主动配电网规划和运行关键技术分析

吴稀西 喇先寿 段纪鹏 方晓曦 马俊杰

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-1887

作者简介：

吴稀西（1986—），女，硕士，高级工程师，研究方向为电网规划、新型电力系统。

喇先寿（1990—），男，本科，工程师，主要研究方向为配电网规划。

段纪鹏（1992—），男，本科，工程师，研究方向为投资管理及配电网规划。

摘要：在当前能源与环境问题日趋严重的背景下，分布式能源被越来越多的人所重视。但是，由于分布式电源自身的特性，以及其间歇性的随机、波动特性，使传统配电网络的灵活性不足，给电网的安全稳定运行带来了极大的挑战。近年来，随着智能电网等相关技术的发展与应用，使配电网络呈现出一种开放性的特点。但是，在新能源占比不断增加的同时，新能源接入也给配电网络带来了诸多负面效应。主动配电网络（Active Distribution Network， ADN）就是为解决上述问题而提出的。在主动配网中，新能源接入可使其具有更高的灵活与高效性，并可有效提升其安全稳定程度，降低其对传统电网的冲击。对 ADN在规划、运行过程中面临的问题与挑战进行了分析。关键词：主动配电网  示范条件  运行  关键技术

中图分类号：TM73

主动配电网是一种新兴的供电方式，它综合利用可再生能源、储能装置、智能控制等多种技术，对其进行主动控制与优化。本项目研究了基于分布式能源（如太阳能、风能、燃料电池等）的接入，以实现对电网的自主调控与优化。能量存储是指能量储存装置（如蓄电池、液流电池等）。电网的接入，可使电网有源可调，最优运行；智能控制就是将人工智能、机器学习等技术引入到电力系统中，使其能够自主地、最优地运行。

1 ADN规划

1.1 ADN设备优化配置

在主动配电网规划中，为了保证系统能够满足负荷需求，提高系统的灵活度，对主动配电网进行优化配置是非常必要的。当前，有源电力网设备的最优配置方法有整数规划、无约束规划、遗传算法模拟退火以及动态规划等。本项目以主动配电网为研究对象，采用整数规划与非约束规划相结合的方式，建立主动配电网装备最优配置模型，以提升配电网的运行效率与精度[1-2]。

1.2 ADN规划与配电网规划的融合

分布式电源的接入对配电网络的规划提出了新的要求。一方面，由于分布式电源出力的不确定度增大，使配电网络规划面临更多的不确定因素；同时，在市场化进程中，配电网络的规划也将受到更多的市场化约束。为此，有必要把有源电力网络的规划和配电网络的规划有机地结合起来，才能更好地解决今后配电网络所面对的各种问题。当前，主动配网规划主要采用两种方式：（1）将主动配网规划与配电网络相分离，兼顾分布式电源接入。在此基础上，将有源电力网络规划作为配电网络规划的子问题加以解决。本项目提出的主动配网方案能够有效地应对主动配网的不确定问题，然而，新能源出力的预测误差却忽视了主动配网规划中蓄能接入容量的主动配网规划等约束条件。（2）主动配电网络与主动配电网络相结合，将主动配电网络从配电网络中分离出来。同时，将分布式电源与新能源出力的不确定因素引入到配电网络模型中。将会对 ADN进行合理的配置（如图1所示）。

2 ADN运行控制

主动配电网的操作控制可以划分为负荷控制与主动控制两大类。负载控制就是通过对配电网络中的负载进行分析，根据系统中分布式电源的出力特征和负载特征，对分布式电源进行最优的功率分配，从而实现与电网的协调。随着新能源比例的不断增加，主动配电网的运行控制面临着新的问题与挑战。为实现主动配网的柔性互联与友好交互，需对传统配电网络中各类设备进行统一协调与管理，以达到多目标最优求解。例如：在分布式电源局部控制或者在直流配网中采用电压/无功两个层次，最大限度地发挥新能源出力的特点以及配电网中各类设备的工作特点。在传统的配电网络中，通常仅考虑源、荷两方的协同协作。但是，受电力波动、间歇性等因素影响，主动电网中新能源出力的随机性，使得大量新能源接入到配电网络中，会产生协同效应。为此，需要综合考虑多目标，如配电装置、负荷运行特点等，对其进行优化控制。主动配电网是主动配电网的一项关键技术，为主动配电网提供灵活的组网与友好的人机交互。其中，强化学习、知识图谱、深度神经网络、深度学习等是近年来发展起来的一种新方法。加强学习就是在不断地与外部环境相互作用的过程中，不断地提高自己的学习能力。知识图谱是一种可以用来刻画和表示知识内容的图方法。深度学习是近年来兴起的一种机器学习方法。针对主动配网的运行控制问题，提出采用动态电压/无功调节技术，以改善主动配网的安全、稳定运行；通过对光伏出力曲线的优化，实现了对分布式电源的合理配置；为改善配电系统的安全可靠，可将柔性直流输电技术应用于配电网络的调控与控制中[3-4]。

3 ADN调度优化

3.1可再生能源消纳

在存储可再生能源方面存在两大难题。首先，如何解决新能源消纳能力不强、消纳能力不强等难题。其次，如何降低新能源对配电网络的冲击，又能保证配电网络的安全、稳定运行。针对前者，本项目拟通过降低新能源发电功率波动所带来的备用容量需求，来抑制新能源发电的波动性。针对后一种情况，可以采取多种措施来降低可再生能量的存储，具体叙述如下。

