王 瑩，肖 峻，曹 嚴

（智能電網(wǎng)教育部重點實驗室（天津大學(xué)），天津市 300072）

0 引言

分布式電源（distributed generator，DG）的廣泛接入是未來配電網(wǎng)的必然趨勢。一方面，DG 并網(wǎng)改變了配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)和運行特性［1］；另一方面，配電網(wǎng)在消納風(fēng)、光等間歇性DG 的過程中會出現(xiàn)線路過載、電壓越限和功率倒送等問題［2-3］。如何充分消納與高效利用DG 成為一項亟須研究的內(nèi)容。

目前，配電網(wǎng)對DG 的消納主要依賴現(xiàn)有一次設(shè)備的調(diào)節(jié)能力，主要方式包括：有載調(diào)壓變壓器抽頭調(diào)整、無功補償、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、逆變器功率因數(shù)控制、電壓協(xié)調(diào)控制等［3］。此外，部分學(xué)者研究了需求響應(yīng)［4］和儲能技術(shù)［5］對消納的提升效果。

國內(nèi)外學(xué)者普遍使用“接納能力”和“消納能力”表征配電網(wǎng)的DG 承載能力［3］。前者主要針對規(guī)劃階段，采用的指標包括最大準入容量［6］和滲透率［7］等；后者主要針對運行階段，采用的指標包括消納量、消納率（利用率）、限電量（棄電量）、限電率（棄電率）、限電時間、限電時間占比等［8］。

柔 性 配 電 網(wǎng)（flexible distribution network，F(xiàn)DN）為 解 決DG 消 納 問 題 提 供 了 新 思 路［9-10］。FDN 是智能配電網(wǎng)的一個重要分支，能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)柔性閉環(huán)運行且具有廣泛的電力分配和交換能力［10］。文獻［11］提出了FDN 的概念，研究了FDN的組網(wǎng)形態(tài)、運行方式、過渡方法、N-1 安全分析方法。文獻［12］在此基礎(chǔ)上提出了FDN 的最大供電能力的模型與計算方法。文獻［13］進一步提出了FDN 的安全域模型及安全邊界方程。

FDN 的“柔性［11］”體現(xiàn)在閉環(huán)點對所連的多回饋線具備多方向、連續(xù)的潮流控制能力。與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，F(xiàn)DN 的主要優(yōu)勢包括：1）均衡饋線負載，優(yōu)化潮流分布，提高供電能力［12］；2）提供無功支撐，改善電壓水平，降低電網(wǎng)損耗［9］；3）快速隔離故障，縮小停電范圍，提高供電可靠性［14］。

目前，F(xiàn)DN 投資與維護成本都很高，是否對配電網(wǎng)進行柔性化改造，應(yīng)綜合考慮其在均衡負載、提高可靠性以及促進DG 消納等方面的作用。在衡量FDN 的實施效果中，促進DG 消納是一個重要內(nèi)容。針對FDN 的DG 接納能力，已有學(xué)者進行了研究［6，15］，研究表明FDN 可提升DG 接 納能力。針對FDN 的DG 消 納 能 力，也 有 學(xué) 者 進 行 了 探 索［16-17］。文獻［16］提出了柔性開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩階段協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，提升配電網(wǎng)對DG 的消納能力。文獻［17］建立了針對FDN 的DG 雙層規(guī)劃模型，考慮了柔性開關(guān)對運行狀態(tài)的優(yōu)化。

DG 消納需要滿足發(fā)、供、用的動態(tài)平衡，因此，其本質(zhì)是源-網(wǎng)-荷三者間的匹配，故本文從源-網(wǎng)-荷的匹配性角度研究FDN 對間歇性DG 的消納能力。本文提出匹配度的概念，以量化DG 和負荷的功率平衡程度，并將消納率細分為源-荷匹配消納率和源-網(wǎng)-荷匹配消納率，以便更好地解釋消納結(jié)果。然后，基于匹配度與時序生產(chǎn)模擬模型給出消納率的計算方法。最后，通過與傳統(tǒng)剛性配電網(wǎng)（rigid distribution network，RDN）的 消 納 率 對 比，得 到FDN 的消納機理及運行和規(guī)劃的建議。

