劉廣一，張凱，舒彬(．中國電力科學(xué)研究院，北京市009;．北京市電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市00055)

主動配電網(wǎng)的6個主動與技術(shù)實(shí)現(xiàn)

劉廣一1，張凱2，舒彬2
(1．中國電力科學(xué)研究院，北京市100192;2．北京市電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市100055)

提出了主動配電網(wǎng)(active distribution networks，ADN)的6個主動，即電網(wǎng)公司側(cè)的主動規(guī)劃、主動管理、主動控制與主動服務(wù)及用戶側(cè)的主動響應(yīng)和分布式可再生能源發(fā)電側(cè)的主動參與。在電網(wǎng)公司側(cè)，強(qiáng)調(diào)對分布式可再生能源進(jìn)行主動規(guī)劃、對分布式發(fā)電進(jìn)行主動管理和控制、對上級電網(wǎng)和用戶提供主動服務(wù)。電網(wǎng)公司的主動規(guī)劃、主動管理和主動控制可以在確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的條件下，增強(qiáng)對分布式可再生能源發(fā)電的消納能力;主動服務(wù)可以為配電網(wǎng)創(chuàng)新商業(yè)模式、擴(kuò)展業(yè)務(wù)領(lǐng)域提供新的機(jī)遇。在用戶側(cè)，強(qiáng)調(diào)廣大用戶在力所能及的范圍內(nèi)，承擔(dān)節(jié)能減排的責(zé)任，積極響應(yīng)各種不同形式的需求側(cè)激勵措施。在分布式可再生能源發(fā)電側(cè)，應(yīng)充分考慮分布式發(fā)電機(jī)組對電網(wǎng)的影響，強(qiáng)調(diào)發(fā)電機(jī)組應(yīng)積極采用有功功率控制和無功電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，主動參與電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行。基于上述分析討論了主動配電網(wǎng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，包括規(guī)劃運(yùn)行一體化的規(guī)劃技術(shù)、充分考慮高滲透率光伏發(fā)電接入的運(yùn)行控制技術(shù)、鼓勵用戶積極參與節(jié)能減排的需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)和分布式可再生能源的功率控制技術(shù)。

主動配電網(wǎng)(ADN);配電網(wǎng)規(guī)劃;配電網(wǎng)運(yùn)行控制

0 引言

面對全球節(jié)能減排和能源可持續(xù)發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)，大力發(fā)展分布式可再生能源發(fā)電已經(jīng)成為必然選擇。最近發(fā)布了一系列鼓勵分布式可再生能源發(fā)電發(fā)展的優(yōu)惠政策，這必將促進(jìn)我國分布式可再生能源發(fā)電的大發(fā)展。大規(guī)模分布式電源連接到10 kV及以下的配電網(wǎng)中，在提高節(jié)能減排效果，改善環(huán)境的同時，其隨機(jī)、間歇、波動、難以控制等特點(diǎn)，使配電網(wǎng)成為功率雙向流動的有源網(wǎng)絡(luò)，如果協(xié)調(diào)不當(dāng)，將導(dǎo)致電壓波動加大、供電質(zhì)量下降，電網(wǎng)消納分布式發(fā)電的能力受到限制，因此傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計手段、保護(hù)控制和運(yùn)行管理方式需要做出根本性的改變［1］。

如何處理數(shù)以萬計的分布式電源接入電網(wǎng)，同時確保電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行，迫切需要吸取國內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，深入分析配電網(wǎng)中“發(fā)、輸、配、用”各個環(huán)節(jié)所發(fā)揮的作用，研究新的配電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行控制理論與方法，提高電網(wǎng)對分布式可再生能源發(fā)電的消納率。近年來提出的主動配電網(wǎng)(active distribution networks，ADN)技術(shù)為解決這一問題提供了一種新的思路。主動配電網(wǎng)強(qiáng)調(diào)對現(xiàn)代配電網(wǎng)中的各種可控資源，特別是分布式可再生能源發(fā)電資源從被動消納到主動引導(dǎo)與主動利用［2］。通過這一技術(shù)可以把配電網(wǎng)從傳統(tǒng)的被動型用電網(wǎng)轉(zhuǎn)變成可以根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行主動管理與控制，并提供主動服務(wù)的主動配電網(wǎng)。從傳統(tǒng)用電網(wǎng)、被動配電網(wǎng)向主動配電網(wǎng)過渡是配電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。利用主動配電網(wǎng)的核心建設(shè)理念，可以實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)客戶之間的互動互惠，這也正是智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)。

