基于一體化思維的主動配電網設計方法研究

錢若晨

（國網浙江海鹽縣供電公司，浙江 海鹽 314300）

基于一體化思維的主動配電網設計方法研究

錢若晨

（國網浙江海鹽縣供電公司，浙江 海鹽 314300）

主動配電網是智能電網的重要組成部分，對其進行設計需要貫穿一體化思維。對主動配電網的定義和特征進行介紹，分析主動配電網的設計要點與要求，提出基于“分步推進”和“一步一反饋”的漸進優化式總體設計思路。在前述工作基礎上勾畫出統籌分布式電源接入、實時數據采集、配電網自動化配置、一次接線優化等多個層面的主動配電網一體化設計流程。

主動配電網；一體化思維；配網設計；分布式電源

隨著微電網的興起和智能電網的推進，主動配電網的概念于2008年被國際大電網會議所提出，并被確定為今后配電網的主要發展方向。近年來，國內外電力專家投入大量精力研究主動配電網的各個層面，使該新興領域逐漸被充實。文獻［1－2］分析了主動配電網的可行性、必要性；文獻［3］側重說明主動配電網的規劃問題；文獻［4－5］研究了主動配電網的保護、控制和調度等方面的技術要點；文獻［6］闡述了分布式電源接入對傳統配網的影響。關于主動配電網的研究已經取得了許多重要成果，但如何有效進行主動配電網的設計尚存在開拓空間。本文根據主動配電網的性能特征，提出基于一體化思維的設計方法，以期提升主動配電網設計水平。

1 主動配電網概述

主動配電網與分布式電源是密切相關的，但其不局限于簡單為分布式能源提供上網通道，更重要的是要具備對分布式電源的調控能力，使配網由“被動”轉變為“主動”。根據文獻［2，5］的描述，要成為主動配電網，必須在以下層面有所“突破”。

a.一次網架要能適應高滲透率分布式電源以各種可能的方式接入。主要要求配網應擁有完備的潮流調節和電壓控制手段（因分布式電源并網會對原有網絡造成各方面影響）。

b.與配網并行運行的通信網絡的可靠性和帶寬要有質的提升，優化調控軟件要適合多目標快速搜索需求，以實現對整個網絡的實時最優調節。

c.繼電保護和自動裝置的配置應與單電源放射式網絡有所區別，在同等故障情況下，要求主動配電網具有更高的供電可靠性。

2 主動配電網的設計要求

主動配電網的設計，既有與傳統配網一脈相承的一面，又有其獨特之處。對主動配電網的設計要求總結如下。

a.負荷預測層面。配網設計是為了滿足供電需求，因此其設計基礎仍是負荷預測。不過與傳統配網相比，進行主動配電網設計時的負荷預測在深度和廣度上均發生巨大變化，見表1所示（注：分布式電源出力可視作負的負荷）。

表1 兩類配電網設計時的負荷預測的要求對比

b.一次網架設計層面。因主動配電網是在傳統配網基礎上發展起來的，為了保證建設經濟性和過渡平滑性，在設計時應充分考慮對原有網絡的繼承；另外，如何吸納微電網（分布式電源＋儲能系統）也是一次網架設計的重點。以上敘述可由圖1進行展示。

圖1 主動配電網一次網架設計的關注點

c.大二次設計層面。主動配電網環境下，線路故障時的短路電流將不再是單向，這就要求配置適當數量的方向保護；其次，主動配電網的交互數據是海量的，要實現對其有效和及時處理，需要設計足夠的通信帶寬和科學的調度架構。此外，要保證大二次系統相關硬件接口具有足夠的升級空間。

“原來你拿我當護身符！”王施凱哀嚎道，“你早說啊，咱不坐一塊也能保護你啊。自從我們同桌后，老師頻頻向你發送關愛目光，害得我上課都不敢睡覺了，太痛苦！”

d.預留接口方面。主動配電網的實施是分步進行的，其技術也在不斷更新之中。為了滿足發展需要，主動配電網的一次網架、大二次系統在設計時均應考慮適量的預留接口。

3 基于一體化思維的主動配電網設計方法

主動配電網體系復雜，對于其設計應本著“分步推進”和“一步一反饋”的漸進優化原則；另外主動配電網包含一次接線、分布式電源、數據采集、繼電保護、配網自動化等多個層次，且各層次相互耦合，因此應以一體化思維來考慮各層次的協同優化。要落實以上期望，關鍵是制定合理的設計流程、理清具體的設計任務節點、明確各任務節點之間的作用關系等。

3.1 主體流程

進行主動配電網的一體化設計，首要的工作就是站在頂層設計角度對各層次內容進行統籌，捋清其邏輯關系，然后做出主體流程劃分，見圖2。

圖2 主動配電網一體化設計的主體流程

各主體步驟的簡要說明如下。

a.步驟①應承接配電網規劃方案，主要完成分布于區內的正負負荷的預測（負的負荷指DG出力）、上級電源接入分析、地理分布圖繪制等。

b.步驟②是整個設計的靈魂，要綜合國家標準、現場實際等因素，明確一次設備選用準則、網絡結構改動原則、DG接入規定（如滲透率如何控制）、大二次設備（繼保＋通信＋自控體系）配置標準、接口預留考量等。

c.步驟③～⑦則是在步驟②的指引下，分步進行主動配電網核心內容的設計。在這些步驟完成后，所形成的網絡應該滿足靈活、可控、可擴展等要求。

主體步驟從大的方面規定了主動配電網設計工作的行進方向，但并不能據此就開展設計工作，還需將各步驟轉化為“任務節點”式的表達形式。在一體化設計環境下，任何一個任務節點都不是獨立的，即都有輸入—輸出限制。以某10 kV網絡一次設計為例（相當于圖2中步驟③，可將其稱為任務節點3；類似的，步驟①、②可分別對應任務節點1、2等），其任務節點的表述如表2所示。

