張海浪

（國網陜西省電力有限公司延安供電公司，陜西 延安 716000）

1 主動配電網概念與特征

1.1 概念由來

2004 年，英國學者首次刊登和主動配電網技術相關的研究性論文，題目為“含分布式電源配電網的主動管理與保護”（Active Management and Protection of Distriˉ bution Networks with Distributed Generation）。2006 年，國際大電網會議CIGRE 正式創(chuàng)立C6.11 工作組，全權對有源配電網絡（active distribution networks, ADN）及其相關問題展開研究[1]。2008 年，CIGRE 配電與分布式發(fā)電專委會（C6）首次給出了ADN 的界定：ADN，即利用彈性的拓撲結構對潮流進行管理，以便對分布式能源（distributed energy resource, DER）實施主動控制、管理[2]。2012 年舉辦的CIGRE 年會上，很多DER 均已成功接入配電網。至此，CIGREC6 正式對ADN 進行改名——主動配電系統(tǒng)（ active distribution system,ADS）。同時，對分布式能源進行了劃分：①分布式發(fā)電（distributed generation, DG）。②分布式電儲能（electriˉ cal energy etorage, EES）。③可控負荷（controllable load, CL）。④可再生能源（ renewable energy source,RES），如光伏或是風力發(fā)電。CL 涵蓋了電動汽車（electric vehicle, EV）以及響應負荷（responsive load，RL）[3]。CIGREC6 對此給出的界定和提出的構成設想，深得CIRED、IEEE 兩大國際性組織的認可。范明天教授同樣也圍繞ADS 技術在國內外的進展情況展開全面地追蹤。另有學者也提到，各國已從概念設計、實施驗證以及模型算法等諸多層面上，對ADS 展開了初步研究。不過，根據C6.19 工作組對5 大洲（電力企業(yè)的覆蓋數(shù)量≥20 個）針對ADS 規(guī)劃得到的調研數(shù)據，除歐洲部分外，很多國家并未將ADS 融入至配電網規(guī)劃、建設的范疇。為此，主動管理、控制至今仍停留在探索期。

1.2 主動配電網的特點

分布式新能源正式以大規(guī)模形式接入配電網后，服務于電網管理和運行的新配用電技術，具備獨特的三元結構，也就是“分布式新電源－配電網－用電負荷”。區(qū)別于二元結構，ADS 技術可以對分布式電源本身的性能進行“主動地”分析、預測，利用分布式資源來完成后續(xù)的控制、管理，從而減少分布式能源對電網造成的不利影響。根據前述功能，ADS 擁有如下4 個基本的特征：①有可控的分布式資源。②有相對較強的可觀可控能力。③有便于協(xié)調優(yōu)化的控制中心。④有調節(jié)自如的網絡拓撲結構。

“可觀性”是ADS 控制中心能夠對主網、配電網以及用戶側承載的負荷大小、包括分布式電源在電網中的運行狀態(tài)進行監(jiān)測[4]。在此前提下，預測主配電網今后的發(fā)展狀態(tài)，并提出具體的優(yōu)化協(xié)調策略?！翱煽匦浴奔茨軌驅Ψ植际诫娫?、負荷還有儲能進行靈活地控制。一旦協(xié)調控制策略落地后，控制中心就可以立即執(zhí)行?！爸鲃有浴敝傅氖强梢詫撛诘哪承┪ｋU進行預測，同時提出針對性的應對措施，由控制中心負責具體的事宜。

2 新能源接入對配電網規(guī)劃的必要性

在現(xiàn)代社會，電能成為社會建設和日常生活不可或缺的能源。伴隨生活水平的逐步提升，社會各行業(yè)對電能的需求也在日漸擴增。在規(guī)劃調度的重壓下，電網運行缺乏很高的安全性，能源處理、使用情況也變得更加嚴峻，對電網運維帶來較大的影響。正因為此，有必要從應用方面對新能源電力進行設計，探究將新能源接入主配網中應具備的關鍵技術。社會在進步，主配網運行對居民生活更加重要。而新能源接入，反過來也會阻礙經濟的增長。主配網規(guī)劃和新能源介入，對電力系統(tǒng)后期運維也有很大的意義。該過程中，接入設備是電網運維的傳輸工具，同時也關系到新能源電力的正常傳輸。為此，在接入的同時也要保證新能源引入電網系統(tǒng)的經濟性，幫助電力企業(yè)節(jié)省人力、生產成本。現(xiàn)代社會，居民用電量正在逐步攀升，主配網規(guī)劃和電力調度也迎來新的發(fā)展機會。配電網的順暢運行關系到社會生產和生活秩序的穩(wěn)定，可見，確保運維和規(guī)劃安全性很有必要。伴隨電網的大規(guī)模投建和并網運行，對能源需求量和采集范圍也有新的需求。同樣地，新能源電力也迎來新的機遇，提出新型的電力管理模式和應用技術。很大程度上，擴大了電網調度的安全性。在主配網運行中，要求電新能源電力具備較高的服務能力，也要留出一定的可擴展性。從當前情況分析，想要提高新能源電力整體的應用水平，重點是要對新能源接入后給整個主配網規(guī)劃、管理方面帶來的不同影響，使其滿足電網運行的基本要求。新能源本身就是電網規(guī)劃的重點，其正常接入有助于提高配網系統(tǒng)在運行階段的安全、經濟性。尤其每年進入夏季，用電量也會步入高峰期。用電量大幅驟增，這對供電系統(tǒng)也是一種不小的挑戰(zhàn)。配電能源不得不承受巨大的壓力，供電系統(tǒng)因能源匱乏也會出現(xiàn)多起故障事件，造成供電中斷，不僅阻礙了社會建設的整個進程，而且給地方群眾的生活帶來各種不便。唯有確保新能源的安全接入，才能從根本上提高主配網整體的輸電質量和效率，推動電力系統(tǒng)的安全、長久運行。另外，利用新能源來輔助電網規(guī)劃，還可以幫助電力企業(yè)節(jié)省大量的能耗?？梢?，新能源接入和技術應用有顯著的環(huán)保意義，也是從傳統(tǒng)電網過渡到主配網的可靠之選。