依據(jù)主動配電網(wǎng)的特性，發(fā)展適應(yīng)于主動配電網(wǎng)的規(guī)劃與運(yùn)行控制關(guān)鍵技術(shù)，具有重要的理論意義和實(shí)際意義。本文將在回顧與探討主動配電網(wǎng)定義的基礎(chǔ)上，提出主動配電網(wǎng)的核心理念，論述主動配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，最后對主動配電網(wǎng)的應(yīng)用前景做出展望。

1 主動配電網(wǎng)的核心理念

國際大電網(wǎng)會議(conference international des grands reseaux electriques，CIGRE)C6．11工作組報告對主動配電網(wǎng)的定義:主動配電網(wǎng)是將包括發(fā)電機(jī)、負(fù)載和儲能裝置在內(nèi)的分布式資源進(jìn)行組合控制的系統(tǒng);配電運(yùn)行人員能夠應(yīng)用靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔{(diào)整潮流的分布;分布式資源可以根據(jù)適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管政策以及用戶接入?yún)f(xié)議，向系統(tǒng)提供一定程度的輔助服務(wù)支撐［3］。

CIGRE對于主動配電網(wǎng)的上述定義可以簡單理解為:主動配電網(wǎng)是一個內(nèi)部具有分布式能源，具有主動控制和運(yùn)行能力的配電網(wǎng)。這里所說的分布式能源，包括連結(jié)到配電網(wǎng)中的各種形式的分布式發(fā)電、分布式儲能、電動汽車充換電設(shè)施和需求側(cè)響應(yīng)資源，即可控負(fù)荷。“冷、熱、電”三聯(lián)供機(jī)組和微網(wǎng)都是其中重要的可控資源。

區(qū)別于傳統(tǒng)的被動配電網(wǎng)，主動配電網(wǎng)具備下列特征:首先要具備一定比例的分布式可控資源;其次要有一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇伸`活調(diào)節(jié)的、堅強(qiáng)的配電網(wǎng)絡(luò);再次要具備完善的調(diào)節(jié)、控制手段，即建有基于現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的量測、控制與保護(hù)系統(tǒng)，具有較高的可觀可控水平;最后，也是最重要的一點(diǎn)，要建設(shè)一個可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化管理的管控中心。

與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，對于電網(wǎng)公司而言，主動配電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行控制的核心理念是主動規(guī)劃、主動控制、主動管理與主動服務(wù)，目的是充分利用分布式能源靠近客戶的優(yōu)勢，變劣勢為優(yōu)勢;對配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面感知，實(shí)時掌握配電網(wǎng)的運(yùn)行態(tài)勢，對發(fā)電、負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行主動控制、主動管理，做到消除隱患于未然;為上級電網(wǎng)和客戶提供主動服務(wù)，建立上級電網(wǎng)與配電網(wǎng)、配電網(wǎng)與客戶之間的良好互動關(guān)系;規(guī)劃是實(shí)施的基礎(chǔ)，一個考慮完善的規(guī)劃可以起到事半功倍的作用，在主動配電網(wǎng)的建設(shè)過程中，迫切需要進(jìn)行主動規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)對分布式可再生能源發(fā)電的全額消納。對于廣大用戶而言，應(yīng)主動響應(yīng)國家和電網(wǎng)公司為節(jié)能減排所制定的一系列需求側(cè)激勵措施，將其中相當(dāng)一部分負(fù)荷變成“可調(diào)負(fù)荷”，在電網(wǎng)功率平衡控制及平滑電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線方面發(fā)揮積極作用。對于分布式可再生能源發(fā)電而言，應(yīng)積極、主動地參與系統(tǒng)調(diào)頻與電壓無功控制，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)乃至整個電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。

