主动配电网的负荷规划与控制

黄新宇

（江苏省电力公司张家港市供电公司，江苏张家港 215600）

主动配电网的负荷规划与控制

黄新宇

（江苏省电力公司张家港市供电公司，江苏张家港 215600）

近年来，针对分布式可再生能源的接入和兼容的问题，主动配电网这一概念得到广泛关注。本文介绍了主动配网的定义和特征，同时介绍分布式电源对负荷优化与控制的影响，配网规划转变为综合资源规划，运行模式由单电源转为多模式，规划与运行一体化。配网规划需要考虑到多种电源、不同容量供电类型组合、可中断负荷，最后介绍了主动配电系统负荷控制技术。

主动配电 负荷优化与控制 分布式电源

伴随着可再生能源发电的大规模发展，如何接入现有电网及电网兼容性问题变得日益突出，这一问题开始得到IEEE、IET等国际学术组织的足够关注。

主动配电系统的概念在2012年CIGRE会议第一次被提出［1］，其内容主要是具备组合控制各种分布式能源（分布式电源（DG），可控负荷（CL），储能（ES），需求侧管理（DSM））能力的配电网络，建设主动配电网的目的是不仅在于能够加大配电网络对可再生能源的接纳能力，同时还可以提升配电网资产的利用率，延缓配电网的升级投资，另外还能提高用户的用电质量和供电可靠性。

主动配电网有四个特征：①具备一定分布式可控资源；②具有较完善的可观可控水平；③具有实现协调优化管理的管控中心；④具有可灵活调节的网络拓扑结构。可观性体现在主动配电网控制中心可以监测到主网、配电网和用户侧的负荷及分布式电源的运行情况，在此基础上预测其发展状态，提出优化协调控制策略。可控性体现在对分布式电源、储能、负荷的灵活有效控制上，当优化协调控制策略制定后，通过控制中心能实现有效执行。

目前对电网的监测范围只能到配电网，无法知道更多用户实际使用信息，主动配网可以知道更多用户信息，进而主动服务用户，为用户提供最优方案。供电企业可以先将网络和负荷准备好，提醒用户选择用电，用户可以随时查询实时电价，调整用电行为，可以查询附近的分布式电源自主选用，实现区域内电力资源最优分配。

1　分布式电源对负荷优化与控制的影响

分布式电源（DG）的引入改变了配电网络，使其从原来的辐射式网络变为连接众多电源和用户的网络，因而使得配电系统的控制和管理变得更加复杂。具体表现为：首先，彻底改变传统的配电网络规划和运行（如无功补偿，电压控制等）；其次，需要重新考虑在配电网自动化和需求侧管理方面的设计规划；再次，需要考虑协调分布式电源之间的控制和调度。

随着越来越多的分布式发电和需求侧电力资源的配置、多种分布式电源入网，同时电动汽车、智能家电等新兴用电领域的逐渐兴起，新型用电设施和用电方式增多，原来的电力消费者也逐渐变成了电力供应者，国家电网也从单一的电能分配角色转变为电能生产、储存、输送和分配的新型电力交换系统，能源互联网正是顺应这一变化的产物。主动配电网的建设给原有电力系统运行和控制带来新的挑战。具体表现如下：

1.1配电网规划转变为综合资源规划

分布式电源对配电网规划影响有以下几方面：

（1）对负荷预测影响。分布式电源（DG）在负荷侧能够给自身负荷供电，同时还可以将多余负荷卖给电力公司，电力公司原有的负荷预测方式都因此大受影响；

（2）对规划目标影响。原来的规划仅仅考虑配网投资运行成本最低，加入DG后，要考虑DG投资与运行成本，对于可再生能源，还应考虑配网对可再生能源的接纳能力、环保效益及可再生能源的波动性。同时由于负荷和可再生能源的随机波动，增加了配网规划的困难，需要进一步提高规划方案的适应性；

（3）对规划约束条件影响。配电网络的规划不仅要考虑满足负荷的需要，还要考虑输送DG功率的需要，另外要注意协调网架的建设与DG位置，以及协调DGY运行特性与负荷的运行特性；