一是在保证电网安全稳定运行的情况下，适度地增大备用容量。在不考虑存储费用的情况下，为了提高系统的备用容量，需要对各种储能资源在电网中的分布进行合理规划。实现了对可再生能源发电量的预报。二是在对可再生能源发电量进行预测时，采用修正系数、光滑系数等方法，降低了预报的误差。三是对已有的配电网进行有效的整合。例如：在配电网络中，如何对已有的负载进行合理的利用，以改善配电网络中分散电源的功率预报的准确性。第四，要发挥分散供电的优点。

3.2 ADN内分布式电源优化运行

在主动配电网中，配电网的供电水平取决于多种因素，如何优化配电网的经济性能是配电网的最佳运行状态。这是决定其安全性与稳定性的一个重要因素。在优化过程中，主要采用敏感性分析法和整体规划法两种方法。在此基础上，提出了一种基于敏感性分析的最优控制算法，即通过对各个设备的工作状况进行分析，从而对系统中各个设备间的相互作用进行分析。获得一条界限，以确定系统操作的弱点。即通过调整各装置的运行参数，从而达到改善整个系统性能的目的。在决定配电网等级时，可采用敏感性分析法或整体计划法来决定配电网水平。敏感性分析法能够综合考虑各装置的工作状况和各因素对系统的影响程度，从而决定其出力大小。

3.3可再生能源出力预测

目前，可再生资源的生产已有两大类。一是以历史资料为基础，如历史回归分析、时序分析等；二是以随机过程为基础，如灰色预测、 BP神经网络等。在这种模型中， BP神经网络模型是比较常用的一种，它有 Elman神经网络模型和小波神经网络模型。本项目提出的新能源消纳能力预测方法，可以满足多个应用场景下新能源消纳能力的需求。虽然神经网络对于新能源发电之预测有其优越性。但其不足之处在于：（1）网络训练样本少，易产生错误；（2）神经网络在学习时易出现局部极小现象；（3）神经网络的误差随预测误差的增大而增大，从而降低了预测的准确性。

4.1可靠性指标

当前，主动配电网的可靠度评估方法主要有两个方面：一是针对新能源接入的主动配电网可靠性评估；二是探讨了能量储存装置对电力系统的可靠度的影响。针对电网互联对电网可靠度的影响，部分学者提出了基于蒙特卡洛仿真的电网可靠度评价方法，但其仅对已有信息进行估计，无法反映电网规划与运行方案对电网可靠度的影响。本项目提出了一种新能源发电系统的新能源发电系统，并对其进行了仿真分析。然而，现有研究仅考虑新能源出力的不确定因素，未能体现储能装置对电力系统可靠性的影响。因此，在主动配电网的规划与运行中，需要综合考虑储能装置对电网可靠度的影响，即新能源出力的不确定度与能耗。在此基础上，本项目将新能源出力的不确定因素纳入其中，并综合考虑新能源出力和负荷的相互关联，并结合储能装置对系统运行状态的影响。

4.2环保性指标

ADN的环境评价指标主要有：环境污染与资源消耗。因此，对 ADN进行环境效益评估是十分必要的。从能源消费角度看，分布式能源及储能装置对电网的整体效益有较大的影响。因此，对 ADN的环境友好度进行评价是十分必要的。在对资源消费进行评价时，可根据系统运行过程中各类能耗占能耗总量的比重来确定。在评价时，要考虑到可再生能源产生的环境效应和风电、光伏发电对环境的影响。有源网络的工作方式分为有源工作方式和无源工作方式。在主动工作方式下，由于工作状态的改变，使其工作方式能够适应各种要求，因此具有很好的弹性和适应性。无源方式以其工作状态为依据，可控性强、稳定性好。为度量主动配电网的环保程度，需要对其在规划与运行阶段进行综合评价[5-6]。

5结语综上所述，主动配网中新能源出力具有随机性、波动性、间歇性等特点，给配电网络的安全稳定运行带来极大的挑战。针对上述问题，本项目拟开展如下研究：（1）通过对分布式电源的合理布置，以及对分布式电源的优化配置，实现分布式电源的高效利用，提升配电网络的灵活性；（2）以智能电网为手段，对各类资源（如电动汽车充电设施、分布式能源发电等）进行优化配置，以提升系统运行效率为目标；（3）针对主动配电网中可再生能源的灵活调控问题，以保障主动配电网的安全、稳定运行为目标，从主动配电网的规划与运行两个角度，开展主动配电网的关键技术研究，为主动配网技术的发展与应用奠定基础。

参考文献[1] 冉子晗.能源互联网视角下主动配电网规划模式研究[D].吉林：东北电力大学，2022.

[2] 雷大勇.交直流混合主动配电网规划模型及其求解方法研究[D].南昌：南昌大学，2022.

[3] 罗志杰.主动配电网适应性与扩展性规划研究[D].济南：山东大学，2022.

[4] 拓一博.考虑源网储协同的主动配电网规划方法研究[D].北京：华北电力大学（北京），2022.

[5] 邓正臣.主动配电网规划研究与综述[J]. 科技创新与应用，2021，11（12）：56-58，62.

[6] 李鹏，王子轩，侯磊，等.基于重复博弈的区域综合能源系统优化运行分析[J].电力系统自动化，2019，43（14）：81-89.