主動控制理論是主動配電網(wǎng)的理論基礎(chǔ)。從控制理論上講，傳統(tǒng)的被動控制是出現(xiàn)問題，解決問題，缺乏預(yù)見性，沒有全局優(yōu)化的概念;與被動控制相反，主動控制預(yù)先分析目標(biāo)偏離的可能性，并擬訂和采取一系列的預(yù)防性控制措施，通過提前感知、系統(tǒng)控制，達(dá)到統(tǒng)籌優(yōu)化的目的，最終實(shí)現(xiàn)計劃目標(biāo)。主動控制的理念最早由美國提出，首先應(yīng)用于飛機(jī)設(shè)計，F(xiàn)-16是世界上第1架采用主動控制思想設(shè)計的飛機(jī)。常規(guī)飛機(jī)的設(shè)計過程是:根據(jù)任務(wù)要求，考慮氣動力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和發(fā)動機(jī)三大因素，并在它們之間進(jìn)行折衷以滿足任務(wù)要求，這樣為獲得某一方面的性能就必須在其他方面作出讓步或犧牲，例如為實(shí)現(xiàn)更好的氣動穩(wěn)定性就必須在尾翼的重量和阻力方面付出代價。折衷之后就確定了飛機(jī)的構(gòu)形，再經(jīng)過風(fēng)洞吹風(fēng)后，對飛機(jī)的各分系統(tǒng)(其中包括飛行控制系統(tǒng))提出設(shè)計要求。這里飛行控制系統(tǒng)和其他分系統(tǒng)一樣，處于被動地位，其基本功能是輔助駕駛員進(jìn)行姿態(tài)航跡控制。這一點(diǎn)與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計方法十分相似，在配電網(wǎng)規(guī)劃中，側(cè)重于一次電網(wǎng)架構(gòu)的確定與變壓器容量的選擇，很少考慮配電自動化系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和配電網(wǎng)管理系統(tǒng)對電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的影響。而采用主動控制技術(shù)的設(shè)計方法則打破了這一格局，把飛行控制系統(tǒng)提高到和上述三大因素同等重要的地位，成為選型必須考慮的四大因素之一，并起積極作用。在飛機(jī)的初步設(shè)計階段就考慮全時間、全權(quán)限的電傳飛行控制系統(tǒng)的作用，綜合選形，選形后再對飛行控制系統(tǒng)以外的其他分系統(tǒng)提出設(shè)計要求。這樣就可以放寬對氣動、結(jié)構(gòu)和發(fā)動機(jī)方面的限制，依靠控制系統(tǒng)主動提供人工補(bǔ)償，于是飛行控制由原來的被動地位變?yōu)橹鲃拥匚?，充分發(fā)揮了飛行控制的主動性和潛力，因而稱這種技術(shù)為主動控制技術(shù)。

將主動控制的思想用于配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計，就形成了主動配電網(wǎng)的第1個核心理念，即主動規(guī)劃。將這一思想應(yīng)用于配電網(wǎng)的設(shè)計、建設(shè)與運(yùn)行，強(qiáng)調(diào)規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行的完整性、統(tǒng)一性，強(qiáng)調(diào)在規(guī)劃設(shè)計階段，就充分考慮配電網(wǎng)自動化、通信和配電管理系統(tǒng)對改善配電網(wǎng)運(yùn)行性能所發(fā)揮的重大作用，強(qiáng)調(diào)協(xié)調(diào)統(tǒng)一地規(guī)劃建設(shè)堅強(qiáng)可靠的一次電網(wǎng)架構(gòu)、深度協(xié)同的二次自動化系統(tǒng)與功能強(qiáng)大的智能決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三位一體的協(xié)同規(guī)劃，這是主動規(guī)劃的第1層涵義。