3 新能源發(fā)電接人主配電網的影響

3.1 對ADS 規(guī)劃的影響

分布式新能源廣泛接入，需要重新對基礎數(shù)據、規(guī)劃目標、網架設計、通信自動化這些模塊進行規(guī)劃、調整。國家電網推行的《配電網規(guī)劃設計導則》還有《配電網規(guī)劃設計手冊》這幾本指南，同樣也要作出二次地修訂、補充。ADS 技術的核心目標在于解決新能源消納方面的問題。該目標，實質上也是配電網規(guī)劃中值得深究的課題。在分布式新能源接入下，如何在中低壓層面上對“源、網”進行協(xié)同規(guī)劃、通信自動化還有自動控制等，真正明確以“主動控制”為特征的協(xié)同規(guī)劃，這才是ADS 規(guī)劃的根本點。主動配網規(guī)劃，應當全面把控變電站、新能源發(fā)電、網架、需求側響應以及環(huán)境效益這些分層、細化的目標，特別是規(guī)劃布點、設備選型還有目標架構這幾個板塊，本身就和傳統(tǒng)配網有顯著的區(qū)別。最關鍵的一點，新能源接入下的ADS 規(guī)劃除了要重構配電網絡外，也要探究運行控制方面的問題，也就是“主動控制”功能。相較于傳統(tǒng)配電網，其規(guī)劃難度、流程的確會更加復雜、棘手。

3.2 對運行控制的影響

ADS 運行控制，需遵從優(yōu)先原則，重點解決接入條件下電壓調節(jié)以及功率平衡這兩大問題，其次是新型保護配置，最后才是網絡重構。利用最新的電子裝置或是智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以很好地對ADS 電壓進行調節(jié)。利用新能源交換中心，可以解決功率平衡方面的問題。和過去相比，新保護裝置應該兼容同步、不平衡狀況、異常潮流以及恢復供電監(jiān)測等基礎性功能，該類新功能大體上也可以達到ADS 主動保護之目的。不過，想要對配網拓撲進行靈活重構，這個目標有點困難。自動配網重構，實質上也是ADS 主動控制的分內責任。配網重構有兩種不同的情形，①正常重構，②事故重構。前者，是在檢修或是正常運行條件下，通斷設備開關，更改網絡拓撲，以確保網損最低，達到理想的電壓質量，恢復正常供電。調度指令，利用“三遙”或是手動操作均可達成。而后者，即配電網已因某種故障陷入停電局面，在恢復時應當對原始的供電路徑、范圍加以優(yōu)化，以控制停電損失，提高電壓質量，確保重要用戶繼續(xù)獲得安全的電源。在配電網中，配備諸多的一二次設備，如開閉所、分段及聯(lián)絡開關、熔斷器還有自動裝置等。如何在短短數(shù)分鐘內對這些故障進行自動隔離，建立最優(yōu)供電模式，此乃ADS 技術需要攻克的最大難關。

3.3 對配電網系統(tǒng)實時監(jiān)控的影響

現(xiàn)行配電網，屬于無源放射性電網。不論信息采集、開關操作還是電力調度上，均沒有煩瑣的流程。監(jiān)測、控制管理，基本上是交給供電部門負責。新能源接入后，監(jiān)控方面變得有些復雜。我們應當將重點放在“孤島”現(xiàn)象上，做好動態(tài)監(jiān)測、預防工作。當新能源、主配電網逐步分離后，仍然會單獨向配電網傳輸電能，此時極易陷入“孤島”。在孤島上，不論電壓頻率還是大小，電網都無力把控。一旦這兩大指標超出界限，極易損壞用戶的設備。如果負載容量相比逆變器容量超出很多，則逆變器容量也會明顯過載，損壞整個逆變器，威脅檢測人員的生命安全。一旦重新合閘，則該線路上也會重新出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，其負荷也會嚴重失衡。這種情況會嚴重削弱、損害電能質量，降低供電可靠性。