1 匹配度和消納率的定義

對于內(nèi)部無網(wǎng)絡(luò)約束的配電系統(tǒng)，負荷規(guī)模決定了消納空間［18］。本文認為配電網(wǎng)的DG 消納思路應(yīng)該是“利用負荷消納DG”。因此，首先提出匹配度以量化DG 與負荷的功率平衡程度；然后為評價負荷對DG 消納的影響，提出了源-荷匹配消納率；作為補充，進一步提出了源-網(wǎng)-荷匹配消納率，以評價網(wǎng)絡(luò)約束對DG 消納的影響。

1.1 匹配度的定義

用匹配性區(qū)分DG 與負荷是否匹配，再定義匹配度定量分析DG 與負荷的匹配程度。

1.1.1 DG 與負荷的匹配性

DG 與負荷的匹配性表達式為：

式 中：PL，t為t時 段 的 負 荷 功 率；為t時 段DG 的可輸出功率，即DG 在某氣象狀況（如光照、風(fēng)速）下能夠輸出的功率。

式（1）表明：1）若觀測時間內(nèi)DG 可輸出功率不大于負荷需求，DG 發(fā)電可被全額消納，無須限制DG 出力，此時，DG 與負荷匹配；2）若DG 與負荷不匹配，則必然存在某一時刻DG 可輸出功率大于負荷需求，此時，DG 出力過剩而消納空間不足，需要采取限電措施棄用部分DG 出力。

1.1.2 匹配度的定義及計算匹配度是DG 與負荷匹配性的量度，定義如下。1）當(dāng)匹配時，匹配度等于DG 可發(fā)電量與負荷用電量的比值，符號為正，表達式為：

式中：T為總時段；EΩ為DG 供電區(qū)Ω的匹配度，取值范圍為[0，1]。

式（2）中，EΩ越趨近于1，DG 與負荷的匹配性越好。特別地，當(dāng)|| =|PL，t|時，匹配度為100%；當(dāng)|| =0 時，匹配度為0。

2）當(dāng)不匹配時，匹配度等于源-荷匹配棄用量與源-荷匹配消納量之比，符號為負，表達式為：

式中：EΩ的取值范圍為(-∞，0)。

式（3）中，EΩ越趨近于-∞，說明DG 和負荷的匹配性越差。此時，源-荷匹配消納量趨近于0，源-荷匹配棄用量趨近于DG 可發(fā)電量。

由式（1）—式（3）可知，EΩ與匹配性的關(guān)系為：當(dāng)EΩ≥0 時，與 匹 配 等 價；當(dāng)EΩ＜0 時，與 不 匹 配等價。

1.1.3 匹配度的物理意義

匹配度反映了單位時間內(nèi)區(qū)域配電網(wǎng)的DG 時序出力與用戶用電行為的配合程度。匹配度受系統(tǒng)靈活性影響，且與經(jīng)濟性、安全性都有密切關(guān)系。它是一個獨立性指標，與已有指標沒有重疊，但有相關(guān)性。

1）經(jīng)濟性。匹配度越高，經(jīng)濟性越好。匹配度越高，表明該區(qū)域內(nèi)DG 時序出力越貼近用戶用電行為。負荷消納的DG 電量越多，DG 售電收益越高；棄電量越少，棄風(fēng)棄光成本越少。因此，DG 發(fā)電的經(jīng)濟效益越好。

在經(jīng)濟性層面，匹配度與DG 售電收益［19］和棄風(fēng)棄光成本［20］相關(guān)。匹配度越高，DG 售電收益越高，棄風(fēng)棄光成本越少。

2）安全性。配電網(wǎng)安全性是指發(fā)生N-1 故障后對負荷的持續(xù)供電能力［21］。匹配度越高，安全性越高。匹配度越高，源-荷互動相互抵消的電量越多，系統(tǒng)凈負荷越少、負載率更低，因此安全性更高。

在安全性層面，匹配度與凈負荷［22］和負載率［23］相關(guān)。匹配度越高，系統(tǒng)凈負荷越少，負載率越低。

3）靈活性。配電網(wǎng)靈活性是指配電網(wǎng)充分利用系統(tǒng)內(nèi)多種可控資源、有效應(yīng)對運行中的多重不確定性因素擾動、維持高水平運行目標實現(xiàn)的能力［24］。配電網(wǎng)靈活性越高，匹配度越高。因為靈活性越高，系統(tǒng)利用可控資源（如需求響應(yīng)）應(yīng)對不確定因素（如DG 波動）的能力越強，表現(xiàn)為負荷越適應(yīng)DG 出力，因此匹配度越高。