主動規(guī)劃的第2層涵義體現(xiàn)在對分布式能源的態(tài)度上，對于電網(wǎng)公司而言，分布式發(fā)電由于其隨機(jī)性、波動性、不可控性常常被認(rèn)為是“垃圾”電。更重要的是，由于其大多建在用戶側(cè)，采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的分布式電源鼓勵政策，分布式發(fā)電享受零售端的上網(wǎng)電價，外加可再生能源附加鼓勵，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)公司的售電收益。對于分布式可再生能源發(fā)電，在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，通常采取“接入即忘”的態(tài)度，認(rèn)為分布式可再生能源發(fā)電滲透率較低，對電網(wǎng)運(yùn)行影響不大，體現(xiàn)在規(guī)劃階段，只對其進(jìn)行簡單的接入評價，在系統(tǒng)運(yùn)行階段，把這些分布式可再生能源發(fā)電看作是正常的擾動，作為負(fù)荷處理，不采取任何特別措施。國內(nèi)外研究表明，這種被動型的配電網(wǎng)對分布式可再生能源發(fā)電的接納能力不會大于10%。當(dāng)分布式可再生能源發(fā)電大于這一比例時，為了克服分布式發(fā)電間歇性、隨機(jī)性所帶來的功率雙向流動、電壓波動加大、電能質(zhì)量問題突出等負(fù)面影響，需要在規(guī)劃設(shè)計階段就對配電網(wǎng)中的電源和負(fù)荷進(jìn)行主動規(guī)劃。主動規(guī)劃強(qiáng)調(diào)由配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計單位主動對區(qū)域內(nèi)的分布式可再生能源發(fā)電能力進(jìn)行主動評估，掌握區(qū)域內(nèi)分布式可再生能源發(fā)電資源，主動規(guī)劃設(shè)計分布式可再生電源的接入點(diǎn)，主動評估配電網(wǎng)在消納不同滲透率下的接納能力，在消納能力不足時，對配電網(wǎng)行必要的、前瞻性的改造，確保所有的分布式可再生能源發(fā)電都可以安全、經(jīng)濟(jì)地并網(wǎng)。

主動配電網(wǎng)的第2個核心理念是對電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行主動控制。在配電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行控制過程中，調(diào)控中心必須實(shí)時掌握電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行信息，了解電網(wǎng)中每條線路的負(fù)載情況，當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)阻塞時，可以通過主動控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)中的可控設(shè)備、各種可控的發(fā)電與需求側(cè)響應(yīng)負(fù)荷，疏解電網(wǎng)中線路的負(fù)載情況，達(dá)到既保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，又確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

主動配電網(wǎng)的第3個核心理念是作為區(qū)域能源管理中心實(shí)現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)所有發(fā)電資源有功功率和無功電壓的主動管理。在配電網(wǎng)運(yùn)行過程中，充分利用主動配電網(wǎng)中的“冷、熱、電”三聯(lián)供、分布式儲能、電壓調(diào)節(jié)負(fù)荷、需求側(cè)響應(yīng)負(fù)荷、生物質(zhì)發(fā)電平抑光伏發(fā)電的隨機(jī)性、波動性，通過與電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢的密切互動，達(dá)到全額消納可再生能源發(fā)電的目標(biāo)。在主動配電網(wǎng)中，由于分布式電源的大量接入，傳統(tǒng)的從主變到負(fù)荷，電壓依次降低的格局將被打破，電壓波動加劇，因而無功電壓控制在主動配電網(wǎng)中尤為重要。需要充分利用各種電網(wǎng)無功控制設(shè)備和分布式發(fā)電的無功控制能力，進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。配電網(wǎng)中存在大量的恒阻抗、恒電流負(fù)荷，這些負(fù)荷對電壓的幅值變化分別呈平方和正比變化，如何能夠?qū)崿F(xiàn)對配電網(wǎng)中母線電壓平滑快速調(diào)節(jié)，可以充分利用這些負(fù)荷對電壓變化的敏感性，平滑分布式可再生能源的隨機(jī)波動，參與需求側(cè)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對用戶無感的有功功率控制，也稱為柔性負(fù)荷控制。

主動配電網(wǎng)的第4個核心理念是主動服務(wù)。主動服務(wù)包括，可以為客戶提供定制電力服務(wù)，根據(jù)客戶需要提供滿足其需求的、可以選擇的高品質(zhì)電能服務(wù);為客戶積極參與需求側(cè)響應(yīng)，改善能效提供技術(shù)支撐平臺，例如通過提供協(xié)調(diào)控制手段和公平公正的利潤分配機(jī)制，將數(shù)以百萬計的廣大用戶組織起來，對其空調(diào)、熱水器等負(fù)荷進(jìn)行集群需求側(cè)響應(yīng)控制;充分利用主動配電網(wǎng)中的可控資源，為上級電網(wǎng)提供電能、在線備用等服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)與客戶、配電網(wǎng)與上級電網(wǎng)之間的全面互動互惠。

