主动配电网现状与未来发展

主动配电网现状与未来发展

吴杨

国网武汉市沌口经济开发区供电公司

摘要：由于分布式电源系统和电动汽车等的大规模发展，将为传统城市输配电网络造成许多电流越限、双向潮流等重大问题，因此输配电网络从被动监控转换到自主管理将是未来的主要发展模式与方向之一，并成为智能输配电网发展的核心。汇总了中国近年来自主配电网的有关研究，重点涉及：自主配电网的管理工作方法、分布式供电的优化规划、低电压管理工作、对电车的自主管理工作、需求侧管理工作、主配电网的维护与故障定位等，并深入提炼了为自主配电网提供保障的有关新科技。最后，还指出了未来可能会影响中国自主配电网发展方向的新科技与新概念。

关键词：主动配电网；现状；未来发展

前言：近年来，分布式供电技术（distributed generation,DG）已经取得了巨大的进展，未来DG、分布式等网络结构储能技术将广泛而高密度地连接电网，并将在未来节能减排中担当着更加关键的作用，因此配电网路将会显得更加复杂。DG的高渗透性上网，在进一步适应我国电网能源需要的时候，也使新的市场环境、新的服务业务类型、新的交易制度等进行了尝试和发展，其对我国电网和环境所产生的效益也将更加引起人们重视。

1、主动配电网优化技术

1.1、 ADN 规划

ADN计划不但要兼顾中国传统城市配电网建设的基本内涵，而且需要兼顾DG网络接入、电动汽车安全管理、市场需求侧反应等几个方面的综合因素。由于DG不同类型的安放地点和容量对系统的电流分布、电压稳定性等形成了各种各样的因素，其选择与定容方式构成了规划研究的重心。在这里将对ADN规划技术加以梳理与汇总，并从如下三个角度加以阐述。

由于社会对电力系统运行需求的增加，在计划时单纯考虑经济效益已不可满足的要求，因此往往需要以综合性指数作为目标函数。有研究者对DG的优化与选择问题作出了深刻总结，将目标函数主要分为经济性成本、可靠性成本、供电质量、DG效率比最高、DG接入率最高、成本效率比最高等。此外，还有学者介绍了综合考虑电流增长、网损下降，以及环境效益增加等的DG多目标综合优化配置模式；有学者从电压稳定性的视角入手提供了一个可以增加电压稳定范围的DG资源优化选择方式；有研究者则从最大程度使用DG资源的视角入手，探讨了对多类DG资源进行选择和运行调度的方式。可见，在充分考虑DG后的电网供电安全可靠、稳定能力和环保效果，日渐变成城市规划科学研究中的重要考量因素。一般来说，DG主要包括了可不控型和可控型二方面。可不控型的DG（如风能发电和光伏发电）对产出电量所受影响较大，且存在着强烈的随意性和震荡性，会影响电力系统运行的正常工作。而可控型DG的灵活使用，有助于提升系统可靠性、提升电能品质等。此外，对不同种类DG的综合规模研究还有助于部分供电的孤岛运营和按关键负荷保障供电，也有利于有效实施输配电网络的自愈管理。所以，必须充分考虑了不同种类DG的技术特性、经济效益、环境保护性能等方面的差别，才能更加精确地进行含DG配电网的合理规划，为ADN科技的进一步发展提供了基础。但是，由于目前的研究考虑得较为简单，因此未能充分显示形式上不同程度的DG在城市规划中所发挥作用的差异。

电网的变压器、线路、变压器装置、保护装置，以及测量装置等都必须加以提升更新。而DG优化设置、网络拓扑架构的调整和劳而无功装置的合理布局，对于减少网络系统拥堵、延缓网络系统提升速度也都有很明确的效果。DG优化配置也作为配电网拓展计划研发的内容，但是，由于目前的研究成果把DG优化配置和其他传统拓展计划区分得太过明确了，这很显然是不合理的。因此怎样平衡DG计划和传统拓展计划，制定最佳的网络系统规划方法，使之在符合ADN技术特点的前提下实现综合经济效益最大，就应当受到重视。

