摘 要：分布式能源的大規(guī)模接入，給傳統(tǒng)配電網(wǎng)帶來(lái)了諧波污染、雙向潮流、電壓越限等問(wèn)題。主動(dòng)配電網(wǎng)（ADN）技術(shù)采用主動(dòng)管理分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備和客戶雙向負(fù)荷的模式，運(yùn)行狀態(tài)靈活可變。本文主要介紹了主動(dòng)配電網(wǎng)的核心技術(shù)及其研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)配電網(wǎng)；規(guī)劃；運(yùn)行控制；能源策略

中圖分類(lèi)號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）17-0054-02

1 引 言

隨著分布式電源（DG）接入配電網(wǎng)的數(shù)量和可控負(fù)荷日漸增加，對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)產(chǎn)生了很多負(fù)面影響，如諧波污染、接入點(diǎn)電壓升高、系統(tǒng)雙向潮流、系統(tǒng)電壓波動(dòng)等，這些問(wèn)題也限制了DG接入的數(shù)量。根據(jù)CIGRE C6.11的定義，主動(dòng)配電網(wǎng)是采用主動(dòng)管理分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備和客戶雙向負(fù)荷的模式，具有靈活拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的公用配電網(wǎng)。ADN為解決DG接入帶來(lái)的電壓升高問(wèn)題、增加DG的接入容量、提升配電網(wǎng)的資產(chǎn)利用率提供了新的解決方案。本文對(duì)ADN相關(guān)技術(shù)研究的發(fā)展情況以及熱點(diǎn)方向進(jìn)行了綜述，為研究者提供參考。

2 主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃

傳統(tǒng)配電網(wǎng)屬于無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，規(guī)劃要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是在滿足規(guī)劃周期內(nèi)負(fù)荷需求和確保滿足各類(lèi)基本指標(biāo)的前提下，盡可能追求投資成本的最小化。然而根據(jù)這種思路開(kāi)展的規(guī)劃，對(duì)網(wǎng)內(nèi)資源的配置無(wú)法做到最優(yōu)配置，之所以出現(xiàn)這種情況，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃一般是在給定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的前提下，對(duì)選定負(fù)荷預(yù)測(cè)值（選取最大容量裕度）來(lái)應(yīng)對(duì)最嚴(yán)重工況的運(yùn)行條件，以求得處理所有運(yùn)行問(wèn)題的最優(yōu)解。分布式電源具有隨機(jī)性和波動(dòng)性的特點(diǎn)，傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃對(duì)于這類(lèi)新型能源的控制缺少考慮。為解決DG接入帶來(lái)的電壓升高問(wèn)題、增加DG的接入容量、提升配電網(wǎng)的資產(chǎn)利用率這些問(wèn)題，主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃方案出現(xiàn)了。

圖1描述了ADN規(guī)劃的一般流程，主要分為五步：①以配電網(wǎng)中的歷史數(shù)據(jù)，如分布式電源的數(shù)量，網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷，電價(jià)等進(jìn)行不確定性建模，考慮的元素越多，模型就能越真實(shí)反映配電網(wǎng)的實(shí)際工況。然而規(guī)劃模型維數(shù)及求解的復(fù)雜度的增加，也使得最優(yōu)解的求取更加困難。在實(shí)際ADN規(guī)劃過(guò)程中需要進(jìn)行適當(dāng)折中。②輸入規(guī)劃基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如規(guī)劃年、投資數(shù)據(jù)、待選集等。③建立雙層數(shù)學(xué)模型。上層模型考慮配電網(wǎng)規(guī)劃總體目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)年綜合費(fèi)用最小或投資費(fèi)用最小，下層模型基于系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行前提上追求系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用最小或事故DG切除量最小。④采用遺傳算法、仿生算法等進(jìn)行數(shù)學(xué)模型求解。⑤輸出規(guī)劃方案。[1]

規(guī)劃問(wèn)題是主動(dòng)配電網(wǎng)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，規(guī)劃方案的關(guān)注重點(diǎn)也各有不同。例如有研究者重點(diǎn)研究DG的選址和定容選擇對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響問(wèn)題。ADN規(guī)劃使用的不確定性建模方式較傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃方案風(fēng)險(xiǎn)和投資成本更低，但是計(jì)算量非常大，模型的簡(jiǎn)化、新算法的研究也是中外學(xué)者努力的方向。