主動配電網(wǎng)的第5個核心理念是用戶的主動響應(yīng)。根據(jù)美國紐約市電力部門對其2011年負(fù)荷的分析，發(fā)現(xiàn)其峰值負(fù)荷為13 189 MW，從12 000到13 189 MW的負(fù)荷范圍，其持續(xù)時間只有36 h。近年來，我國的空調(diào)負(fù)荷、洗衣機(jī)、電熱水器快速增長，大多數(shù)城市的峰值負(fù)荷是由這些家用電器產(chǎn)生的。從用電性質(zhì)上看，這些負(fù)荷屬于功率可調(diào)或者用電時間可平移的負(fù)荷，稱為可調(diào)負(fù)荷。這些可調(diào)負(fù)荷對于移峰填谷，改善電網(wǎng)的負(fù)荷特性，提高電網(wǎng)的資產(chǎn)利用率意義重大，是主動配電網(wǎng)中的重要資源。節(jié)能減排是全社會的共同責(zé)任，在電網(wǎng)公司提供主動服務(wù)的同時，迫切需要廣大電力用戶的主動響應(yīng)，需要廣大用戶積極主動地選擇適合于自身特點(diǎn)的需求側(cè)響應(yīng)項(xiàng)目。

主動配電網(wǎng)的第6個核心理念是分布式可再生電源的主動參與。以光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電為主的分布式可再生能源發(fā)電受天氣影響很大，呈現(xiàn)出隨機(jī)性、波動性的特點(diǎn)。當(dāng)這類分布式電源的比例較大時(例如，德國已經(jīng)高達(dá)37%)，這些特點(diǎn)不僅對配電網(wǎng)的控制運(yùn)行造成影響，甚至?xí)绊戄旊娋W(wǎng)的運(yùn)行。消納可再生能源發(fā)電不僅是電網(wǎng)公司的責(zé)任，可再生能源發(fā)電的廠商也應(yīng)盡到自己的責(zé)任。隨著電力電子技術(shù)和儲能技術(shù)的發(fā)展，對目前的可再生能源發(fā)電機(jī)組進(jìn)行一定改造，就可以實(shí)現(xiàn)對其有功功率在一定范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，這樣，當(dāng)天氣變化時，其輸出功率可以緩慢地變化，避免劇烈波動，這一技術(shù)稱為功率平滑技術(shù)，對于提高電網(wǎng)對分布式可再生能源的容納能力效果十分顯著;利用電力電子技術(shù)，也可以使其具備一定程度的無功電壓控制能力，有效地改善電壓質(zhì)量。電網(wǎng)公司和監(jiān)管機(jī)構(gòu)需要制定相應(yīng)的鼓勵政策，激勵分布式可再生能源發(fā)電廠商通過安裝先進(jìn)的電力電子控制設(shè)備和儲能裝置，主動地改善其機(jī)組的控制能力，使分布式電源與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)主動友好互動，與電網(wǎng)公司共同努力，提高電網(wǎng)對可再生能源發(fā)電的容納能力。

為了實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)的主動控制、主動管理與主動服務(wù)，便于廣大用戶的主動響應(yīng)，分布式可再生能源發(fā)電廠商的主動參與，必須實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)更大范圍的全面感知。采用更加經(jīng)濟(jì)、可靠、先進(jìn)的傳感、通信和控制終端技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、分布式發(fā)電設(shè)備狀態(tài)、資產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)和供電可靠狀況實(shí)時、全面地監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的可觀測性。在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中，量測監(jiān)視范圍是從110 kV的變電站到10 kV的網(wǎng)絡(luò)，對于10 kV以下基本不需考慮。對于主動配電網(wǎng)，由于大量的分布式能源聯(lián)結(jié)到10 kV及其以下的母線上，而且需求側(cè)響應(yīng)資源也大多聯(lián)結(jié)在這些低電壓母線上，因而必須對這些低電壓供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面地監(jiān)視;為了實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)可控資源的全面控制，必須了解上級電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而要求將量測范圍向下擴(kuò)大到400 V母線，向上擴(kuò)大到220 kV。智能電網(wǎng)的建設(shè)和智能電表的大規(guī)模安裝應(yīng)用為擴(kuò)大量測范圍奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