在靈活性層面，匹配度與DG 消納率［25］和DG棄電率［26］相關(guān)。它們都能夠體現(xiàn)配電網(wǎng)靈活性。匹配度越高，DG 消納率越高，DG 棄電率越低。本文第2 章解釋了匹配度和消納率間存在因果關(guān)系。

1.2 消納率的定義

消納率關(guān)注可再生能源的利用比例，能夠很好地體現(xiàn)配電網(wǎng)對能源的利用。因此，本文將消納率用作評價配電網(wǎng)對DG 消納能力的基本指標。

負荷和網(wǎng)絡(luò)約束是制約DG 消納的關(guān)鍵因素［18，27］。為 分 析 二 者 對DG 消 納 的 制 約 程 度，將 消納率具體化為：源-荷匹配消納率λGL和源-網(wǎng)-荷匹配消納率λGNL。

1.2.1 源-荷匹配消納率

源-荷匹配消納率定義為觀測周期內(nèi)源-荷匹配消納量與DG 可發(fā)電量之比，如式（4）所示。源-荷匹配消納量是在自然氣象資源以及當(dāng)前負荷下，DG能送到配電系統(tǒng)的電能，即不考慮網(wǎng)絡(luò)約束時的DG 發(fā)電量。

式中：PGL，t為t時段的源-荷匹配消納功率。

針對DG 供電區(qū)（即配電網(wǎng)中由DG 向負荷供電的連通區(qū)域），源-荷匹配消納量的表達式為：

當(dāng)負荷需求較小時，為避免倒送，源-荷匹配消納量將低于DG 可發(fā)電量，源-荷匹配消納率會低于100%。

1.2.2 源-網(wǎng)-荷匹配消納率

源-網(wǎng)-荷匹配消納率定義為觀測周期內(nèi)源-網(wǎng)-荷匹配消納量與DG 可發(fā)電量之比［26］，如式（6）所示。源-網(wǎng)-荷匹配消納量（即DG 實際發(fā)電量）是在氣象資源以及當(dāng)前負荷下受網(wǎng)絡(luò)約束制約時DG 能送到配電系統(tǒng)的電能。

式中：PGNL，t為t時段的源-網(wǎng)-荷匹配消納功率。

式（4）和式（6）中，消納率越趨近于100%，DG消納量越大，配電網(wǎng)對DG 的消納效果越好。

1.2.3 源-荷匹配消納率和源-網(wǎng)-荷匹配消納率的關(guān)系

λGL與100%之間的差距體現(xiàn)了負荷水平對DG消納的制約，λGNL與λGL之間的差距體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)約束對DG 消納的制約，如圖1 所示。

圖1 負荷水平和網(wǎng)絡(luò)約束對DG 消納的制約示意圖Fig.1 Schematic diagram of load level and network constraints restricting DG accommodation

通過運行和規(guī)劃措施，例如調(diào)壓、需求響應(yīng)、儲能及改變負荷和DG 接入位置等手段，可使源-網(wǎng)-荷匹配消納率更接近源-荷匹配消納率。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)約束對DG 消納不構(gòu)成限制時，這2 個消納率相等。

可見，源-荷匹配消納率關(guān)注源-荷匹配對DG 消納的影響，代表負荷與DG 自然匹配時的消納能力，其出發(fā)點與匹配度一致；源-網(wǎng)-荷匹配消納率關(guān)注源-網(wǎng)-荷三者匹配對DG 消納的影響，考慮了網(wǎng)絡(luò)約束，代表了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)下負荷消納DG 的能力，是最終消納結(jié)果，彌補了前者和匹配度中未體現(xiàn)的配電網(wǎng)安全約束對消納的影響。本章所涉及字母符號詳細的物理意義說明見附錄A 表A1。

2 源-荷匹配消納率的計算方法

匹配度是因，消納率是果。在因果關(guān)系中，“果”又分為源-荷匹配消納率和源-網(wǎng)-荷匹配消納率。于前者而言，匹配度是唯一的“因”，因此，本章由匹配度直接推導(dǎo)出源-荷匹配消納率，并給出針對FDN和RDN 的計算方法。源-網(wǎng)-荷匹配消納率的“因”還有網(wǎng)絡(luò)約束，計算方法在第3 章介紹。

