主動配電系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中的重要問題

關(guān)志海

摘 要：新時(shí)期，主動配電系統(tǒng)是電力行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注與研究的一項(xiàng)高新技術(shù)，主動配電系統(tǒng)在提高配電網(wǎng)調(diào)度靈活性及其對大規(guī)模分布式能源的接納能力方面有著良好的效果，對促進(jìn)電力行業(yè)的現(xiàn)代化、自動化、智能化發(fā)展，具有重要的意義。文章主要從規(guī)劃、運(yùn)行兩個(gè)方面，對主動配電系統(tǒng)發(fā)展過程中的重要問題進(jìn)行了分析，以供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：主動配電系統(tǒng)；規(guī)劃；運(yùn)行；配電網(wǎng)

中圖分類號：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）33-0073-02

Abstract： In the new period， active distribution system（ADS） is a new high technology focused on and researched by electric power industry. Active distribution system has good effect in improving the dispatch flexibility of distribution network and its ability to accept large scale distributed energy. It is of great significance to promote the modernization， automation and intelligent development of the electric power industry. In this paper， the important problems in the development of active distribution system are analyzed from two aspects of planning and operation， which can be used for reference.

Keywords： active distribution system （ADS）； planning； operation； distribution network

隨著時(shí)代的發(fā)展，社會對供電質(zhì)量、供電安全、電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的要求不斷提高，電力行業(yè)逐漸將目光轉(zhuǎn)移到了新能源的開發(fā)與利用上，以光伏、風(fēng)電為代表的可再生能源、分布式能源以及以電動汽車為代表的大規(guī)模負(fù)荷接入配電網(wǎng)，推動著配電系統(tǒng)格局及架構(gòu)的改變[1]。主動配電系統(tǒng)便是在這一背景下發(fā)展起來的，其主要目的是優(yōu)化融合源、網(wǎng)、荷，來解決分布式電源大規(guī)模并網(wǎng)的問題，已經(jīng)成為了配電網(wǎng)技術(shù)的主要發(fā)展方向。

1 主動配電系統(tǒng)規(guī)劃中的重要問題

1.1 運(yùn)行過程

在以往的配電網(wǎng)系統(tǒng)中，電力處于單向流動的狀態(tài)，因此配電系統(tǒng)的規(guī)劃準(zhǔn)則及其運(yùn)行方式均比較簡單，在對配電系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃的過程中，需要考慮滿足負(fù)荷需求的快速增長這一關(guān)鍵問題，也就是以需求為主導(dǎo)的情況下，以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，準(zhǔn)確預(yù)測負(fù)荷，并進(jìn)行計(jì)算分析，明確配電設(shè)備的容量、最佳位置以及接入變電站的途徑。而轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃优潆娤到y(tǒng)之后，大規(guī)模分布式電源接入、出力存在巨大的不確定性，導(dǎo)致配電網(wǎng)的電氣特性出現(xiàn)了重大的變化，改變了配電網(wǎng)的運(yùn)行控制方式[2]。這樣的情況下，為確保主動配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，必須充分考慮運(yùn)行、控制問題，此外，還要考慮區(qū)域綜合資源規(guī)劃與能源互聯(lián)網(wǎng)、多層次網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、交流與直流混合電網(wǎng)模式以及未來可能呈現(xiàn)的微型電網(wǎng)與大電網(wǎng)并存的格局等方面的問題。

從技術(shù)角度考慮，未來配電系統(tǒng)的規(guī)劃與運(yùn)行，不可避免地會受到大規(guī)模分布式電源出力存在隨機(jī)性與不確定性這一特性的影響，基于此，規(guī)劃階段便要對這一因素進(jìn)行充分考慮，明確運(yùn)行控制措施，并確定相關(guān)的技術(shù)約束條件，如閃變、諧波、短路電流水平以及電壓水平等。從數(shù)學(xué)角度考慮，運(yùn)行過程的配電系統(tǒng)規(guī)劃存在不確定性、多目標(biāo)性、動態(tài)性、非線性等特征，而涉及眾多不確定因素、多目標(biāo)的組合優(yōu)化的規(guī)劃方法也十分復(fù)雜。但不可否認(rèn)的是，運(yùn)行過程的主動配電系統(tǒng)規(guī)劃方法，應(yīng)從以往的以成本為導(dǎo)向，轉(zhuǎn)變?yōu)橐燥L(fēng)險(xiǎn)為導(dǎo)向。

