主動配電網促進分布式電源消納的需求側管理與控制綜述

于大為

摘 要：主動配電網中促進分布式電源消納的需求側管理與控制，主要是保證分布式電源接入配電網系統過程中供電的可靠性和經濟性。在分布式電源并網時，不僅需要根據經濟性和可靠性原則構建不同的數學模型和算法，還需要針對各種不同種類的分布式電源進行差異性的系統計算分析。結合當前主動配電網的研究現狀，文章介紹了主動配電網中分布式能源消納的分析研究方法。

關鍵詞：主動配電網；分布式能源；經濟性；可靠性

中圖分類號：TM712 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）05-0136-02

Abstract： The demand-side management and control to promote the absorption of distributed power in active distribution network is mainly to ensure the reliability and economy of power supply in the process of the distributed power supply connected to the distribution network system. When the distributed power is connected to the grid， it is necessary not only to construct different mathematical models and algorithms according to the principles of economy and reliability， but also to analyze the difference of system calculation for different kinds of distributed power supply. Based on the current research situation of active distribution network， this paper introduces the analysis and research method of distributed energy consumption in active distribution network.

Keywords： active distribution network； distributed energy； economy； reliability

1 概述

分布式電源（distributed generation，DG）對配電網滲透率的提高，能夠改變配電網各節點的電壓分布、提高配電網的短路容量、增大繼電保護的復雜程度、同時也會影響配電網的供電可靠性。傳統配電網的主要特征是就地消納間歇式能源，其本身不具備調節能力。這造成了傳統配電網無法對間歇式能源產生的多余電能進行消納。作為向未來電網轉型的一個重要部分，配電系統正在經歷深刻的變化，主動配電網（active distribution network，ADNs）技術應運而生。針對分布式能源接入配電網并網的一系列問題，主動配電網技術提出了合理的優化方案，通過對通信、電力電子及自動化等技術的應用，來實現對分布式電源的協調控制。與傳統配電網被動消納方式相比，ADNs具有更強的調節能力，可將并入配電網的分布式電源通過柔性負荷和多層次電網進行充分消納，更大程度地保證供電系統的可靠性，提高電能質量。因此，主動配電網對促進分布式電源消納的需求側管理與控制具有重要的研究價值和意義。

2 主動配電網對分布式電源消納的研究現狀

近年來，風能、太陽能等分布式能源的并網運行改變了單一電源網絡供電的格局，使傳統電網逐漸向微電網、主動配電網等方向轉變。我國學者對分布式電源配網規劃的研究起步較早，構建出了不同類型的分布式發電模型，提出了應用主動配電網解決DG高滲透率的相應辦法。國內各科研機構對主動配電網相關理論的研究也已取得了一定的成果，部分成果還通過立項進行了工程示范實踐。如2012年“主動配電網的間歇式能源消納及優化技術研究與應用”863計劃課題首次被提及，相關工程在廣東佛山三水已經開始實施。該工程首次將分區控制策略投入到配電網的管理中，從而實現分布式可再生能源在多種工況下的消納與協調控制。2014年開始，北京、貴陽等相關研究機構分別對“多源協同的主動配電網運行關鍵技術研究及示 范”組成專題進行研究實踐，通過對主動配電網的合理規劃，多級分層的源-網-荷協同控制變得越來越高效。

3 研究方法介紹

由于DG并網后對電網的影響復雜，對主動配電網中分布式能源并網的研究本著兩個原則：一是滿足電網運行的經濟性和可靠性要求。二是在滿足電網運行條件的基礎上，用最簡單的方法簡化計算量，進而求取最優解。其一般過程為構建數學模型，根據數學模型構造目標函數，在滿足約束條件的基礎上采用優化算法求得最優解。總體而言，分布式電源消納的研究方法可以按照構建數學模型、目標函數，采用先進的算法等角度進行分類。因為對主動配電網的研究還處于起步階段，本文重點介紹近年在研究領域取得的成果。

3.1 分布式能源分區消納

該方法根據分段開關的實際位置將分布式能源劃分為若干個分區，按照分布式能源最大消納情況下成本最低的原則構建目標函數并進行優化。首先通過全局的優化潮流計算優化目標，然后將優化目標分配給各個區域，在此基礎上根據饋線功率誤差指標（feeder control error，FCE）計算的功率偏差總額，僅考慮自治區域局部的拓撲結構關系，采用配網直流潮流運算，利用區域內的分布式電源快速實現自治區域中FCE的分配和消納，最終實現FCE等于零，從而完成優化目標。endprint

3.2 基于1-9標度法的低碳優化方法

在對主動配電網的分布式電源消納方案進行有效評價時，在保證分布式電源發電的經濟性和可靠性基礎上，考慮分布式電源的減排環保指標，構建主動配電網低碳優化目標函數模型。在對各指標權重進行標度時，考慮人為因素的影響，用1-9標度法進行一致性校驗形成判斷矩陣，產生將人為因素排除在外的權重系數。其次，為保證各項權重指標變化趨勢具有區分度，引入隸屬度函數的概念，對各指標值進行隸屬化，并與對應的權重加權。應用權重法來構建低碳優化目標函數為主動配電網中分布式能源的消納與控制提供了新的思路，但是對處理復雜多元化的電網問題時仍需配合其他特性參數開展深入研究。

3.3 基于時序特性的分析方法

時序特性的分析方法主要適用光伏發電（photo voltaic，PV）、風電等時序性較強的分布式電源。這些分布式電源具有隨機性和波動性，因此，季節變化、天氣改變以及時間等因素都是影響其出力的重要因素。時序分析法充分考慮了分布式光伏發電和負荷的時序特性，并應用混沌思想和自適應度調整的改進粒子群算法進行配電網計算，研究各項指標，包括削減分布式電源出力、調節有載調壓變壓器抽頭、無功補償等主動管理措施對分布式光伏最大消納量的影響。

4 結束語

目前，隨著可再生能源發電資源日益普及，應用主動配電網解決分布式能源并網問題已成為實現電力系統可持續性和能源供應安全的重要途徑。由于利用風力發電（WT），光伏（PV）等可再生能源發電裝置具備減少電力損失和溫室氣體排放，靈活調節電壓，削減峰值負荷，提高電能質量和供電可靠性等優點已成為配電網發展的必然趨勢。然而，分布式能源的廣泛普及大大增加了配電網安全和經濟運行的風險，這使得進行合理規劃比以往任何時候都更具挑戰性。傳統的配電網規劃方案，如變電站和線路的增設或擴建，已無法滿足面向所有替代方案的現代復雜ADN的需求，難以合理應對發電和負荷的不確定性。目前，國內對于主動配電網對促進分布式電源消納的需求側管理和控制研究雖取得了一定的成效，但對主動配電網的DG接入方案的優化仍需深入，對多種不同種類分布式能源的并網問題仍需統籌規劃。同時，在需求側管理、需求響應等方面研究應用我國還處于起步階段，同樣有待進一步研究應用以求真正達到主動配電網的源-網-荷協同優化控制。

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