（4）对规划策略影响。由于DG的投资主体多元化，存在技术要求与网架协调规划在运营上存在竞争矛盾，利益主体多元化导致矛盾产生。

1.2配电网运行由单电源模式变为多电源模式

分布式电源的引入对配电网运行产生较大影响如线路潮流、节点电压、网络损耗等，配网重构、变压器经济运行等配网优化运行的措施都要考虑到如何与分布式电源协调运行，配电网的控制管理将变得更加复杂。

1.3配网规划与运行一体化

电网规划是对预期的负荷配置足够的电源容量和网架，接入分布式电源后，配电网从原有的输电网向用户配送功率转变为承载各种分布式电源，储能设备和主动负荷的载体，协调多电源的输送和运行。

随着接入分布式电源后，配电网的潮流分布和网损发生变化，不仅电源总容量发生变化，也带来了谐波问题，馈线各负荷节点电压被抬高；同时由于故障发生时短路电流大小和方向都将改变。线路保护的灵敏度降低或者保护范围缩小，这会引起线路保护误动作，导致潜在危险。

大量分布式电源的出现使得最优规划方案变的困难。故需综合考虑资源的利用效率、电网的安全、环保运行，以提高电力系统运行的安全性，经济性为目标的一体化考虑。

2　包含分布式电源的配电网规划和控制

2.1对多种分布式资源的规划管理

ADS（active distribution system主动配电系统）中含有多种分布式资源DER（distributed energy resource）（包括DG，DSI（demand side integration 需求侧集成），EV（electricity vehicle电动汽车）等）的大量接入，配电网架构发生根本变化，即从传统的单向供电变为双向供电，随着配电网复杂性增加，导致系统运行时出现有功功率不平衡现象，因此需要考虑协调优化各种电源与负荷，以保障配电网系统的安全经济运行，同时必须采取有效检测手段及合理的治理措施以解决分布式电源接入后的电能质量问题。

传统的配电网规划基于最大负荷考虑，虽然有利于识别系统负荷水平，但没有考虑负荷时间的变化特性（季节性峰荷，瞬时负荷特性等），往往需要投入大量资金建设配电网架，供配电设备得不到充分利用，造成规划结果与实际不符。通过配电网的主动管理，可以实现如下功能：

（1）资产管理：即通过充分利用目前配电网中配置的多源量测和综合利用物联网，传感及大数据分析技术来实现。

（2）故障管理：对高可靠性用户，推广自愈技术；抢修管理系统与调度自动化和用户管理系统的集成；分岛运行（充分利用分布式电源）缩短故障停电时间。

（3）继电保护管理：继电保护定值的在线整定及适用于主动配电网的新型保护系统。

（4）供电质量管理：包括基于同步信息量测进行网络等效的主动配网安全合环技术；基于高可靠性电源主动寻找的重点用户运行风险预防管理技术；针对电压暂降和短时中断的有源快速切换管理技术；基于双端同步信息量测的单相接地故障快速电网自愈技术。

2.2不同类型供电容量最优组合规划

为了实现最优组合规划方案接近实际需求并提高资源利用率，同时实现配电营运投资成本最小，在满足用户用电需求的前提下，利用平均容量成本和年持续负荷曲线，给出可中断负荷、分布式电源以及配网扩容的容量分配方法。

其中配电扩容成本是指增加变电站数量或变电站扩容以及架设新的配电线路。

分布电源成本包括设备投资运行及管理中产生的固定及变动成本；可中断负荷成本取决于配电公司与用户签订合同所制定的补偿水平，与中断电价，中断提前通知时间，中断持续时间有关。

不同类型供电电源间容量分配基于以下原则：1）在保障电网安全运行的前提下，总供电容量满足负荷要求；2）将负荷需求分配给不同类型供电源，以实现系统总成本最低。

2.3含分布式电源和可中断负荷的配电网规划

传统规划，侧重一次电网架构的确定与变压器容量的选择。主动配电网规划强调建设坚强可靠的一次电网架构，深度协调的二次自动化系统与功能强大的智能决策支持系统。主动规划强调由配电网规划设计单位主动对区域内的分布式可再生能源发电能力进行主动评估，掌握区域内可再生能源发电的资源分布，主动规划接入点，评估消纳能力，并在必要时对电网进行前瞻性改造。