目标函数的整体化将是城市供电网络运营优化方案的必然趋势，同时也是对ADN网络系统进行总体管理、全局协调与控制的必然选择。综合优化目标将不单纯是从经济效益的视角出发，而更多的是把提升网络系统运转稳定、电能品质、环保效果等综合考虑进去，并在权衡利弊以后提供综合性的环保效益指数。也因此，有学者考察了不同DG对环境价值影响的各种影响，并建议用环境价值标准评估DG，对环境保护的负面影响构建了DG的环保成本模式；还有研究者为进一步提高大型风电并网后系统运营的稳定性，并运用风能来降低污染，从而引进"能源环境效益"的概念，建立了同一个风电场的动力系统多目标优化调度模式。对于更好地解决多目标函数问题，一种全新的解决方法获得了进展。

1.2、 ADN 运行优化

网络系统中能够使用的各种资源分为控制型DG、非可控型DG、可控制负荷、电车、储能装置、无功补偿装置等。当中，部分DG已经从"不能调节"转为"可调度"，与城市供电网的传统优化技术手段配合，不但能够达到对DG的利用，还能够改善网络系统的经济性与安全性、提高电力品质、减少网络系统堵塞问题等。而储能装备的接入则能够发挥削峰填谷、平缓扰动的功能，而电动汽车回馈电网科技则能够直接向国家电网供给辅助业务服务，以改善国家电网的运营效能与稳定性。关于最佳优化方式手段，常规的方式还有最优潮流、无功优化、网络重建等，在考察了储能科技、电动汽车、需求侧响应技术等各种技术手段之后，最佳优化战略更加综合化，同时一系列建立鲁棒优化、概率模型和动态优化的思想也获得了快速进展和广泛应用。但这也导致了优化模型的规模愈来愈大，非线性性质愈来愈强烈，最佳优化问题的解决也显得更加艰难。

2、未来的发展趋势

未来的ADN优化，将是在实现节约发电调度管理、环境污染、成本管理、即时/日前用电市场、网损优化等不同要求下，并充分考虑了配电网安全性和节约环境资源等制约要求的大面积、多目标、多时间、安全经济运行一体化下的经济运行调整与优化。不过，由于目前的研究工作尚处在起步阶段，对于怎样反映新型设备在ADN中的经济价值，全方位、综合利用各类管理手段以达到系统经济效益的最优化，仍然值得进一步研究。

源－网－荷"互动的综合优势从政策、经济、科技等多方考量，因此电力行业都急需引入新需求侧资源以及更为活用有效的系统运营管理方式，以适应新能源电力系统的蓬勃发展，以及电力负荷的迅速提高。另一方面，通过ADN引导和推动用户参与动力系统的操作与管理，帮助用户使用DG系统，为顾客带来了灵活定制、多重选择、高效便利的售后服务。另外，随着辅助业务交易市场的进一步发展与健全，需要侧资源将积极参与辅助业务交易市场的竞争，并通过市场价值激励的需要侧反馈规划能够引导使用者调整自身的供电方案，以达到配电网的优化运行。在电网和电力用户之间的双向交互下，城市配电网的正常运营将依赖于通过汽车充放电、智能家居网、DG与微网、分布式计算储能系统等与传统调节方法相互配合的"源－网－荷"互动分布式系统优化调节策略。因此，目前尚有不少问题有待解决与探讨。第一，鉴于用户的供电活动带有随意性、意愿性和时改变的特征，目前对其还没有完备、正确的电力负荷特征分析；其次，对于怎样使智能电力负载成为主动负载，并完成用户负荷与国家电网的协调控制，还急需科学合理、行之有效的激励措施和电价鼓励制度；再者，尽管目前的研究成果已经开始重视DG系统和储能体系等"源"在经济运行优化工作中所起到的重要作用，并将其与"网"侧的调节方式加以紧密结合，但是对电价导向管理机制、需求侧管理等"荷"与"网"、"源"间的有效结合，还未能深入探讨。

结束语：ADN系统提供了世界领先的量测技术、自动控制和通信等功能，使配电网从被动转为主动。随着优化技术的革新与发展，规划和优化之间的交叉渗透，"源－网－荷"之间的相互作用，配电网优化工作将越来越趋向综合性、全面化。同时，通过采用多循环优化策略和分层分布式优化框架，将能够达到信号和数据分析的大规模整体融合，局部和总体资源的高度统筹。

参考文献：

[1]曾博，穆宏伟，董厚琦，曾鸣. 考虑5G基站低碳赋能的主动配电网优化运行[J]. 上海交通大学学报，,:1-14.

[2]何晨可，朱继忠，刘云，蓝静，吴皖莉. 计及碳减排的电动汽车充换储一体站与主动配电网协调规划[J]. 电工技术学报，2022,37(01):92-111.