為便于表述，先定義名詞“總體”和“局部”?！翱傮w”指整個配電網(wǎng)；“局部”指從變電站低壓母線出發(fā)、以柔性多狀態(tài)開關(guān)（soft open point，SOP）或聯(lián)絡(luò)開關(guān)為界的供電區(qū)域。以圖2 的FDN 與RDN 為例 說 明，圖 中，F(xiàn)i為 饋 線i；Bi，j為 饋 線 段，即Fi的 第j段；Li，j為Fi的負荷j。

從圖2 可知：1）FDN 中，DG 供電區(qū)為總體，這是因為FDN 中柔性開關(guān)替代了聯(lián)絡(luò)開關(guān)，總體是連通的，局部間的DG 可以進行功率支援；2）RDN 中，DG 供電區(qū)為局部，這是因為RDN 閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行，局部連通但總體不連通，局部間的DG 不發(fā)生功率交換。

圖2 FDN 與RDN 結(jié) 構(gòu) 圖Fig.2 Structure diagram of FDN and RDN

假定饋線出口無潮流倒送。由式（2）—式（4）推導(dǎo)出某DG 供電區(qū)的匹配度和源-荷匹配消納率的關(guān)系如式（7）所示，推導(dǎo)過程見附錄B 式（B1）和式（B2）。

式（7）的應(yīng)用對象為DG 供電區(qū)，F(xiàn)DN 的DG 供電區(qū)為總體，利用式（7）能直接計算FDN 總體的源-荷匹配消納率。

針對RDN，DG 供電區(qū)為某個局部，式（7）只能計算某個RDN 局部的源-荷匹配消納率，再借助式（4）得到總體數(shù)值，具體過程如下：

1）計算局部的源-荷匹配消納率。各個局部的匹配度由式（2）和式（3）可得，代入式（7）得到它們的源-荷匹配消納率。

2）計算總體的源-荷匹配消納率。將局部的源-荷匹配消納率分別代入式（4），得到它們的源-荷匹配消納量，其代數(shù)和為RDN 總體的源-荷匹配消納量；再代入式（4），得到RDN 總體的源-荷匹配消納率。

上述方法不是計算源-荷匹配消納率的唯一方法。源-荷匹配消納率還可根據(jù)定義式（4）計算。對于式（4）中分子源-荷匹配消納量，F(xiàn)DN 可由式（5）中積分運算計算得到；RDN 須先根據(jù)式（5）中積分運算計算局部值，再求和得到總體值。

該方法的意義在于還能解釋匹配度與源-荷匹配消納率間的因果關(guān)系，具體如下：

1）EΩ≥0，即DG 與負荷匹配時，DG 出力可被全額消納，源-荷匹配消納率為100%；

2）EΩ＜0，即DG 與 負 荷 不 匹 配 時，匹 配 度 越小，源-荷匹配消納率越低。

3 源-網(wǎng)-荷匹配消納率的計算方法

本文源-網(wǎng)-荷匹配消納率的計算借助時序生產(chǎn)模擬模型［28］，因為它更接近實際電網(wǎng)真實運行情況，能夠反映網(wǎng)絡(luò)約束以及可再生能源出力特性。模型采用直流潮流計算，其結(jié)果是觀測時間內(nèi)的源-網(wǎng)-荷匹配消納量。RDN 模型僅安全約束［29］不同于FDN。

DG 和負荷的功率匹配有利于電壓安全，但功率匹配后，也可能存在局部電壓越限。因此，有必要進行電壓校驗，并針對電壓越界情況，對源-網(wǎng)-荷匹配消納量進行修正，再計算源-網(wǎng)-荷匹配消納率。源-網(wǎng)-荷匹配消納率的計算步驟如下：

步驟1：源-網(wǎng)-荷匹配消納量計算。根據(jù)附錄C式（C1）—式（C10）和圖C1 計算流程，建立時序生產(chǎn)模擬模型并求解，得到源-網(wǎng)-荷匹配消納量。

步驟2：節(jié)點電壓校驗。采用文獻［30］方法計算節(jié)點電壓偏移，詳見附錄C 式（C11）—式（C13）。根據(jù)附錄C 式（C14）判斷是否存在節(jié)點電壓越限，若存在電壓越限，則進入步驟3；反之，直接進入步驟4。

步驟3：消納結(jié)果修正。針對電壓越限節(jié)點，利用附錄C 式（C13）計算使電壓臨界安全的節(jié)點功率，結(jié)果減去DG 節(jié)點削減量，得到修正后的源-網(wǎng)-荷匹配消納量。