2 主動配電網(wǎng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)上述主動配電網(wǎng)的6個核心理念，實(shí)現(xiàn)對主動配電網(wǎng)的高效經(jīng)濟(jì)控制，必須充分考慮主動配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分布式電源的接入點(diǎn)分散且可控性弱、終端用戶的行為模式豐富但與系統(tǒng)的交互隨機(jī)性強(qiáng)等特點(diǎn)，開發(fā)主動配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行一體化的規(guī)劃技術(shù)、充分考慮高滲透率光伏發(fā)電接入的運(yùn)行控制技術(shù)、鼓勵用戶積極參與節(jié)能減排的需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)和分布式可再生能源的功率控制技術(shù)。

主動配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)的研究目標(biāo)是為配電網(wǎng)的規(guī)劃人員提供一套使用方便、能充分考慮主動配電網(wǎng)特點(diǎn)的規(guī)劃運(yùn)行互動決策系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對主動配電網(wǎng)的主動規(guī)劃與監(jiān)控裝置和系統(tǒng)的優(yōu)化配置。首先要研究充分考慮主動配電網(wǎng)特點(diǎn)的規(guī)劃技術(shù)，研究主動配電網(wǎng)規(guī)劃的多目標(biāo)優(yōu)化方法，研究電源-用戶互動模式下的主動配電網(wǎng)規(guī)劃以及主動配電網(wǎng)的一、二次側(cè)統(tǒng)籌規(guī)劃，研究混合儲能系統(tǒng)(hybrid energy storage system，ESS)接入配電網(wǎng)的互補(bǔ)優(yōu)化配置方法與指導(dǎo)原則，為主動配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)確定、監(jiān)控設(shè)備配置、通信和信息規(guī)劃等提供技術(shù)手段;其次是為規(guī)劃人員實(shí)現(xiàn)可視化推演與互動展示，研發(fā)靈活的人機(jī)界面;再次是研究對規(guī)劃方案進(jìn)行全面仿真校核的時序場景模擬仿真技術(shù)，以充分考慮具有隨機(jī)、間歇等特點(diǎn)的分布式發(fā)電、需求側(cè)響應(yīng)、各種控制設(shè)備動作順序?qū)σ?guī)劃方案的影響;最后是研究規(guī)劃與運(yùn)行的滾動校驗(yàn)評估技術(shù)，將在配電網(wǎng)運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問題和薄弱環(huán)節(jié)及時反饋到規(guī)劃系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對規(guī)劃方案的滾動修編。這里的技術(shù)難點(diǎn)是如何模擬主動配電網(wǎng)中新出現(xiàn)的資源間的強(qiáng)相互作用，及其對規(guī)劃的影響;需要研究的新理論與新方法包括:(1)建立全面的主動配電網(wǎng)混合整數(shù)規(guī)劃模型;(2)運(yùn)用多代理機(jī)制模擬研究對象之間、時序場景之間的相互影響。

主動配電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)的研究目標(biāo)是為配電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行控制人員提供一套可以對主動配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)視、對配電網(wǎng)中的所有可控資源進(jìn)行主動控制、主動管理與主動服務(wù)的運(yùn)行控制系統(tǒng)。由4層構(gòu)成:(1)由配電網(wǎng)絡(luò)、充電汽車、分布式發(fā)電、儲能設(shè)備和“冷、熱、電”聯(lián)產(chǎn)構(gòu)成的主動配電網(wǎng)能量流層和由通信傳感系統(tǒng)、數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)和智慧城市信息系統(tǒng)構(gòu)成的信息流層;(2)適應(yīng)主動配電網(wǎng)特點(diǎn)的服務(wù)平臺層，包括云平臺、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)和智能電網(wǎng)服務(wù)總線;(3)為滿足主動配電網(wǎng)各種運(yùn)行與控制功能而配備的智能應(yīng)用層，主要有電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢感知、全電壓等級無功電壓控制、自適應(yīng)綜合能源優(yōu)化、分布式發(fā)電預(yù)測、饋線負(fù)荷預(yù)報、故障診斷隔離與恢復(fù)、合環(huán)沖擊電流在線評估與調(diào)控、風(fēng)險評估與狀態(tài)檢修等;(4)集成調(diào)控-運(yùn)檢-營銷于一體的智能決策支持系統(tǒng)。

