主動配電網(wǎng)與微電網(wǎng)發(fā)展趨勢研究

覃楊 何菊

（1.貴州電網(wǎng)有限責任公司銅仁供電局，貴州 銅仁 554300；2.貴州省銅仁興銅電力有限責任公司，貴州 銅仁 554300）

摘 要：本文通過對主動配電網(wǎng)與微電網(wǎng)的概念及優(yōu)勢進行總結(jié)，綜合介紹了微電網(wǎng)網(wǎng)群集中式、集中-分散式以及分布式等控制方式，最后總結(jié)出主動配電網(wǎng)以及微電網(wǎng)的發(fā)展趨勢以及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：主動配電網(wǎng)；微電網(wǎng)；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A

配電系統(tǒng)是緊隨輸電系統(tǒng)向用戶配送電能的系統(tǒng)。在傳統(tǒng)模式中，配電網(wǎng)絡是一種被動的配電網(wǎng)絡，其具有一處斷電則多處停電以及對城市用電高峰處理能力不佳等缺點。而主動配電網(wǎng)具備綜合控制多種分布式能源能力，是一種智能配電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到高級階段的技術(shù)，其中分布式能源包括分布式電源、柔性負載以及儲能模塊等。而微電網(wǎng)是連接主動配電網(wǎng)與分布式電源之間的紐帶，其將各個分布式電源結(jié)合起來形成一個小型配電網(wǎng)絡，同時微電網(wǎng)掛載在主動配電網(wǎng)絡中，從而使得主動配電網(wǎng)絡不必協(xié)調(diào)眾多的分布式電源。在主動配電網(wǎng)概念提出后，并沒有立即得到業(yè)內(nèi)的足夠重視和發(fā)展，因為當時電網(wǎng)中分布式電源數(shù)量不多，管理難度較小，傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡可以滿足配電要求?？墒请S著電網(wǎng)中新能源發(fā)電、儲能模塊等分布式電源的增多，主動配電網(wǎng)絡以及微電網(wǎng)技術(shù)應用范圍逐漸擴大，因此得到快速發(fā)展，目前我國正處于該技術(shù)的定點試驗階段并逐漸走向成熟。

一、主動配電網(wǎng)與微電網(wǎng)的概念和優(yōu)勢

主動配電網(wǎng)絡是一種具備綜合控制協(xié)調(diào)多種分布電源能力的智能配電網(wǎng)絡，其能夠自主協(xié)調(diào)控制間歇式新能源與儲能裝置等分布式發(fā)電單元，積極消納可再生能源并確保網(wǎng)絡的安全經(jīng)濟運行。隨著目前分布式電源的增多，主動配電網(wǎng)的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)。微電網(wǎng)是主動配電網(wǎng)和分布式電源之間的紐帶，是一種將分布式電源、負荷、儲能裝置、變流器以及監(jiān)控保護裝置有機整合在一起的小型發(fā)配電系統(tǒng)，可最大限度地發(fā)揮發(fā)電裝置的作用，并降低分布式電源的存在對配電網(wǎng)的不良影響。

二、主動配電網(wǎng)中微電網(wǎng)網(wǎng)群的控制方式

主動配電網(wǎng)中的微電網(wǎng)群的不斷增加將會改變配電網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)，其中主動配電網(wǎng)中的微電網(wǎng)群的控制方式是促進其穩(wěn)定運行的研究重點。現(xiàn)階段研究的主要方案為主動配電網(wǎng)中微電網(wǎng)網(wǎng)群的控制技術(shù)，其中包括集中式控制、集中-分散式控制、分布式控制，為微電網(wǎng)群的協(xié)調(diào)控制等技術(shù)路線。

1 集中式控制

在此控制方案中，主動配電網(wǎng)具有全部的控制權(quán)，微電網(wǎng)發(fā)電計劃、能量輸出等都可以由主動配電網(wǎng)直接控制。同時主動配電網(wǎng)可以采取各種靈活多變的控制手段對微電網(wǎng)群進行控制。這種控制方案的優(yōu)點是可以實現(xiàn)主動配電網(wǎng)對各個微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)調(diào)度，其缺點是在控制過程中數(shù)據(jù)信息量、運算量、通信流量都相對較大，這將對控制中心的計算能力提出了更高的要求，并且這種控制方案的兼容性和擴展性都不易實現(xiàn)。

2 集中-分散式控制

在這種控制方案中共有兩個控制中心——微電網(wǎng)控制中心和主動配電網(wǎng)控制中心，即主動配電網(wǎng)控制中心將一部分控制功能下移到各個微電網(wǎng)控制中心。各微電網(wǎng)控制中心會獨立地對各個微電網(wǎng)子系統(tǒng)進行控制，并將各個子系統(tǒng)的運行狀態(tài)參數(shù)發(fā)送給主動配電網(wǎng)控制中心，接著主動配電網(wǎng)控制中心會綜合各個微電網(wǎng)子系統(tǒng)的運行狀態(tài)后，再將整體的配電任務拆解成各個子任務分配給各微電網(wǎng)控制中心。通常，各微電網(wǎng)控制中心的任務有風光發(fā)電預測、負荷預測，調(diào)控可控電源和主動負荷等。這種控制方式的優(yōu)點為在實際控制過程中數(shù)據(jù)信息量、運算量、通信流量相比集中式控制較小，并且其控制的實時性和系統(tǒng)的擴展性較強。