在任務節點三要素中，“節點內容”是核心，其一般需要細化才具備可操作性。文獻［7］提出“彗星圖”概念，本文認為可用其來逐項展示任務節點的節點內容。圖3為以任務節點1為例的“彗星圖”。

表2 以三要素形式展示的任務節點示例

圖3 節點任務的彗星圖展示

顯然，繪制“彗星圖”的要點是要求不漏項。

3.3 任務節點之間的互動

在完成主動配電網的各任務節點的建立后，就要設計一套體系，將各任務節點有機串聯，并體現出完善的過程控制，這樣才能實現一體化優化設計的目標。結合多年工作經驗，設計出如圖4所示的任務節點推進體系（以4節點為例）。

圖4 任務節點的推進體系

圖4中任務節點的推進體系解讀：①以帶數字圓圈表示“任務節點”，以帶文字線段表示過程控制；②整個任務推進呈現“前向單鏈式”趨勢，即任一節點的設計基礎依賴前面節點的輸出（后節點輸出不能作為前節點輸入）；③對于基礎工作（指圖4中節點1，也可稱之為基礎節點），其輸出之前應經過認真核對和確認無誤；④基礎節點的輸出被確認后，可進行中間任務（如節點2）的設計，節點2的初步結果應反饋至節點1進行校核，只有校核通過才能對節點2的輸出進行確認并導向下一節點；⑤若中間節點的初步輸出經反饋校核不合格（如節點3的輸出反饋到節點2），則需要進行修改，而修改不是全盤否定，其帶有一定繼承性，因此修改后結果處于節點3；⑥當某個任務節點所涉及的內容比較龐雜，可進一步繪制第二層次的任務推進體系。

任務節點推進體系具有“自上而下”和“分層構筑”的特點。“自上而下”是指：全局→局部，總體→個別，框架→細節。“分層構筑”是指：任務節點推進方式可根據任務情況靈活設置，總體目標是使設計達到精細化、全面化和清晰化。

3.4 應用效果

浙江海鹽縣供電公司是國家推行智能電網的前沿陣地之一，目前已在大力開展主動配電網的建設。根據初步統計，將本文提出的一體化優化設計方法應用于海鹽縣主動配電網設計，將能使相同規模的設計工作的效率提升20%～30%；在不影響網絡各考核指標的情況下，可節省建設費用15%～25%，效果是明顯的。

4 結論

在介紹主動配電網特性基礎上，分析了主動配電網的設計要求。然后以一體化思維為指導，以“分步推進”、“過程管控”為手段，建立起方法明確、體系科學、操作性強的主動配電網設計方法，使主動配電網的一次接線、DG接入、繼保配置、自控設計、通信建設、靈活調度等各層面能在設計時進行有效協同優化，從而提升主動配電網的設計水平。下一步將運用計算機手段將所研究成果建設成為信息化系統。

［1］范明天，張祖平，蘇傲雪，等.主動配電系統可行性技術的研究［J］.中國電機工程學報，2013，33（22）：12－18.

［2］CELLI G，GHIANI E，MOCCI S，et al.From passive to active distribution networks：methods and models for planning network transition and development［C］／／42nd International Conference on Large High Voltage Electric Systems 2008，CIGRE 2008，Paris，France，2008：1－11.

［3］張建華，曾 博，張玉瑩，等.主動配電網規劃關鍵問題與研究展望［J］.電工技術學報，2014，29（2）：13－23.

［4］殷 豪，陳春泉，彭顯剛，等.分布式電源接入對配電網穩定性的影響研究［J］.東北電力技術，2012，33（10）：45－52.

［5］尤 毅，劉 東，鐘 清，等.主動配電網優化調度策略研究［J］.電力系統自動化，2014，38（9）：177－183.

［6］李東坡，殷鴻雁，張明理.風電接入對配電網電壓穩定的影響研究［J］.東北電力技術，2013，34（1）：1－5.

［7］劉向軍，馬 爽，許 剛.基元接線模型構建的配電網典型接線方式［J］.電網技術，2012，36（2）：58－63.

Study on Design Method of Active Distribution Network Based on Integrative Thinking

QIAN Ruo?chen
（State Grid Haiyan Power Supply Company，Haiyan，Zhejiang 314300，China）

Active distribution networks is an important part of smart grid，this needs integrated thinking to design.Active distribution grid of defined and features are introduced，active distribution grid of design points and requirements are analyzed，general design thought is proposed based on“points step advance”and“a step a feedback”of progressive optimization type.Manpower distributed power access，real?time data acquisition，distribution network automation configuartion and first connection optimization and multiple level of active distribution grid integration process are designed.

Active distribution network；Integrated thinking；Distribution network design；Distributed power

TM727

A

1004－7913（2016）08－0056－03

錢若晨（1987—），男，學士，助理工程師，主要從事配電設計工作。

2016－05－07）