步驟4：源-網(wǎng)-荷匹配消納率計算。將源-荷匹配消納量代入式（6），得到源-網(wǎng)-荷匹配消納率。

4 算例分析

4.1 算例概況與研究思路

4.1.1 算例概況

為清晰說明本文方法，先采用如圖2 所示的FDN 與RDN 簡單算例，再采用某城市配電網(wǎng)實際算例驗證，詳見附錄D。

在圖2 算例中，饋線容量為10 MV·A，饋線段長度均為420 m，阻抗為0.8+j0.9 Ω/km，SOP 容量為10 MV·A，負荷功率因數(shù)為0.90。

在高滲透率背景下，設(shè)計3 個典型場景分析FDN 對間歇性DG 的消納能力。場景1：總體匹配、局部不匹配；場景2：總體、局部均不匹配；場景3：總體、局部均匹配。各場景采用同一組負荷數(shù)據(jù)，負荷總用電量為597.8 MW·h，詳細數(shù)據(jù)見附錄E 表E1。

對50%、100%的容量滲透率（DG 裝機容量分別為8 MW 和16 MW）進行分析，算例中DG 的時序出力特性同文獻［31］。50%容量滲透率的各場景DG 出力數(shù)據(jù)見附錄E 表E2。100%容量滲透率的算例見附錄F。

4.1.2 研究思路

1）針對3 個典型場景，先分別計算FDN 和RDN的小時消納率，分析24 h 變化規(guī)律，然后統(tǒng)計全天的消納率總值并對比分析。源-荷匹配消納率根據(jù)式（4）或式（7）計算，源-網(wǎng)-荷匹配消納率根據(jù)式（6）和附錄C 式（C1）—式（C14）計算。

2）匯總各場景全天的消納率與匹配度，進一步研究二者的關(guān)系。

3）根據(jù)各場景的24 h 消納率，分析阻礙DG 消納的因素，并提出改善措施。

4.2 匹配度與消納率計算及分析

篇幅所限，場景1～3 的匹配度和消納率詳細計算及分析過程分別見附錄G～附錄I。正文中以場景1 的13：00 為例進行介紹。

根據(jù)DG 和負荷功率數(shù)據(jù)，由式（1）得到13：00時DG 和負荷的匹配性，如表1 所示。

表1 13:00 時DG 輸出功率和負荷功率的匹配性Table 1 Matching of DG output power and load power at 13:00

由表1 可知，對于配電網(wǎng)總體，DG 可輸出功率與負荷功率相匹配，前者小于后者，因此能夠被全額消納；對于局部2，亦是如此。反之，對于局部1，二者不匹配，即DG 可輸出功率大于負荷需求，超出部分被棄用。

13：00 時匹配度與消納率的計算結(jié)果如表2所示。

表2 13:00 時匹配度與消納率的計算結(jié)果Table2 Calculation results of matching degree and accommodation ratio at 13:00

由表1 和表2 得到如下兩方面的結(jié)論：

1）負荷水平對DG 消納的制約

FDN 的DG 供電區(qū)為總體且DG 與負荷匹配，負荷水平不限制DG 出力，總體的源-荷匹配消納率為100%。RDN 的DG 供電區(qū)為局部，局部1 的DG與負荷不匹配，負荷水平限制部分DG 出力，源-荷匹配消納率為60.5%；局部2 的匹配度為正，源-荷匹配消納率為100%；最終受負荷水平制約RDN 總體的源-荷匹配消納率為68.2%。

2）網(wǎng)絡(luò)約束對DG 消納的制約

RDN 總體和局部的源-網(wǎng)-荷匹配消納率與源-荷匹配消納率皆相等，表明網(wǎng)絡(luò)約束沒有阻礙DG消納；FDN 局部1 的源-網(wǎng)-荷匹配消納率相比源-荷匹配消納率降低6.5%，表明網(wǎng)絡(luò)約束阻礙了DG 消納。最終導(dǎo)致FDN 總體的源-網(wǎng)-荷匹配消納率相比源-荷匹配消納率降低5.2%，配電網(wǎng)的運行情況見附錄G 圖G2。

