计及分布式电源接入的主动配电网研究

计及分布式电源接入的主动配电网研究

李川江焦明曦王徭王壮王宗礼

国网吉林省电力有限公司长春供电公司，吉林长春130000；王壮王宗礼山东国研电力股份有限公司山东济南250000

摘要：作为提高配电灵活性及实现分布式电源高渗透率接入的重要方式，主动配电网成为目前配网发展的新方向。与传统配电网下分布式电源的接入不同，主动配电网下分布式电源接入需要顾及更多因素的影响。本文从状态评估、系统规划、能量优化调度及控制等若干个层面下对分布电源的接入进行了研究，分析探讨了不同层面下分布式电源的接入问题。鉴于分布式电源巨大的发展潜力及效益，后续应进一步加大技术研发能力及提高政府关于分布式电源的激励措施。

关键词：主动配电网、分布式电源、接入

TheResearchofDistributedGenerationinTheProcessofGridIntelligence

LiChuanjiang1JiaoMingxi1WangYao1WangZhuang2WangZongli2

(1ChangchunPowerSupplyCompany,StateGridJilinElectricPowerCompany,Changchun130000,Jilin,China;2ShandongGuoyanElectricPowerCo.,LTD,Jinan250000,Shandong,China)

Abstract:Asanimportantwaytoimprovetheflexibilityofdistributionandrealizethehighaccessrateofdistributedpowersupply,theactivedistributionnetworkbecomesthenewdirectionofthecurrentdistributionnetwork.Theaccessandoperationofdistributedgenerationalsohasaprofoundchangewiththegradualchangeofdistributionnetwork.Theaccessissuesofdistributedgenerationinseveralaspectshavestudiedinthispaper,theeffectofdistributedgenerationbringstothenetworkareanalyzed.Inviewofthehugepotentialandbenefitsofdistributedpowersupply,thetechnologyresearchanddevelopmentcapabilitiesshouldbeincreasedandalsothegovernmentincentivesonthedistributedgenerationshouldbeimproved.

KEYWORDS:activedistributednetwork;distributedgeneration,access

引言

传统发电形式弊端的日益凸显，促使人们越来越关注可再生能源如太阳能、风能、水能等的利用问题。分布式电源（DistributionGeneration，DG）以其灵活的接入方式、合理利用本地优势清洁能源的特点，成为各国竞相研究的热点方向[1-2]。随着节能减排的进一步提倡，分布式发电越来越得到重视与发展，我国政府相继出台不同政策指导和扶持分布式发电，目前分布式发电也是我国部分地区脱贫的重要手段。然而，分布式电源作为有效的电源支撑点，其接入配网必将改变配网的潮流布局，对配电网的电能质量、继电保护、供电可靠性等方面均会带来一定的影响。

近年来，随着分布式电源接入、柔性负荷、储能装置、智能开关的快速发展，配电系统的结构也在发生深刻的变化。主动灵活的控制方式、安全可靠的运行能力及智能化的管理方式使得主动配电网（ActiveDistributedNetwork，AND）成为实现分布式电源高渗透率接入强有力的技术手段[3-4]。国内外相关机构也针对主动配电网进行了大量的研究，CIGREC6.11的工作报告对主动配电网的定义进行了阐述及研究，我国也相继启动主动配电网的专项课题研究[5-6]。

本文从状态评估、系统规划、能量优化调度及控制等若干个层面下对分布电源的接入进行了研究，分析探讨了不同层面下分布式电源的接入问题。随着未来配电网系统日趋智能化，能够实现分布式电源灵活、可靠、高效的接入，从而提高可再生能源的利用效率。

1状态评估

电网状态评估是实现智能配电网的重要基础部分，通过对用户、线路及设备的在线监测，并通过监测数据对运行状态进行分析，能够实现对线路运行状态的保证以及线路的科学部署，增加配电网正常运行的无故障时间和电网资源的使用效率。然而由于系统运行复杂程度的增加，主动配电网下系统负荷、发电的预测方式则与传统配电网下的预测存在必然的差异性[7]。负荷种类多样化及特性的不一致性，如电动汽车多样化的接入方式及充电方式给主动配电网的负荷预测带来了困难。其他因素如外界环境因素、政府机制、历史负荷数据等均对主动配电网的负荷预测带来一定的影响。

灰色层次分析法（GrayAnalyticHierarchyProcess，简称GAHP）融合了灰色理论与层次分析法的优势，可综合对需考虑的多种影响因素数据进行分析，通过灰色关联分析及层次权重系数确定，得出较为精确的预测值。因此，可探讨灰色层次分析法在主动配电网负荷预测中的应用，所建主动配电网负荷预测层次结构如图4所示。

1）负荷种类：根据负荷的控制方式不同分为不可控负荷、可控负荷及可调负荷；

2）政府引导机制：根据政府引导机制不同可分为电价调整策略及需求侧管理策略，政府引导机制的建立可以通过相关的用电激励实现用电负荷的消峰填谷；

3）外界环境影响：外界环境影响主要是考虑到对负荷预测存在较大影响的因素，譬如天气环境影响和地理环境的影响，天气环境主要是影响到用户的用电需求，地理环境主要是影响到用电负荷的分布情况。

