主動配電網潮流調控技術概述

陳俊峰

【摘 要】主動配電網是實現大規模間歇式新能源并網運行控制、智能配用電、源網荷儲友好互動等電網優化運行關健技術的有效解決方案。文中簡單介紹了主動配電網的概念及其能量管理模式，詳細歸納了主動配電網中可參與潮流調控的單元與運行特性，并進一步對主動配電網的潮流調控技術進行了分析。

【關鍵詞】主動配電網；潮流；分布式電源；儲能；無功補償

0 引言

隨著大規模間歇式新能源并網運行，傳統簡單的通過無功補償來降低網損和提升電壓的控制已然不能適應當前的需要，特別是儲能裝置、可控負荷等新元素的并網，使得配電網中可控單元大大增加。

2008年國際大電網會議（CIGRE）配電與分布式發電專委會（C6）的C6.11項目組在所發表的“主動配電網的運行與發展”研究報告中明確提出了主動配電網（Active Distribution Networks，ADN）的概念[1]。ADN的基本定義是：通過使用靈活的網絡拓撲結構來管理潮流，以便對局部的分布式能源進行主動控制和主動管理的配電系統。在這些研究構想下，傳統配電網將逐步被動管理的模式向主動管理模式過渡，相比于被動管理模式下的傳統配電網，ADN可參與潮流調控的元素與手段更加豐富，其中的可控單元包括分布式電源（distributed generation，DG）、儲能裝置、無功補償設備以及可控負荷等等。上述設備的綜合優化控制將能夠有效調控配電網內的有功無功潮流，對系統運行進行合理的優化[2，3]，降低系統的損耗，提高電壓質量，從而保證較好的經濟性。

本文將先從宏觀上分析ADN的能量管理架構，進一步對ADN中的各種可控單元及其運行特性進行梳理與總結，主要包括DG、儲能裝置、無功補償設備以及可控負荷等，同時明確各類可控單元在ADN潮流調控中的職能，最后從有功經濟調度、無功電壓控制以及有功無功協同調控等方面對ADN的潮流調控技術進行了分析。

1 主動配電網能量管理

針對配電網的被動管理方式，主動管理[4，5]的概念被提出來，其也是ADN的核心思想，就是在對配電網二次系統參數實時測量的基礎上對可控單元進行實時的監測與控制，從而優化潮流分布。而主動管理由于是需要涉及全局信息的采集以及優化，因此需要依賴一個上層的能量管理系統來進行資源整合以及調配，這就是ADN的能量管理系統。

ADN的能量管理系統是主動配電網的大腦中樞，用以得出全局優化的有功功率控制策略和無功功率控制策略，實現ADN全局優化能量管理。能量管理系統的功能包括信號采集、優化分析、調度控制、數據儲存等，其主要通過量測單元獲取ADN下屬各可控單元的實時狀態，通過優化分析對全局的有功無功潮流進行優化從而得到各時間斷面乃至后續一段時間的優化控制策略，并下放控制指令對各可控單元進行調度與控制。

各可控單元則具有不同層面的主動管理措施，可主動地參與系統的潮流優化。其中DG可以主動調節功率因數以及削減出力，儲能裝置可以根據運行工況分為充電與放電狀態，分組電容器的投切已經動態無功補償設備的無功出力同樣由能量管理系統統一控制，此外計及可控負荷的響應能力，使其同樣主動參與系統的調節。

2 主動配電網中的可控單元簡介

2.1 分布式電源

目前發展得較為成熟，且在配電網中應用得比較廣泛的DG形式主要有風力發電、光伏發電、小水電、微型燃氣輪機等，DG分布式地接入配電網，可以為配電網提供部分的有功，減少配電網由上層電網下送的功率，同時風、光、水等清潔能源的有效利用將對節能減排工作提供助力。

2.2 儲能裝置

儲能技術的應用不僅能夠解決新能源并網波動的影響，同時給ADN提供了相應的蓄電能力，ADN根據負荷的要求、系統的特性以及要求的技術性能和經濟指標不同，可對儲能裝置實行不同的控制策略[6]。儲能裝置既可以響應系統的動態變化，也滿足負荷調節（調峰），在系統故障的情況下甚至可以局部配電網轉孤島運行，儲能做緊急電源使用。

2.3 無功補償

2.3.1 分組電容器

分組電容器是傳統的配電網無功補償手段，在ADN中同樣需要依賴分組電容器來做基本的無功支撐，僅是從控制的角度進行調整，電容器不再是固定補償（不控）或是采取單獨控制的模式。而是交由ADN聯合全網設備進行統一調控。

2.3.2 D-STATCOM

D-STATCOM是輸電系統中的STATCOM應用于配電網的形式，以配電系統無功補償和電能質量控制為主要目標，能夠連續動態地調節設備向系統側注入的無功功率。相比于分組電容器補償，D-STATCOM具有更靈活的無功調節能力及調節范圍，必要時還可以吸收系統側的無功功率。