按上述方法依次對每小時的消納率進行計算分析，典型場景中節(jié)點最大電壓偏移為-4.3%，滿足[-7%，7%]［32］的電壓約束，無須修正。

4.3 各場景匯總分析

匯總各場景下FDN 與RDN 全天的消納率與匹配度，分析并總結(jié)二者的關(guān)系。

4.3.1 匹配情況

存在的3 種匹配情況如下：

匹配情況1：總體匹配、局部不匹配。此時，F(xiàn)DN 能在局部間進一步再分配功率，全額消納DG出力，因而，F(xiàn)DN 能顯著提升源-荷匹配消納率至100%。

匹配情況2：總體和局部均不匹配。此時，由于負荷與DG 出力存在差距，再分配后DG 仍有盈余，F(xiàn)DN 對源-荷匹配消納率有一定的提升，提升后仍低于100%。

匹配情況3：總體和局部均匹配。此時，RDN 和FDN 的源-荷匹配消納率均為100%，F(xiàn)DN 沒有提升作用。

總體不匹配、局部匹配的情況是不存在的。因為局部匹配意味著它們的DG 出力均小于負荷需求，那么總體的DG 出力必然小于負荷需求，亦即總體匹配。

4.3.2 匹配度與消納率的關(guān)系

典型場景FDN 與RDN 全天的消納率與匹配度結(jié)果繪制于圖3，詳見附錄J 表J1。

圖3 3 個典型場景FDN 與RDN 的匹配度與消納率Fig.3 Matching degree and accommodation ratio of RDN and FDN in three typical scenarios

由圖3 可以得出以下結(jié)論：

結(jié)論1：源-荷匹配消納率由DG 供電區(qū)的匹配度決定。FDN 的源-荷匹配消納率僅由總體匹配度決定；RDN 的源-荷匹配消納率由各個局部匹配度共同決定。這是因為匹配度和源-荷匹配消納率間的因果關(guān)系針對DG 供電區(qū)成立，而FDN 的DG 供電區(qū)為總體，RDN 的DG 供電區(qū)為局部。

結(jié)論2：只有局部不匹配時，F(xiàn)DN 才能提升源-荷匹配消納率，提升比例由局部匹配度和總體匹配度共同決定。

結(jié)論3：FDN 源-網(wǎng)-荷匹配消納率低于源-荷匹配消納率。分析發(fā)現(xiàn)限制FDN 消納DG 的關(guān)鍵是DG 接入點兩側(cè)的饋線段容量及節(jié)點電壓，詳見4.4 節(jié)。

以上結(jié)論的論證過程見附錄J。綜上，結(jié)論1 和結(jié)論2 表明FDN 通過局部間的功率再分配能夠更好消納DG；結(jié)論3 表明FDN 在實際消納DG 的過程中存在瓶頸。

24 h 消納率數(shù)據(jù)也印證了上述結(jié)論，同時反映FDN 對消納率的提升隨時間變化，觀察發(fā)現(xiàn)：FDN對消納率的提升作用更多出現(xiàn)在正午和夜間。這是因為光伏和風(fēng)電在時序上呈現(xiàn)互補特性，正午時光伏出力較大、風(fēng)電出力較小，此時FDN 通過轉(zhuǎn)帶光伏盈余彌補風(fēng)電出力不足；夜間則與之相反。

4.4 消納瓶頸及改善措施

4.4.1 消納瓶頸

首先，F(xiàn)DN 和RDN 源-荷匹配消納率存在低于100%的情況，如圖3 中場景2 下的FDN 及場景1 和場景2 下的RDN。由4.3.2 節(jié)結(jié)論1 可知，原因在于DG 與負荷不匹配。

其次，F(xiàn)DN 和RDN 源-網(wǎng)-荷匹配消納率通常低于源-荷匹配消納率，如圖3中各典型場景所示，附錄K表K1 和表K2 列舉了多個時刻DG 功率消納情況。

分析原因可知，幾個特別的饋線段容量不足是限制DG 消納的瓶頸。由阻礙DG 消納的饋線段在圖2 中的位置可知：1）DG 接入點兩側(cè)的饋線段易發(fā)生過載；2）只有DG 接入點一側(cè)的總DG 裝機容量大于饋線容量時，該側(cè)饋線段才可能成為消納瓶頸。分析過程見附錄K 第K2 章。此外，DG 節(jié)點電壓越限也會導(dǎo)致源-網(wǎng)-荷匹配消納率降低，詳見附錄D表D5 和表D6。

