主动配电网技术及要点分析
摘 要
主动配电网是实现智能配用电、电网与充放电设施互动、间歇式新能源大规模并网运行控制等运行和分析关键技术的一种非常有效的解决方案。本文对主动配电网的概念和特征进行了重点研究，对主动配电网的关键技术和研究现状进行了分析，其中包括多目标经济性评估、全局优化能量管理技术、基于配电网主动机制的结合全局优化和分布自治的协调控制技术、主动配电网综合规划技术。
【关键词】主动配电网 间歇式可再生能源 协调控制
未来电网的基础特征就是可持续性，包括可再生能源等在内的分布式电源的规模化接入和应用是其最为本质的表现。在中国南方电网佛山顺德供电局科技项目《配电网可靠供电智能预测和决策的研究与应用研究》中发现，大量接入分布式电源将会广泛地影响到配电网，其主要表现为加剧电能质量的恶化、影响网络供电可靠性、加大继电保护策略的复杂程度、提升配电网的短路容量、使配电网的电压水平得以改变。作为一种具备能够对各种分布式能源进行组合控制能力的配电网络，主动配电网的最为主要的目的就是使配网的升级投资得以延缓、资产的利用率得以提升、对可再生资源具有更大的容纳能力，最终能够使用户的供电可靠性和用电质量得以全面提升。
1 主动配电网的概念和特征分析
主动配电网主要是能够对分布式能源进行综合控制的配电网，其能够对灵活的网络技术进行利用，从而实现潮流的有效管理，在合理的接入准则和监管环境的基础之上使分布式能源可以对系统形成一定的支撑作用。主动配电网是通过对各种先进的电力电子技术、通信技术和信息技术的利用主动的管理规模化接入的分布式能源，其可以对储能装置和间歇式新能源等分布式能源单元进行自主的协调控制，并且对可再生能源进行积极的消纳，最终能够有效地保证网络的安全经济运行。
在本研究项目中发现，主动配电网的主动控制特征主要有以下几个方面的表现：首先是其具有间歇式能源消纳的特点：就地消纳间歇式能源模式是被动式配电网的特点，一旦间歇式能源出现了过剩的发电电力，而配电网如果并不具备调节能力，这时候就无法向配电网进行上送，只可以将其出力降低。而具备间歇式能源调节能力是主动配电网的一个非常显著的特点，如果间歇式能源具有过剩的所发电力，那么在使配网运行约束条件得以满足的条件下，主动配电网就可以利用多层次电网的分层消纳能力和柔性负荷将过剩的间歇式能源消纳掉。其次是分布式电源的调度：分布式电源在被动式配电网中主要是对本地负载进行平衡，因为其功率无法向配电网进行上送，因此在配电网的最优潮流运行中无法真正的参与进来；主动配电网能够利用源网的协调控制系统以可控可调度机组的形式使分布式电源在最优潮流的运行调度中充分的参与进来。再次是分布式电源的调度：如果被动式配电网一旦出现故障，分布式电源就会马上退出运行；而配电网如果在主动配电网中出现故障，那么在主动配网管理系统的控制作用和协调作用下仍然可以将电能提供给非故障区域的重要负荷。最后是分布式电源的监控：在被动式配电网中对分布式电源监控系统进行了独立设置，因此其很难与配电自动化之间实现协调控制；在主动配电网中配电自动化系统和分布式监控系统之间可以保证源网协调的一体化设计的实现，因此能够对分布式电源和配电网的控制起到有效的协调作用。
2 主动配电网的技术要点分析
2.1 全局优化能量管理技术分析
本研究项目认为，主动配电网对配电网的主动管理是其核心价值，也就是将分布式能源和其他可控资源引入进来，然后通过对灵活有效的管理手段和协调控制技术的利用，确保配电网能够高度兼容可再生资源，同时还可以高效地利用已有的能源。大量的研究表明，采用主动管理技术在具有相同网络基础设施条件下与未实施主动管理技术比起来能够集成3倍的分布式能源比例。在主动配电网中最高层次的决策单元是全局优化能量管理系统，其同时也是确保配电房主动管理得以实施的最为关键的技术手段，其主要包括快速网络重构、分布式能源协调控制、电压协调控制以及潮流管理等。现在欧洲开始较多地研究了主动配电网能量管理技术，而且主要是集中在电压控制和潮流管理两个方面。其中在潮流管理方面，一些专家将主动配电网的立足于最优潮流算法的一种优化运行模型建立起来，从而能够将不同控制选项的最优组合寻找出来，确保配电网在具体的运行过程中具有最小的总成本，并且能够使配电网运行人员在出现电气参数越线以及网络故障的时候可以迅速的给出最佳恢复策略，同时在具体的正常运行状况下也可以将最佳的方案提供出来，最终能够使各种约束条件下的经济运行得到充分的满足。全局优化能量管理系统能够对主动配电网电荷状态信息、分布式能源的运行工况，网络拓扑信息、开关状态信息以及各负荷点的实时运行数据等进行收集，并且利用全局智能优化算法最终将无功功率全局优化控制策略和有功功率全局优化控制策略得出。无功功率优化控制策略主要指的是在使电压质量得以确保以及使负荷无功需求得到满足的基础之上，确保网络的无功潮流实现最优化，在必要的情况下还可以对变电站的OLTC分接头进行调节。有功功率优化控制策略则主要指的在使负荷有功需求得以满足的基础之上对可再生能源进行尽可能的利用，并且追求最优的经济性，在必要的情况下还可以对运行方式进行调整。
2.2 分层分布协调控制技术的分析