1.2 分布式電源及負(fù)荷高級建模

在以往的配電網(wǎng)規(guī)劃中，忽視了分布式電源接入配電網(wǎng)系統(tǒng)而對配電網(wǎng)系統(tǒng)帶來的影響這一因素，進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測的時(shí)候主要依據(jù)例宏觀經(jīng)濟(jì)人口數(shù)據(jù)、歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，無法適應(yīng)新的需求，也不能確保新資源設(shè)備接入的經(jīng)濟(jì)性，更不能在規(guī)劃結(jié)果找到解決運(yùn)行問題的方法。在主動配電系統(tǒng)中，將會有更多復(fù)雜因素給負(fù)荷發(fā)展帶來影響，例如需求側(cè)響應(yīng)、配電網(wǎng)主動管理等，從而會呈現(xiàn)出更加復(fù)雜、多變的特性。面對這樣的情況，主動配電系統(tǒng)規(guī)劃的時(shí)候，應(yīng)充分考慮分布式電源需求資源的復(fù)雜性及出力的隨機(jī)性等特征，對負(fù)荷與分布式電源進(jìn)行高級建模，用表征用戶日用電負(fù)荷特性與概率的模型，從而達(dá)到提高配電系統(tǒng)規(guī)劃精細(xì)度的目的。

1.3 智能建筑能源集成

隨著生活水平的不斷提高，人們也逐漸提高了對建筑質(zhì)量的要求，促使綠色建筑、智能建筑得到了不斷發(fā)展。這樣的背景下，綠色建筑接入分布式電源，已經(jīng)成為可再生分布式能源應(yīng)用的主要方向與發(fā)展趨勢，分布式電源規(guī)劃中，智能建筑能源集成規(guī)劃也會占據(jù)越來越重要的地位[3]。智能建筑集成能源系統(tǒng)之中，用電負(fù)荷包括電負(fù)荷、熱負(fù)荷、冷負(fù)荷，用電負(fù)荷復(fù)雜程度更高，儲能類型包括儲電、儲熱、儲冷，更加多樣化，此外設(shè)備可控程度也會變成能量型儲能與功率型儲能、不可控電源與可控電源、不可控負(fù)荷與可控負(fù)荷共存的局面，這些現(xiàn)象，均在很大程度上提高了智能建筑能源集成規(guī)劃的復(fù)雜性與運(yùn)行控制的難度，是未來主動配電系統(tǒng)規(guī)劃中需要高度重視的問題。

2 主動配電系統(tǒng)運(yùn)行中的重要問題

2.1 調(diào)度控制模型

若想要使主動配電系統(tǒng)得到優(yōu)化運(yùn)行，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確建立高滲透率DERs接入條件下的調(diào)度控制模型。從調(diào)度控制模型反面上考慮，與傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度相比，主動配電系統(tǒng)不管是從約束條件、控制變量，還是目標(biāo)函數(shù)，均有著明顯的不同，發(fā)生了深刻的變化，其的可調(diào)度變量除了可控分布式電源之外，還包括一些其他的要素，如可控負(fù)荷、儲能系統(tǒng)以及有載調(diào)壓變壓器、聯(lián)絡(luò)開關(guān)等可控單元。傳統(tǒng)配電系統(tǒng)的運(yùn)行控制，大多數(shù)情況下是以某一時(shí)刻的最優(yōu)化運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理性為主要目標(biāo)。而對于主動配電系統(tǒng)來說，是將整個(gè)調(diào)度周期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)合理性優(yōu)化當(dāng)作目標(biāo)，與此相對應(yīng)的，其技術(shù)約束條件也有所增加，不同包括傳統(tǒng)配電系統(tǒng)的技術(shù)約束條件，如電源發(fā)電功率限制、潮流約束、功率平衡約束等，還需要考慮主動配電系統(tǒng)的一些特征，如分布式電源出力的隨機(jī)性、負(fù)荷的不確定性、儲能系統(tǒng)的容量約束、儲能系統(tǒng)充放電過程中的能量守恒等?；谶@樣的情況，接下來應(yīng)當(dāng)將重點(diǎn)放到研發(fā)能夠適應(yīng)間歇式發(fā)電、大規(guī)模不穩(wěn)定發(fā)電、電力消費(fèi)不穩(wěn)定需求等情況的預(yù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2 電壓控制技術(shù)