綜合利用多類型時空尺度觀測信息的態(tài)勢感知，由狀態(tài)估計、預(yù)想故障快速仿真和風(fēng)險評估與預(yù)警等一序列軟件構(gòu)成，是評估配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，制定電網(wǎng)控制和綜合能源優(yōu)化策略的基礎(chǔ)，其特點(diǎn)是要考慮全電壓三相網(wǎng)絡(luò)，并融合智能電表系統(tǒng)、綜合信息單元以及最近提出的配電同步量測等多種信息資源。

分布式發(fā)電的大量接入使無功電壓控制面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，主動配電網(wǎng)中的無功電壓控制必須考慮無功資源的協(xié)調(diào)配合，以同時實(shí)現(xiàn)降壓節(jié)能和保證電壓質(zhì)量2個目標(biāo);同時，需要基于短期、超短期和分布式發(fā)電的變化趨勢，發(fā)展時序遞進(jìn)的無功電壓優(yōu)化策略。

分布式可再生能源發(fā)電的隨機(jī)性對配電網(wǎng)的靈活性提出了更高的要求。消納大量分布式可再生能源發(fā)電的有效途徑是綜合能源優(yōu)化。綜合能源優(yōu)化充分利用以天然氣為原料的“冷、熱、電“聯(lián)產(chǎn)、電動汽車充放電設(shè)施、儲能裝置和需求側(cè)響應(yīng)等資源在時空上的互補(bǔ)性和可控性，提高整個能源系統(tǒng)的整體利用效率。為充分利用需求側(cè)響應(yīng)這樣一種有效的負(fù)荷控制資源，需要重點(diǎn)發(fā)展集群需求響應(yīng)的控制策略與利潤分配機(jī)制。

將電網(wǎng)調(diào)控、檢修和營銷系統(tǒng)集成起來，可以實(shí)現(xiàn)信息、資源和業(yè)務(wù)功能的高度集成，充分發(fā)揮系統(tǒng)的資源調(diào)控能力，提高電力資產(chǎn)利用率，縮短故障停運(yùn)時間，為用戶提供高品質(zhì)、高可靠、高互動的電能服務(wù)。

鼓勵用戶積極參與節(jié)能減排的需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)的研究目標(biāo)，是為廣大用戶提供一系列方便安裝、操作簡單、經(jīng)濟(jì)效益明顯的用戶側(cè)負(fù)荷管理與控制裝置和系統(tǒng)，智能家居系統(tǒng)是其中的典型代表。這些裝置和系統(tǒng)首先可以實(shí)時監(jiān)視家庭內(nèi)各種家用電器的電能使用情況，在必要時還可以通過互聯(lián)網(wǎng)或移動通信，將這些信息實(shí)時傳送到主人的電腦、手機(jī)等移動裝備上，主人可以遠(yuǎn)程對家庭中的電能使用情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視，必要時還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制;其次，這些裝置和系統(tǒng)，可以實(shí)時接收來自電網(wǎng)控制中心的實(shí)時電價信號，并根據(jù)實(shí)時電價的高低動態(tài)調(diào)整家用電器的用能策略;最后，當(dāng)家庭中安裝了分布式光伏發(fā)電或者儲能裝置時，這些裝置和系統(tǒng)就承擔(dān)了家庭能源綜合管理中心的決策，根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)時電價、光伏的發(fā)電量、家用電器的負(fù)荷以及儲能裝置的充放電狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)的能源優(yōu)化。