4）历史数据收集：历史数据对于负荷预测起到一定的参考作用，能够提供历史的数据发展趋势，为负荷预测的规律发展提供参考。

图4AND负荷预测评估层次结构图

2系统规划

传统的配电网规划以负荷预测为基础，通过结合现有网络的基本情况，确定最优的系统规划建设方案。在系统规划过程中，需要综合考虑到用户负荷增长的需求及对高质量、高可靠性供电的需求，同时确保系统投资及运行费用最优化。随着分布式电源接入的不断渗透，主动配电网的规划方案需合理考虑分布式电源点的布置、优化系统网架结构，从而增加了配电网规划方案的难度及多样化[8-9]。

与传统配电网下分布式电源的定容与选址不同，主动配电网下分布式电源发电特性、负荷用电需求、储能装置配置等不确定因素较多[10]。主动配电网的规划不仅需要考虑到原有配电网的规划方案、DG的优化配置，还需要兼顾考虑储能设备的定容与选址问题。传统单一的规划实现目标比如考虑系统规划投资费用最低、系统规划后网损最小等因素，逐渐演变成以追求实现分布式电源最大量接入及消纳、系统网络损耗最小、系统供电可靠率高等多目标的规划问题。AND系统规划所需考虑因素如图5所示。

图5AND系统规划影响因素

主动配电网与传统配电网的区别之处在于其在控制、运行和发展上的主动性。随着储能装置种类的增多及其特性的多样化发展，主动配电网下分布式电源的接入需要考虑更多的影响因素，后续则需要针对此类因素研究相应的优化模型及方法，实现分布式电源在主动配电网中的优化配置。

3能量优化调度

主动配电网的组成单元日趋复杂不仅包括可控分布式发电单元，还有兼具充放电特性的储能系统以及多种类联络开关。因此，主动配电网的优化调度模型与传统配电网下的优化调度模型不同，存在控制变量多、约束条件多、目标函数复杂等特点。主动配电网的侧重点则更加关注整个系统在运行周期内的系统最优化，同时确保系统内储能装置在充放电过程中的平衡。文献[11]中提出了一种主动配电网的能量优化目标函数，综合考虑了发电成本和阶梯电价成本，通过采用合理的调度方式来实现分布式电源及储能充放电策略带来的系统收益。

同时针对电动汽车及其他储能系统的不同充电模式对系统能量优化管理带来的困难，文献[12]提出应进一步加大实现对电动汽车等的主动化管理，通过采取一定的措施避免系统出现功率缺额。加大实现用户互动，提高用户参与需求侧管理的积极性，也是实现电网能量优化调度的有效手段。

4系统控制

系统负荷种类的多样性、联络开关的智能化、通信手段的复杂化无疑增加了主动配电网控制的复杂难度。主动配电网常见的三种控制方式主要有集中式控制、分散式控制及混合分层式控制[13]。控制策略的选择及制定则是在不同系统控制方式上进行了研究及实现。文献[14]提出了相应的分布式电源协调控制框架及自治控制策略，该策略综合考虑到了系统负荷需求的多样化及分布式电源的不同发电特性，从系统长时间的角度出发实现了主动配电网对于分布式电源的全局优化控制，系统协调控制框架如图6所示。

图6多时间尺度下主动配电网电源分层协调控制框架

从目前的研究来看，主动配电网的多数控制策略仍是在传统配电网辐射型网架结构为基础进行的研究，针对配电网系统环网结构状态下的协调控制有待于进一步研究。因此，未来的控制策略研究应考虑到不同配电网网架结构及运行状态，如实现主动配电网孤岛状态下对分布式电源的协调控制。

先进电力电子技术的发展促进了新型控制器件如系统智能联络开关、断路器等的产生及传统器件的升级，为主动配电网实现对分布式电源的控制提供了良好的技术支撑，但此类器件也存在制造成本过高，运行不经济的状况，后续的技术研究应侧重于在不提高设备投资水平的前提下实现系统控制技术的快速提升。

5总结

随着微网、主动配电网等智能电网型式的发展，分布式电源的渗透越来越强；电动汽车等柔性负荷的加入，促进了分布式电源在解决用户侧能源瞬时需求的需要；储能装置的发展解决了分布式电源的能源存储问题；信息技术革命，能源互联网的兴起等多种有利因素共同促进分布式电源的发展与应用。主动配电网的产生使得配电网控制及管理更加的主动性，但相关研究还有待于进一步深入，如电动汽车与储能运行模式、需求侧主动性管理、智能化通信等方面对分布式电源接入的影响；通过政府激励，扩大“互联网+”在智能电网中的应用，研发更为先进的控制技术及通讯技术实现分布式电源及储能的即插即用。

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