綜上，消納瓶頸首先是DG 與負荷的時序匹配性不高，其次是DG 接入點兩側(cè)饋線段容量和節(jié)點電壓不足。

4.4.2 改善措施

針對DG 消納瓶頸，首先采取運行優(yōu)化措施，具體如下：

1）實施需求響應(yīng)，通過降低電價、鼓勵用戶用電，提升DG 消納水平。若需求響應(yīng)結(jié)果是削減負荷，則會導(dǎo)致消納水平降低。

2）利用已安裝的儲能裝置，優(yōu)化DG 出力以滿足負荷時序用電需求。

3）對傳統(tǒng)配電網(wǎng)進行重構(gòu)，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓撲改善潮流分布。

上述運行措施體現(xiàn)了本文“利用負荷消納DG”的消納思路，是首選的消納措施，相比配置儲能等規(guī)劃措施，也是更經(jīng)濟的措施。

若運行措施無法滿足消納目標，還可采取規(guī)劃措施，具體如下：

1）優(yōu)化負荷接入不同饋線的方案，從而改變饋線負荷大小和負荷曲線；

2）DG 優(yōu)先分散接入負荷集中區(qū)域，保證DG 出力就近消納而非大量盈余集中外送；

3）DG 接入點兩側(cè)饋線段擴容，容量由功率峰值確定，以確保DG 供電路徑暢通；

4）配置儲能，補償DG 出力間歇性，對凈負荷開展削峰填谷；

5）升級到FDN，利用柔性開關(guān)的潮流控制能力，擴大DG 消納范圍。

采取上述措施后，仍可用本文方法進行消納分析，只需將采取措施后的負荷、DG、儲能的功率曲線代入計算，得到新的匹配度以及消納率。例如，針對RDN 算例場景1，采取了如下措施：在運行上實施需求響應(yīng)，局部匹配度和源-網(wǎng)-荷匹配消納率均有提升；再在規(guī)劃上采取饋線擴容，源-網(wǎng)-荷匹配消納率進一步提升，詳見附錄K 第K3 章。

本文重點研究的FDN 僅為待選措施之一，且需在局部不匹配場景下才能促進消納。

5 結(jié)語

FDN 是基于電力電子技術(shù)的新型配電網(wǎng)。本文研究了FDN 對間歇性DG 的消納能力，并與傳統(tǒng)RDN 對比，貢獻如下：

1）為定量衡量DG 與負荷的匹配程度，提出了匹配度的概念；為解釋消納結(jié)果，將現(xiàn)有消納率指標分為源-荷匹配消納率和源-網(wǎng)-荷匹配消納率，分別體現(xiàn)消納能力受負荷和網(wǎng)絡(luò)的制約程度。

2）提出了基于匹配度的源-荷匹配消納率計算方法和基于直流時序生產(chǎn)模擬的源-網(wǎng)-荷匹配消納率計算方法及電壓校驗修正方法。

3）用FDN 和RDN 算例驗證了上述定義與消納分析方法，并得出FDN 消納的機理。（1）源-荷匹配消納率僅由DG 供電區(qū)的匹配度決定。FDN 的源-荷匹配消納率取決于總體匹配度；RDN 的源-荷匹配消納率取決于局部匹配度。（2）源-網(wǎng)-荷匹配消納率由匹配度和配電網(wǎng)安全約束決定，運行和規(guī)劃措施能使其更接近源-荷匹配消納率。（3）FDN 只在局部不匹配時才能提升消納率；局部匹配時，F(xiàn)DN 對消納無提升作用；FDN 消納也存在瓶頸：首先是DG與負荷的時序匹配性不高，其次是DG 接入點兩側(cè)饋線段容量和節(jié)點電壓不足。

柔性化只是一種消納措施，解決大規(guī)模消納問題還應(yīng)采取綜合措施。例如：先要合理規(guī)劃負荷和DG 接入，利用負荷消納DG；再考慮DG 自身調(diào)節(jié)、無功配置、需求響應(yīng)、加裝儲能、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等措施。

DG 消納和電力電子柔性化是未來配電網(wǎng)研究的重要子領(lǐng)域。本文建立了一套新的FDN 消納DG 的量化分析指標及方法，從DG 消納角度對配電網(wǎng)柔性化改造提供了支撐。FDN 成本高，是否投建還需綜合考慮其在負載均衡、可靠性等方面的作用。后續(xù)研究將針對局部電壓約束更嚴格的場景，引入交流潮流模型；配置儲能、可控DG 等資源，考慮潮流倒送上一級電網(wǎng)場景以及考慮經(jīng)濟性因素。

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