时空尺度下的多样化需求，其方法本质便是对配电系统灵活性的提升与运用。例如：在风、光等分布式资源发生波动时，保证可再生资源被优先完全消纳的能力；在大负荷冲击或用户集群行为异常时，保持系统安全稳定与可靠运行的能力；在故障导致非计划停电时，快速隔离故障并转供负荷的能力；在正常运行时，有效应对各种不确定性扰动并时刻保持优化运行状态的能力等。在此基础上，本文进一步提出具有一般性的配电网灵活性理念，旨在实现配电网不同运行场景下灵活调度能力的通用化表述，并建立涵盖上述各种具体灵活性需求的一致性分析框架。从本质来看，智能配电网的灵活性反映了配电网充分统筹和利用系统内可调度资源，有效应对运行中的多重不确定性因素扰动，灵活适应各种复杂运行环境并维持高水平运行目标实现的能力。以提升配电网灵活性为目标，将各种可调度资源纳入统一的分析与优化框架之下，充分发挥配电网高级形态的可控性潜力，为配电网复杂运行问题提供经济、合理、有效的复合式应对手段，成为智能配电网的重要特征，图1给出了一种系统灵活性的框架描述。目前，面向大电网灵活性的研究已广泛开展，重点用于解决大规模间歇式能源发电的集中接入与消纳问题，并在灵活性指标体系、分析模型、作用机理等方面取得了一定成果。与大电网相比，智能配电网中的可调度资源更加丰富，资源秉性的差异更加明显；同时电力用户将在发电、用电、储能等多重身份之间灵活转换，使智能配电网灵活性的供需关系更加复杂。这些特征使智能配电网的灵活性提升手段更加多样化。

图1智能配电网灵活性描述

2.2灵活性的分类

智能配电网的灵活性体现在源—网—荷各个环节，根据物理本质的不同可以将其划分为一次、二次和三次等多个层级。一次灵活性又可以称为物理层灵活性，反映了智能配电网多时空尺度能量的平衡与控制能力。其中，电源侧的一次灵活性主要源于微型燃气轮机、燃料电池等稳定可调度的分布式电源，蓄电池、超级电容等储能装置，以及上级电网和综合能源网的支撑调节能力；电网侧的一次灵活性则主要源于分段、联络开关等拓扑控制元件，以及以柔性交流配电系统和SOP为代表的电力电子配电装备等提供的灵活拓扑与精细潮流控制能力。此外，微电网、单元控制区等能够直接接受配电网调度的区域性系统，也能够根据其响应特性，在一定程度上等效为一次灵活性资源。二次灵活性又可以称为信息层灵活性，反映了智能配电网的全面信息感知与灵活运行调度能力。其中，智能表计、同步相量量测、无线宽带通信等先进量测与通信技术奠定了配电网灵活性的信息基础；高性能计算、大数据发掘、人工智能等先进信息分析手段则赋予了配电网准确感知、判断和预测系统运行态势的能力。以海量数据为驱动，以分布式智能等先进控制架构为依托，配电管理系统及其框架下的虚拟储能、虚拟电厂等聚合管理技术将实现对配电网资源的有效统筹与调度，使二次侧技术手段成为配电网灵活性的重要组成部分。三次灵活性又可以称为市场层灵活性，其本质是通过灵活的市场机制来调节电网的供需平衡进而改变用户的发、用电行为。三次灵活性的来源主要可以分为两个部分：一是对协议用户负荷的直接控制，即在协议允许范围内对用户侧可控负荷进行灵活启停与时序转移；二是通过分时电价、政策优惠等多种激励手段，通过改变用户侧分布式电源的出力特性或负荷的用电模式来支撑电网运行。由于三次灵活性以市场覆盖下的全体用户作为调度资源，因此具有巨大的调节潜力，但在经济性和时效性方面则存在一定差距，并且依赖于对用户行为特征的准确分析和预测。因此，三次灵活性主要定位于在一次和二次灵活性无法满足系统需求时发挥补充调节的作用。

3.新型城镇配电网供电模式

不同类型的配电网供电模式采取相应的技术措施，保障配电网的适应性和安全可靠性。以《国家新型城镇化规划》、《小城镇典型供电模式》《新农村典型供电模式》、《配电网规划设计技术导则》及关于主动配电网课题的863项目中数据指标为指导，按照城镇的发展趋势和资源优势进行子类划分，将新型城镇配电网分为三大类，A类主要是以绿色能源的利用与消费为主；B类以提高智能化水平为主，实现电网与用户互动；C类以提高服务水平为主。在此基础上，按照城镇的发展趋势和资源优势进行子类划分，每种子类的具体建设指标如表1所示；由于每种供电模式建设目标侧重点不同，采用的技术措施也不同，如表2所示。

结语

配电网的发展一直以更好地满足电力用户的需求为目标。伴随着配电网形态的变化，多重要素融合带来的不确定性特征愈发明显，给配电网整体技术体系都带来了很大挑战。而配电网灵活性提升技术作为充分发挥系统可控能力、应对复杂不确定性特征的有效手段，其进展已明显滞后于配电网的可控性水平提升。

参考文献：

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