3 分布式控制

在這種控制方案中，各個微電網(wǎng)群控制中心對子系統(tǒng)進行控制不再依賴于主動配電網(wǎng)控制中心所提供的的微電網(wǎng)群的全局參數(shù)信息，而是只需要本子系統(tǒng)和與之相鄰子系統(tǒng)的參數(shù)信息從而達到微電網(wǎng)控制中心協(xié)同運行的要求。這種控制方案的優(yōu)點是控制靈活效率高，但同時對微電網(wǎng)控制中心的計算能力提出了更高的要求。

三、主動配電網(wǎng)與微電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與問題

主動配電網(wǎng)是電力體制改革提出的“提高電力能源利用效率”理念的重要內(nèi)容，但自實施該理念以來，在國內(nèi)各地區(qū)廠房園區(qū)內(nèi)的應用發(fā)展并不理想。針對新開發(fā)的大用戶施行微電網(wǎng)技術(shù)進行配電網(wǎng)接入，對舊電網(wǎng)用戶影響較小，相對容易。但在舊區(qū)內(nèi)進行配電網(wǎng)網(wǎng)絡系統(tǒng)再建過程中，引入微電網(wǎng)技術(shù)阻力較大?，F(xiàn)階段，主動配電網(wǎng)中施行微電網(wǎng)技術(shù)對整個供電網(wǎng)絡進行控制的方案已經(jīng)初步形成，包括集中式、集中-分散式、分布式三種，其中分布式電源控制的發(fā)展較為成熟，但仍需要不斷探索。另一方面，微電網(wǎng)技術(shù)與主動配電網(wǎng)控制的進一步融合仍需要實踐研究，逐步降低中低壓配電網(wǎng)網(wǎng)損，以提高配電網(wǎng)電壓質(zhì)量和穩(wěn)定性。

四、主動配電網(wǎng)與微電網(wǎng)發(fā)展前景分析

微電網(wǎng)技術(shù)作為整合分布式電源、儲能裝置與配電裝置負荷的重要紐帶，接入主動配電網(wǎng)絡的方式對提高主動配電網(wǎng)性能具有重要作用。

1 根據(jù)分布式電源特點進行整合，提高主動配電網(wǎng)利用效率。

通過對不同種類分布式電源的整合，可以有效解決微電網(wǎng)的擴展和兼容問題，實現(xiàn)能源柔性消納。將微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部電源控制系統(tǒng)與儲能裝置相協(xié)調(diào)，可保障用戶用電的穩(wěn)定性，并適時將余電輸送到主流電網(wǎng)，實現(xiàn)能源的有效利用，提高主動配電網(wǎng)的利用效率。

2 增強與主動配電網(wǎng)接口處的電壓可控性，穩(wěn)定配電網(wǎng)電壓和質(zhì)量。

借助微電網(wǎng)技術(shù)，使平衡分布式電源功率對電壓的影響較小，穩(wěn)定分布式電源隨機波動性、分散性造成的電壓質(zhì)量波動，提高主動配電網(wǎng)的電壓可控性，并且應用平滑切換技術(shù)可進一步消弱直接接入分布式電源對配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的不良影響。

3 避免長距離輸電，降低配電網(wǎng)網(wǎng)損。

分布式電源與微電網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)了就地為負荷供電，消除了長距離輸電對配電網(wǎng)的網(wǎng)損。并且微電網(wǎng)技術(shù)以單點接入的方式，可實現(xiàn)分布式電源與主動配電網(wǎng)之間的直接接合，協(xié)調(diào)控制儲能裝置，達到潮流調(diào)控的目的；同時達到能源柔性消納的目標，降低整個配電網(wǎng)的網(wǎng)損。

4 通過微電網(wǎng)靈活切換運行方式，提高主動配電網(wǎng)故障恢復能力。

利用微電網(wǎng)并網(wǎng)運行的主動配電網(wǎng)，在發(fā)生故障時可通過將微電網(wǎng)電源控制切換為孤島運行，保證分布式電源不間斷供電，保證了用戶供電穩(wěn)定性。另外，提高配電網(wǎng)絡重構(gòu)速度，保證微電網(wǎng)群間的信息聯(lián)系，避免電網(wǎng)故障而導致大面積斷電，提高主動配電網(wǎng)的供電可靠性。微電網(wǎng)接入后的整個配電網(wǎng)絡的效益明顯提高，對其綜合效益情況總結(jié)如下，見表1。