ADN規(guī)劃今后研究的主要方向有：①建?？紤]不確定因素更全面，完善數(shù)學(xué)模型，如“電源-網(wǎng)-負(fù)荷”模型。②在中長(zhǎng)期規(guī)劃中對(duì)模型開(kāi)展動(dòng)態(tài)優(yōu)化，以適應(yīng)配電網(wǎng)的發(fā)展，幫助修正規(guī)劃。③模型指標(biāo)體系的完善，在建模中引入波特性、自給率等指標(biāo)。

3 主動(dòng)配電網(wǎng)的控制方式

ADN較傳統(tǒng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓`活，但是結(jié)構(gòu)也更加繁瑣，接入點(diǎn)多且高度不對(duì)稱，因此系統(tǒng)內(nèi)電源、負(fù)荷的協(xié)調(diào)配合對(duì)于提高系統(tǒng)的安全性，保證系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，需要采用合適的控制方式進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。ADN主要有三種控制方式，分別是集中式、分散式及混合分層式。[2]

3.1 集中式

集中式控制方式如圖2所示，通過(guò)通信數(shù)據(jù)網(wǎng)將接入點(diǎn)采集到的電氣量和狀態(tài)信息數(shù)據(jù)送至中央控制器（distribution network central controller，DNCC）。中央控制器對(duì)接入的DG和其他設(shè)備下達(dá)指令，起對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全局協(xié)調(diào)管理作用，并能夠?qū)⑴潆娋W(wǎng)的電壓和頻率保持在合理的范圍內(nèi)。

集中式控制方式的好處在設(shè)備配置少，建設(shè)和維護(hù)成本低，但是缺點(diǎn)也很明顯：由于采用集中控制方式，如果中央控制器出現(xiàn)故障，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)崩潰；隨著監(jiān)測(cè)通道增多，中央控制器接收的數(shù)據(jù)量會(huì)越來(lái)越大，可能出現(xiàn)瞬時(shí)并發(fā)量沖擊導(dǎo)致系統(tǒng)崩盤(pán)，對(duì)控制器的硬件配置要求高；由于采取數(shù)據(jù)集中上送的方式，為增加可靠性，一般采取至少雙通道互為備用的配置方式，因而在通信設(shè)備投資會(huì)增大；維護(hù)困難，開(kāi)展系統(tǒng)維護(hù)時(shí)，需要將整個(gè)系統(tǒng)停電。

3.2 分布式

分布式控制方式如圖3所示，不同于集中式控制方式，取消了中央控制器，設(shè)備接入路數(shù)不用受限。這種控制方式主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置和智能終端配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。故障清除和恢復(fù)供電也依靠現(xiàn)場(chǎng)分管的保護(hù)裝置和智能終端。在這一領(lǐng)域，分布控制方式下的多代理技術(shù)應(yīng)用是研究熱點(diǎn)，如文獻(xiàn)[3]提出了基于多代理技術(shù)的分布式控制方式，在配電網(wǎng)中設(shè)置數(shù)個(gè)具有自治能力的Agent單元，既能控制分管設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)行，同時(shí)單元間具有社交能力，可以實(shí)現(xiàn)單元之間和外部系統(tǒng)的通信聯(lián)系。

3.3 混合分層式

混合分層式管理（hybrid hierarchical management，HHM）如圖4所示。該種控制方式采用多層式結(jié)構(gòu)，綜合了集中控制和分布控制的優(yōu)點(diǎn)。最上層為能量?jī)?yōu)化管理層，通過(guò)控制器采集下層傳遞的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)內(nèi)電源、設(shè)備的投切操作和系統(tǒng)監(jiān)控；中間層配置分管不同功能的控制設(shè)備，根據(jù)主控制器下達(dá)的命令，計(jì)算出策略參數(shù)并發(fā)布給底層控制器；底層控制器根據(jù)接收到的策略參數(shù)來(lái)控制配電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備。實(shí)際運(yùn)行中，為保證系統(tǒng)運(yùn)行安全，故障清除主要依靠保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)，而設(shè)備恢復(fù)送電則依靠主控制器下達(dá)。