大規(guī)模分布式電源的接入，不可避免地會使配電網(wǎng)的電壓發(fā)生改變，這就給配電網(wǎng)的無功電壓控制提出了更高的要求與嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。基于此，對主動配電系統(tǒng)控制進(jìn)行研究的時(shí)候，也要充分考慮無功電壓控制的優(yōu)化問題。電網(wǎng)系統(tǒng)中，優(yōu)化選擇全電壓等級的無功資源，確保無功潮流達(dá)到最優(yōu)化的狀態(tài)，從而促使規(guī)模分布式電源接入的情況下配電系統(tǒng)電壓水平保持在規(guī)定的穩(wěn)定范圍之內(nèi)，有必要的情況下，還可以對低壓側(cè)或者是高壓側(cè)有載調(diào)壓變壓器分接頭部位進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)[4]。除此之外，電壓控制中，還需要考慮分布式發(fā)電、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓约靶枨髠?cè)資源超短期或者是短期的改變趨勢。

2.3 態(tài)勢感知技術(shù)

配電系統(tǒng)中，存在著大量的分布式電源，在線量測其電氣量的難度非常大，面對這樣的情況，應(yīng)研發(fā)以預(yù)測精度為基礎(chǔ)的超短期分布式電源出力與負(fù)荷預(yù)測的態(tài)勢感知技術(shù)。態(tài)勢感知技術(shù)的主要特點(diǎn)為，對多類型時(shí)空尺度觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合利用，并有機(jī)結(jié)合來自于智能電表、同步測量單元以及綜合測量單元等渠道的信息，聯(lián)系超短期分布式電源出力與負(fù)荷預(yù)測結(jié)合，最終從龐大的電網(wǎng)運(yùn)行信息中將有價(jià)值的信息準(zhǔn)確的提取出來，達(dá)到實(shí)時(shí)跟蹤、掌握配電系統(tǒng)運(yùn)行情況的目的，從而將電網(wǎng)的被動安全管理轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃影踩芾怼?/p>

2.4 配電網(wǎng)保護(hù)

高滲透率DERs接入條件下的配電網(wǎng)保護(hù)，其最重要的內(nèi)容便是研發(fā)相關(guān)控制系統(tǒng)與理論，解決快速判斷故障范圍及其原因的問題，并根據(jù)仿真分析，明確控制措施，同時(shí)，還需要解決如何借助智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主動配電系統(tǒng)的自愈，提高電網(wǎng)調(diào)度控制的智能化、自動化程度，確保同電網(wǎng)的銜接有效、電力供應(yīng)的安全。

2.5 協(xié)調(diào)控制技術(shù)

主動配電系統(tǒng)運(yùn)行中，從系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化方面來看，其主要內(nèi)容便是源/網(wǎng)/荷的協(xié)調(diào)控制技術(shù)。其與需求管理特性有機(jī)融合起來，并充分考慮柔性負(fù)荷、儲能系統(tǒng)、分布式電源的多尺度時(shí)間互補(bǔ)特性以及氣象預(yù)測、負(fù)荷預(yù)測、電價(jià)等信息，對配電網(wǎng)可控單元、柔性負(fù)荷、儲能系統(tǒng)、分布式電源進(jìn)行全面的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，不僅可以確保電網(wǎng)的可靠性、安全性及其供電質(zhì)量，將柔性負(fù)荷的調(diào)節(jié)作用、儲能系統(tǒng)的快速功率吞吐能力充分發(fā)揮出來，還可以提高主動配電系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及主動控制能力。

3 結(jié)束語

綜上，主動配電系統(tǒng)已經(jīng)成為了配電網(wǎng)未來的主要發(fā)展方向，目前我國對于主動配電系統(tǒng)的研究尚處于理論探索階段，接下來應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對新技術(shù)、新方法、新模型的研究，致力于實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)對于大規(guī)模分布式電源的接入，進(jìn)一步提高電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化、自動化水平。

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