五、主動配電網(wǎng)與智能家庭的有效融合

1 智能家庭電網(wǎng)概況

智能家庭是指利用網(wǎng)絡技術(shù)與信息技術(shù)來監(jiān)控各種用電設備，并完成與外界聯(lián)系的家庭住宅。我國智能家庭在發(fā)展初期并不順利，但仍將是未來家庭住宅發(fā)展的一大趨勢。目前我國智能家庭電網(wǎng)的發(fā)展主要包括智能化監(jiān)控管理、智能電器、智能電表等三個方面。

智能化監(jiān)控管理系統(tǒng)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，以RFID技術(shù)為主要手段，對物品及相關(guān)信息進行互聯(lián)共享。通過網(wǎng)絡、電話、短信等方式與智能家電進行遠程通話，及時了解家庭電器的運行狀態(tài)。另外還能夠及時獲得家電維修服務網(wǎng)絡的主動檢測，保證運行過程中家用電器的最佳狀態(tài)。例如，海爾U-home智能家居平臺，目前已在青島東城國際、呼和浩特東岸國際、濟南全運村等多個小區(qū)內(nèi)投入應用。將物聯(lián)網(wǎng)與智能家居系統(tǒng)相互融合，已經(jīng)成為未來住宅發(fā)展的重要方向。

智能電表是家庭用電的“大管家”?？梢詫⑻柲堋L能等產(chǎn)生的電流直接并入到家庭電網(wǎng)或接入大電網(wǎng)，實現(xiàn)對電能的充分利用；智能電表通過設定數(shù)據(jù)，自動調(diào)節(jié)家用電器在不同時段的運行狀態(tài)?！爸悄茈姳泶蠊芗摇钡闹饕獌?yōu)勢在于：節(jié)省電費開支，避免欠費停電，消費自主透明，有效防止電表故障等。智能電表能夠自主幫助用戶利用峰、谷電價差異，靈活制定用電方案；智能電表所配置的信息遠程傳送功能，可以幫助電工人員實時監(jiān)控電表工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并排除電表故障，避免給用戶帶來損失。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計，未來3年內(nèi)成都家庭智能電表改造率可能達100%，城市住宅小區(qū)內(nèi)有望全部換用智能電表。

智能電器，主要指低碳節(jié)能型、符合智能電網(wǎng)管理需求的家用電器。家電技術(shù)發(fā)展面臨的重要課題主要是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上完善功能、簡化操作、實現(xiàn)智能化控制。智能電器從節(jié)能高效出發(fā)，通過電價數(shù)據(jù)設定自動實現(xiàn)分時工作，降低對總輸電網(wǎng)的干擾。以海爾U-home為例，其與中國電力科學研究院聯(lián)手制定的智能電器標準，將為“智能電網(wǎng)”時代各大型家用電器生產(chǎn)企業(yè)提供參考依據(jù)。海爾U-home以“海爾智能家電系統(tǒng)”為載體，借助無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)與用戶智能手機等設備的互聯(lián)，通過網(wǎng)絡管理完成數(shù)字信息的共享。

2 智能家庭電網(wǎng)參與主動配電系統(tǒng)

將智能家庭與電網(wǎng)進行統(tǒng)合，構(gòu)建智能家庭電網(wǎng)的主要有兩個方面：智能用電和智能監(jiān)控管理。智能用電主要指通過寬帶通信、光纖通信技術(shù)，通過配置智能終端，組建家庭局域網(wǎng)，實現(xiàn)用戶與電網(wǎng)互動，以降低電網(wǎng)的運營成本。智能用電系統(tǒng)的投入使用，可以幫助居民用電更加節(jié)能，并享受智能電網(wǎng)帶來的各種服務，包括智能用電服務平臺、智能電表、智能電器等。智能監(jiān)控管理系統(tǒng)指利用物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)家電等各種家庭終端的連接，通過多媒體設備實現(xiàn)信息的隨時交換和遠程控制。智能監(jiān)控管理是智能家庭電網(wǎng)服務借助無線通訊技術(shù)對水、電、天然氣等進行數(shù)據(jù)監(jiān)控，利用智能插座對空調(diào)、冰箱、電飯煲等家用電器的用電數(shù)據(jù)進行的采集和控制。通過電腦、手機等各種智能終端設備對家庭內(nèi)各種能源的使用進行管理。隨時監(jiān)控家中單個電器的用電、總體的用電情況和隨時的費用清單，并通過數(shù)據(jù)分析，給用戶提出合理的用電、節(jié)電建議，并根據(jù)現(xiàn)代住宅的實際需求，為居民提供階梯電價或分時電價等新型功能，用戶可以根據(jù)用電政策隨時啟用這些功能。

參考文獻

[1]王迪.論微電網(wǎng)技術(shù)在主動配電網(wǎng)中的應用[J].中國化工貿(mào)易，2015，7（31）.

[2]李鵬，竇鵬沖，李雨薇，周逢權(quán)，汪海蛟.微電網(wǎng)技術(shù)在主動配電網(wǎng)中的應用[J].電力自動化設備，2015，4（35）.

[3]趙波，王財勝，周金輝，趙俊暉，楊野青，余金龍.主動配電網(wǎng)現(xiàn)狀與未來發(fā)展[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，9（38）.