主动配电网规划必须综合考虑多种因素的影响，例如传统的一次网络设备、新型智能保护开断设备、分布式能源、新型配电设备和用于构成环网的新增配电线路的综合影响，从而实现主动配电网的安全、经济、智能化的发展。

含分布式电源的主动配电网规划是从配电运营角度出发，基于系统负荷增长的情况，在系统达到容量限制时，在满足各约束条件前提下，规划出满足负荷增长需求的最佳增容方案，方案需要考虑到可中断负荷管理调节因素后的线路架设位置，以及在适当位置安装适当容量的分布式电源。在已知可中断负荷，分布式电源和电网扩建这三种方式所承担的负荷功率确定后，规划配电网建设方案使安装分布式电源和扩建电网总费用最小。

2.4主动配电系统负荷控制技术［2］

主动配电系统中，电力公司由于能够掌握负荷的变化规律和响应特性，以及分布式能源的出力特性，所以能够通过主动控制及优化运行方式，从而实现电网的安全运行，同时能够实现对能源的综合优化利用以及为用户提供优质服务。

主动配电系统的运行控制系统将配电网络分层分区，从而形成不同电压等级、不同地区分布的控制区域。在合理考虑临近控制区影响条件下，主动配电系统对每个控制区主要实施区域局部控制。

主动配网的运行控制模式分以下3种：

（1）网侧运行控制模式。主动配电管理系统在电网侧使用的控制模式，即仅依靠直接对中压并网点开关，联络开关，储能装置，电能质量治理装置等电网侧可控设备进行控制。

（2）源-网双侧协调运行控制模式。主动配电系同在电网侧运行控制模式失效的情况下，通过用户侧微网管理系统间接地，或通过协议直接对用户侧的分布式发电系统进行有效控制，即从网端和发电端共同协调抑制其对配电网的影响。

（3）源侧运行控制模式。对于一定渗透率并网用户侧而言，应用微网管理系统（或分布式发电控制系统），对于多个零散小规模发电系统的并网，原则上应实现自发自用及少量上网，电网侧仅监测并网点状态。

仅当以上两种情况在发生影响电网稳定运行或电能质量超标时，电网侧应用ADMS直接通过并网点开关设备进行切除；

主动配电系统的核心优势在于能够对系统（系统内多种可控资源与分布式电源）实现主动管理，提高已有资产的利用率。系统可控资源是指电网侧可控资源包括柔性负载，无功补偿以及需求侧管理等，主动配电系统实时监测配电网络各关键设备运行状态，包括分布式电源运行工况，储能单元荷电状态，柔性负荷运行参数及可中断负荷的启停状态等，在满足系统各单元的约束分析条件下，实现系统能量流的全局优化管理。（主动配电系统的能量管理系统运行方式如图1）

2.5多能源系统联合运行优化控制

针对主动配网中多种能源时空特性的互补特征，对分布式发电，冷热电三联供机组，电压敏感负荷，需求侧响应（激励响应负荷），电力储能（含电动汽车），蓄热蓄冷设备进行协调优化，实现多能源系统的联合优化运行与风险平抑。（多能源系统联合运行优化控制构架如图2所示）

3　结语

面对国内严峻的能源紧缺形势与日益增长的用电需求矛盾，寻求能够大量，友好的接入主动式能源的解决方案具有重大意义，解决当前供电可靠性不足和提高电能质量是配电网未来发展的重点。随着分布式电源的接入，电动汽车和充电站在未来环境改善扮演更加重要的角色，现有的配电网控制变得更加复杂，其控制保护早已区别于传统配电网，配电网发展向主动电网迈进，发展主动配电系统，具有现实的迫切性！

［1］罗莎.主动配电系统协调运行与负荷终端管理研究［D］.长沙理工大学，2013.

［2］余南华.主动配电网技术体系设计［J］.供用电，2014（5）.

黄新宇（1972—），男，江苏张家港人，大学本科，高级工程师，高级技师，从事电力系统及其自动化方面工作。