本研究发现，对于配电网运行人员来说单元和分布式电源单元是可控的属于主动配电网的另外一个比较显著的特点，在网络中分布式电源参与运行调度的主要方式并不是传统中的简单的连接。尽管现在分布式电源的并网技术具有了越来越明显的商业化应用的趋势，然而只有具备更复杂的协调控制，才可以实现多个分布式电源的集成。大量的研究表明，建立在多智能体技术基础之上的多层控制框架能够使多分布式电源在未来配电网运行过程中存在的协调控制问题得到有效的解决。建立在多智能体技术基础之上的多层控制框架主要包括三层体系：首先是就地控制智能体：就地控制智能体的主要作用就是可以对单一的分布式电源和其它装置进行快速的控制，比如保护装置、并联电容器、有载调压变压器分接头；其次是区域协调控制智能体：区域协调控制智能体的最为主要的功能就是对区域内的第1层智能体进行协调和控制；最后是最高等级的配电管理系统：最高等级的配电管理系统的最为主要的作用就是确保整体上全局优化运行的实现。主动配电网其他可控制装置与多分布式能源之间存在的协调运行的问题能够通过分层控制结构得到有效的解决，其除了能够使存在于集中控制结构中的较大的计算量、有延时、通行压力大等问题得到有效的解决，同时还可以有效的避免对等控制结构的无法整体优化运行的问题。
2.3 综合规划技术的分析
传统被动式配电网并没有对主动配电网的灵活控制特性以及分布式电源引入配电网的影响进行充分的考虑，因此在对网络进行规划的时候存在着不充分的资产利用以及过于保守等一系列的问题。主动配电网在进行规划的时候除了对传统配电网规划的安装新的联络开关、网络重构、重新布线等内容进行充分的考虑之外，同时还要对购买能源供应商的分布式电源、安装分布式电源和需求侧相应等管理手段进行充分的考虑，这就使得其存在着较大的不确定性，特别是由于光伏发电和风力发电等可再生能源的间歇性而导致的不确定性。
现在有很多学者都开始积极地研究出主动配电网的规划问题，特别是在优化配置分布式能源的方面获得了较大的成就。比如有学者将一种统一的主动配电网动态规划模型取了出来，在这个主动配电网动态规划模型中对主动配电网规划的各个因素进行了有效的集成，其除了对投资成本、从输电网获取的电能、线损、可靠性等多目标综合最优进行了充分的考虑之外，同时还利用多场景分析方法对包括间歇式可再生能源的分布式电源所导致的不确定性以及能源需求等进行了计算，这样就能够在拟动态规划理论的指导下将合理的规划方案制定出来。本研究认为，现在已有的大量的研究虽然基本上奠定了规划主动配电网的理论基础，但是都将在绿色能源兼容方面主动配电网的特性忽略了。主动配电网的规划中必须要在未来能源市场、负荷需求增长以及间歇式可再生能源发电等各种不确定因素进行考虑的基础之上，对储能设备的选址定容、分布式能源的优化配置以及原有配电网规划内容等选项进行综合考虑，同时能够确保解决绿色能源利用率高、供电可靠率高、能源损耗小等多目标规划问题。除此之外，为了能够保证主动配电网实现主动管理以及灵活的控制，就需要积极地建设可靠的通信网络，并且将多种二次智能设备引入进来。为此，综合规划技术必须要统筹考虑自动化规划和通信规划这两个问题。
2.4 成本效益的分析
由于主动配电网具有较高的实施成本，因此离真正的部署和应用还具有一定的距离。现在仍然不具备有效的方法可以合理的分析主动配电网技术的可行性。在分析主动配电网成本效益的时候主要存在以下几个方面的难点：首先主动配电网的利益主体之间缺乏一致的追求目标，因此在评估其经济性的时候很难对其中的利益关系进行有效的协调。比如，环境保护是一些公益团体更加关心的问题，因此其对分布式可再生能源的收益比较看重；而投资建设以及运行维护成本是配电网运行人员最佳关心的问题，所以必须要采用多目标优化方法才能够合理的分析器成本效益。其次，目前很难对细化的每一项主动配电网的具体技术实施成本效益分析，特别是因为各国具有不同的能源政策，因此在分布式能源技术的市场开放程度方面也存在着较大的差异。
本研究项目认为，具体的技术经济评估需要按照下面的步骤来进行：首先，对配电网在没有采用主动配电网技术时各种重要的技术指标进行计算；其次，对配电网在采用主动配电网技术之后的各项重要技术指标进行计算；再次，对比和分析上述的两个步骤计算出来的各项重要技术指标，最终能够对配电网的各项重要技术指标在实施主动配电网技术之后的改进程度进行分析；最后，认真的分析改进后的各项重要技术指标的成本和经济效益，从而最终可以将准确的经济性评估结果得出，
3 结语
推广和应用主动配电网技术可以使电网已有资产利用的高效性和对绿色能源的兼容性得以极大提升，因此其属于我国未来智能配电网发展的一个重要的方向。实施和部署主动配电网将会导致传统配电网出现非常大的变革，并且使原有配电网的运行、设计和规划方式得以彻底改变。为了能够使主动配电网技术得到有效的推广和应用，就必须要积极地鼓励多方参与，并且做好技术创新的工作，同时电力市场还应该对交易机制进行拓宽，将监管进一步放开，从而能够确保在能源供应商、供电用户、系统运行人员、电网管理者之间将一个平衡点确定下来，最终能够将未来的主动配电网建设成一个绿色、公平、开放的配电网，
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作者简介
刘献（1978-），男，广东省人。大学本科学历。现供职于广东省佛山顺德供电局。主要研究方向为配电网规划技术及工程管理。
作者单位
佛山顺德供电局 广东省佛山市 528300