3.4 新能源的接入對配電網的并網標準要求

關于新能源接入，目前并未確立統(tǒng)一的并網標準。在發(fā)電并網方面，大中型新能源很多情況下也會影響電網安全、調度和電能質量。電網系統(tǒng)成功接入后，在有功、無功功率控制上，也并未找到科學的檢測方法，特別是對逆變器、輸配電、雙向計量裝置或是控制器相關的檢測。伴隨新能源逐步在并網系統(tǒng)的推廣，對兼容能力、電量調度以及配套政策均有新的標準和要求。

4 新能源發(fā)電項目接入主動配電網的有效控制措施

4.1 優(yōu)化發(fā)電廠的規(guī)劃

不論風電還是光伏輸出，在可控性、穩(wěn)定性上均不容樂觀。使用風力、太陽能這些綠色的新能源進行發(fā)電時，為了提高供電水平和質量，防止發(fā)電過多地干擾電網運行，有必要對發(fā)電場作出科學地規(guī)劃。以風力發(fā)電場為例，它的規(guī)模很大程度上決定了風電實際的穿透功率，同時也會影響發(fā)電場最終的流量。所以，有必要對風電場進行科學地規(guī)劃。電網穿透功率，指的是在電網運行條件下，對風電機容量表現(xiàn)出來的最大承受值。短路容量比，指的是電力系統(tǒng)、風電場二者在短路容量上的具體比值。該比值越小，代表抗電能力相對也就會越強。對發(fā)電場進行規(guī)劃時，應當考慮電網的實情，重新優(yōu)化發(fā)電場，減少干擾和影響程度，提高電能傳輸質量和速度。

4.2 加強電壓穩(wěn)定性的控制

新能源接入系統(tǒng)后，可能存在電壓不穩(wěn)定的現(xiàn)象。較為常用的調壓手段：加裝分布式儲能裝置、無功補償、發(fā)電機組進相調壓以及增設專門的線路電壓調節(jié)器等。如線路電壓調節(jié)器，屬于典型的自耦式變壓器，能夠地變比進行自主調節(jié)，以確保電壓的恒定、安全輸出。在饋電線路上電壓相對偏低，或是中段位置，我們可以安裝這種調壓器，以便對線路電壓進行大規(guī)模地調控，為廣大用戶輸送穩(wěn)定的電源，維持電壓平衡，控制網絡線損。對于負荷超高、傳輸距離長或是接入分布式電源的線路來說，該裝置十分的適合。基本特征：可以對潮流方向加以檢測、把控，按需對系統(tǒng)電壓作出調整，將電壓偏差控制在國標范圍，支持對電壓柜進行雙向、頻繁地調整。

4.3 采用基于無功優(yōu)化調度的調壓措施

無功優(yōu)化調度，能夠優(yōu)化潮流在電力系統(tǒng)中的具體分布，減小網損和電壓損耗，提高電壓質量，保障電網系統(tǒng)的安全、經濟、高質量運行。傳統(tǒng)配電網，屬于一種被動式配電網，其結構是單向的，類似散射性。無功優(yōu)化，需要依托投切無功補償裝置。和被動式配電網相比，主動配電網呈現(xiàn)自身的多電源特點。同時，光伏發(fā)電或是風電等順利接入電網后，存在較強的隨機性、波動性。對主動配電網來說，無功優(yōu)化控制也會變得棘手的多，應當從不同層面上采取措施加以優(yōu)化。

4.4 引入高效需求側響應

伴隨智能電網的推廣，大規(guī)模新能源迅速出現(xiàn)，同時伴有少數(shù)調度自如的負荷群體。在調度方案中，我們也要綜合考慮，解決區(qū)域電網、個體單元二者的分歧，促進資源互補。根據國外電網多年來的運行經驗，對于間歇性新能源并網，想要確保電力的相對平衡，最好的方式還是引入需求側響應機制。也就是：對不同類型的新能源發(fā)電進行集中利用，調配資源，形成互補，從根本上提高供電質量和安全性。當新能源大規(guī)模地接入后，對傳統(tǒng)電網勢必的各個方面都會有較大的影響。特別是電能質量、調壓、穩(wěn)定性還有安全性上。利用多目標優(yōu)化調度模式，可以對現(xiàn)有的電網能源進行全方位整合，發(fā)揮出常規(guī)能源（如火電）本身的調峰能力，依托抽水蓄能電站，引入最新的技術來對風電場實際的出力水平進行調控，拓展跨區(qū)電力規(guī)模，彰顯新能源在綠色環(huán)保、循環(huán)利用方面的最大優(yōu)勢，減少該種負面的影響，節(jié)省電網在實踐中的運行成本，擴大旋轉備用容量。

5 結語

推廣使用風力、太陽能等綠色的新能源進行發(fā)電，能夠引導公民樹立較強的環(huán)保意識，幫助供電企業(yè)節(jié)省運行成本，也是能源發(fā)電今后的主流趨向。但因多種因素的限制，當主動配電網中全面接入新能源后，對運行調度、電網質量包括整體的安全穩(wěn)定性都會有較大的影響。正因為此，在新能源發(fā)電期間，我們有必要正確看待現(xiàn)存問題，剖析背后的原因，并采取針對性的應對措施，以減小新能源接入后對主動配電網造成的不良影響，推動配電網的安全、長效運行。