4 主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行控制

分布式電源雙向特性影響配網(wǎng)的潮流分布，隨著接入數(shù)量增多，電源的間歇性投切會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)瞬時(shí)波動(dòng)，影響系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)?，F(xiàn)階段ADN運(yùn)行控制的研究更趨向于務(wù)實(shí)和工程化，希望通過(guò)改善控制方式的以消除分布式電源接入后造成的電壓?jiǎn)栴}并提高配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。例如在電壓控制方面，針對(duì)目前配電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)定要求分布式電源采用最大功率點(diǎn)跟蹤運(yùn)行策略的現(xiàn)狀，大量工作集中于如何利用現(xiàn)有配電網(wǎng)電壓控制設(shè)備應(yīng)對(duì)分布式電源接入的電壓?jiǎn)栴}。文獻(xiàn)[4]提出采用就地補(bǔ)償方式，通過(guò)分布式控制策略管理現(xiàn)場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償裝置，以解決分布式電源出力突變情況下電壓調(diào)節(jié)問(wèn)題，并通過(guò)時(shí)域仿真方法驗(yàn)證了可行性。

5 主動(dòng)配電網(wǎng)能源政策問(wèn)題

ADN推廣應(yīng)用需要解決的除了技術(shù)問(wèn)題之外，還受投資、體制等因素影響，能源政策的支持也決定了ADN技術(shù)發(fā)展前景。不同于傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)，除了強(qiáng)制性的政策要求外，主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)還需要更多的市場(chǎng)激勵(lì)政策，例如：

（1）用戶激勵(lì)。目前分布式電源主要通過(guò)降低購(gòu)電費(fèi)用以實(shí)現(xiàn)盈利，然而對(duì)于光伏、燃料電池等新型能源，現(xiàn)有制造水平經(jīng)濟(jì)效益較低，造成建設(shè)成本過(guò)高，回報(bào)慢情況。一些研究以微電網(wǎng)為例，論證了分布式電源建設(shè)投入遠(yuǎn)超收益回報(bào)。缺乏用戶激勵(lì)機(jī)制的將導(dǎo)致分布式電源接入困難。

（2）電力運(yùn)營(yíng)商激勵(lì)。傳統(tǒng)電網(wǎng)公司在配網(wǎng)端的收益來(lái)自于售電、報(bào)裝容量費(fèi)以及輔助服務(wù)費(fèi)。分布式電源的接入降低了電源持有者的購(gòu)電成本，實(shí)際上減少了運(yùn)營(yíng)商的收入，會(huì)影響到運(yùn)營(yíng)商提高服務(wù)水平的積極性。

（3）需求側(cè)響應(yīng)服務(wù)激勵(lì)。主動(dòng)配電網(wǎng)的市場(chǎng)化需求下，設(shè)備的服務(wù)提供者不僅僅局限于傳統(tǒng)電網(wǎng)公司，如何鼓勵(lì)民間資本等第三方參與建設(shè)維護(hù)是主動(dòng)配電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題。

6 結(jié) 語(yǔ)

ADN技術(shù)的應(yīng)用可以使電網(wǎng)資產(chǎn)利用的高效性和對(duì)綠色能源的兼容性得到較大提高，然而ADN技術(shù)研究還處于示范階段，本文基于主動(dòng)配電網(wǎng)的特點(diǎn)，從ADN規(guī)劃、控制管理方式、運(yùn)行管理、能源政策激勵(lì)四個(gè)方面綜述了ADN技術(shù)的研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，有如下結(jié)論：

（1）ADN規(guī)劃由于考慮了主動(dòng)管理，可以更加詳細(xì)地將運(yùn)行中的不確定性考慮到規(guī)劃模型中，規(guī)劃方案具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。然而不確定性的疊加，增加了規(guī)劃方案的可行解求解難度，求解算法的研究仍是今后研究的熱門(mén)方向。

（2）目前有關(guān)主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行控制研究方向多集中于分布式電源與需求側(cè)響應(yīng)的控制手段，正常運(yùn)行狀態(tài)下的研究較為豐富，而在緊急、故障狀態(tài)下的運(yùn)行控制研究比較欠缺。研究熱點(diǎn)也局限于主動(dòng)配電網(wǎng)內(nèi)部，而忽略了其與主網(wǎng)間聯(lián)系的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-5-15

作者簡(jiǎn)介：黃宇華（1987-），男，壯族，廣西欽州人，助理工程師，本科，主要從事變電運(yùn)行相關(guān)工作。