2.4 可控負荷

可控負荷大部分指溫度控制型負荷，如空調、電熱水器、電冰箱等，對溫度控制型負荷的調度則須在電力用戶可以接受的范圍內進行，對于居民配電網來說這部分負荷量較大，因此通過調節其響應參與配電網優化運行的潛力很大。此外，電動汽車由于其充電行為也具有一定的靈活性，可以在一定政策下服從電網的有序充電調度，因此也可以認為是可控負荷的一種形式。

3 主動配電網潮流調控技術分析

主動配電網的潮流調控就是整合ADN中的全部可控資源，進行全局的潮流優化控制。主要涉及有功經濟調度、無功電壓控制以及有功無功協同調控這種高級應用形態。

3.1 主動配電網有功經濟調度

ADN為保證系統運行的經濟性，降低系統的有功網損，對可控單元有多種主動管理措施，包括：

3.1.1 DG削減有功出力[7]

當局部配電網負荷較低，且DG出力已超出局部配電網需求的情況下，通過主動削減DG的有功出力可以避免逆向潮流問題，避免額外產生的網損，降低系統運行風險。

其次當DG出力較大引起部分節點的過電壓問題時同樣可以由能量管理系統進行綜合優化，考慮削減DG出力以防范過電壓問題。

3.1.2 儲能充放電策略

通過控制儲能的充放電策略一方面能夠輔助系統的削峰填谷，其次能夠有效響應負荷需求，平衡局部的電能供需。

3.1.3 可控負荷的響應

可控負荷工作方式靈活可控、空間分布廣泛、時域便利的負荷，由電力公司直接控制或者利用經濟措施誘導可以有效調整用戶側的負荷曲線，在系統負荷高峰時降低可控負荷的使用，而反之在低谷狀態鼓勵可控負荷接入，同樣可以起到削峰填谷的作用，增強系統運行的經濟性。

3.2 主動配電網無功電壓控制

主動配電網的無功電壓控制是傳統無功電壓控制問題在ADN中的延伸，主要有以下兩方面：

3.2.1 無功補償設備調節

傳統配電網無功控制大多僅依賴分組電容，延伸到ADN中則要求離散型與連續型的無功補償設備均要有效參與系統潮流調控，同時各裝置不再單獨運行而是由ADN能量管理系統進行統一調控。

3.2.2 DG功率因數調節

通常為了有效利用可再生能源，DG采取純發有功的模式，而主動管理模式下，要求DG類似主網的發電廠應能做到功率因數可調節且交由能量管理系統進行控制，在必要情況下應主動向配電網提供無功支撐，兼顧配電網的電壓控制。

3.3 主動配電網的有功無功協同調控

配電網中有功與無功潮流耦合性較強，更高級的潮流調控形態就是基于能量管理系統進行全局的ADN有功無功協同調控，整合各類可控單元在全局優化的基礎上進行全局設備控制策略的優化，從而實現降低配電網網損，提高配電網電壓質量的目標，實現ADN的經濟安全運行。

4 結語

ADN可以說是“智能電網”的重要組成部分。AND將使得電力用戶能夠參與電力市場互動，并可提高能源的利用效率和改善配電網的性能，相比于被動管理模式下的傳統配電網，ADN可參與潮流調控的元素與手段更加豐富，通過能量管理系統綜合優化控制，可實現ADN的全局優化運行。ADN是未來配電網建設的發展方向。

【參考文獻】

[1]DAdamo C， Jupe S， Abbey C. Global survey on planning and operation of active istribution networks：update of CIGRE C6.11 working group activities[C]//CIRED 2009（20th International Conference on Electricity Distribution）. Prague， CZ：IET Services Ltd， 2009：1-4.

[2]陳炯聰，宋旭東，余南華.主動配電網及其關鍵技術研究[J].廣東電力，2014，10：79-83+94.

[3]王成山，孫充勃，李鵬.主動配電網優化技術研究現狀及展望[J].電力建設，2015，01：8-15.

[4]張節潭，程浩忠，姚良忠，黃微，祝達康.主動管理在含有分布式電源的配電網中的應用[J].電力科學與技術學報，2008，01：18-23+30.

[5]楊梅，周喜超.適應分布式電源接入的配電網主動管理技術研究[J].電子世界，2014，09：50.

[6]王力成，文東山，周斌，劉佳，郭創新.配電網中光伏功率主動削減策略研究[J]. 機電工程，2015，06：863-867+877.

[7]王諶，張邦玲，馮毅.復合儲能技術在主動配電網中的應用[J].供用電，2014，01：39-41.

[責任編輯：王偉平]