分布式可再生能源的功率控制技術(shù)的研究目標(biāo)是為分布式可再生能源發(fā)電機(jī)組提供一套可以動態(tài)感知電網(wǎng)的運(yùn)行情況、預(yù)測分布式發(fā)電和負(fù)荷狀況、主動支持參與電網(wǎng)運(yùn)行的先進(jìn)并網(wǎng)逆變器。這種逆變器可以動態(tài)地確定在什么條件下發(fā)出多大的有功功率，在什么條件下為電網(wǎng)提供無功功率和電壓支撐。隨著電力電子技術(shù)和儲能技術(shù)的迅猛發(fā)展，這類先進(jìn)逆變器的功能將越來越強(qiáng)大。與主動配電網(wǎng)的運(yùn)行控制系統(tǒng)的主動互動，將極大增強(qiáng)配電網(wǎng)對分布式可再生能源發(fā)電的容納能力。

3 結(jié)語

本文在分析高滲透率分布式可再生能源發(fā)電對配電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行影響基礎(chǔ)上，指出建立主動配電網(wǎng)是有效消納大規(guī)模分布式電源和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效手段，提出了主動配電網(wǎng)的核心理念是電網(wǎng)側(cè)的主動規(guī)劃、主動管理、主動控制與主動服務(wù)，用戶側(cè)的主動響應(yīng)及分布式可再生能源發(fā)電側(cè)的主動參與。展望了為實(shí)現(xiàn)這一核心理念所需要研究的技術(shù)手段，探討了主動配電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行控制系統(tǒng)的構(gòu)成，用戶需求響應(yīng)和分布式可再生能源發(fā)電的功率控制所涉及的主要技術(shù)。

［1］EURELECTRIC．Active distribution system management，a key tool for the smooth integration of distributed generation［R］．Bruxelles: EURELECTRIC，2013．

［2］劉廣一，黃仁樂．主動配電網(wǎng)的運(yùn)行控制技術(shù)［J］．供用電，2014 (1):30-32．

［3］徐丙垠，李天友，薛永瑞．主動配電網(wǎng)還是有源配電網(wǎng)?［J］．供用電，2014(1):18-21．

(編輯:張小飛)

Six Actives and Key Technologies of Active Distribution Network

LIU Guangyi1，ZHANG Kai2，SHU Bin2
(1．China Electric Power Research Institute，Beijing 100192，China; 2．Beijing Economic Technology Research Institute，Beijing 100055，China)

This paper proposed six actives and key technologies of active distribution network，which are active planning，active management，active control and active service from the distribution grid side，active response from the customer side and active participation from the distributed generation side．On the side of grid companies，the active planning of distributed renewable energy，the organic coordination of planning and operation，the active management and control of distributed generation，the active service for superior power grid and users are emphasized．Under the conditions of ensuring the safe and stable operation of power grid，the active planning，managementand controlcan increase the hosting capacity for the distributed renewable energy power generation．The active service can provide new opportunities for innovation of distribution network business model and expanding business areas．On the side of users，the responsibility of energy conservation and emissions reduction is emphasized．On the side of renewable generation，the effect of distribution generation sets on the network is emphasized，and the technologies of active power control and reactive power voltage regulation should be deployed to participate in the power grid dispatching operation．Finally，the technology of active distribution network is discussed based on the above analysis，including integrated planning technology，operation and control technology，technology of response of demand and technology of power control of renewable energy．

active distribution network(ADN);distribution network planning;distribution system operation and control

TM 72

A

1000-7229(2015)01-0033-05

10.3969/j．issn.1000-7229.2015.01.005

2014-11-25

2014-12-22

劉廣一(1963)男，博士，教授級高級工程師，中央千人計劃國家特聘專家，從事智能電網(wǎng)、能量管理系統(tǒng)(EMS)、配電管理系統(tǒng)、電力市場的研究工作;

張凱(1969)男，碩士，高級工程師，國網(wǎng)專家人才，北京市電力公司調(diào)度專業(yè)首席專家，從事智能電網(wǎng)、能量管理系統(tǒng)(EMS)、配電管理系統(tǒng)、電網(wǎng)規(guī)劃的研究工作;

舒彬(1964)男，高級工程師，從事一體化能量管理系統(tǒng)(EMS)設(shè)計建設(shè)與運(yùn)行，從事智能電網(wǎng)、新技術(shù)應(yīng)用、配電管理系統(tǒng)、電網(wǎng)規(guī)劃的研究工作。

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項(xiàng)目(863計劃) (2014AA051901)。