對智能配電網規劃和調度運行的探討

曾希

配電網是整個電力系統與分散的用戶直接相連的部分。分布式發電和儲能技術的應用，通信設備的使用，使得配電網的可控性增加，配電網的規劃和運行的復雜性大幅增加。傳統配電網在協調控制、主動管理方面的不足和電力體制改革叉催生了主動配電網。這些情況促使提高配電網的智能化水平來適應電網挑戰，本文主要從規劃和調度運行方面對智能配電網進行探討。

電力系統主要由發電、輸電和配電三部分組成。相對于發電和輸電部分，配電部分的可優化裕度較大，且由于與負荷緊密聯系，對智能配電網的探討有十分主要的實際意義。

一、智能配電網的形態

隨著社會的快速發展，能源緊缺現象嚴重，對環保的要求也越來越高。傳統配電網的輻射狀結構不再能滿足實際需要，因此發展成主變站間充分互聯的環狀結構。

逆變器和控制器性能的提高促進了分布式發電技術的進步，無線網絡的進步促進了配電網絡的信息化，為了滿足不同用戶電力供應需求以及適應電力市場交易機制的改革，促使智能配電網出現了新形態。

智能配電網將從單純的電力配送者轉變為具有多重角色功能的公共平臺：①可再生資源消納的支撐平臺；②多源海量信息集成的數據平臺；③多利益主體參與的市場交易平臺；④電氣化交通發展的支撐與服務平臺；⑤智慧城市建設的能源基礎平臺等。

二、智能配電網規劃

傳統的配電網主要依據供電區域的負荷預測來確定配電網建設方案，如有特殊負荷，則要在經濟性和可靠性之間有所折中。

以風電和光伏為代表的分布式電源DG（ distributed generation）因其環保性、經濟性、能源利用率高、分布靈活等特點，最近幾年在國內外發展迅速。但是由于其隨機性強、波動性大，大量的分布式電源接入配電網會增加其供電區域范圍的不確定性。將分布式電源和儲能系統ESS（ energystorage system）相結合，能夠平滑和控制分布式電源出力，提高電能質量，但需增加微電網與配電網的協調控制機制，增大了配電網規劃的難度。

為了提高配電自動化水平，采用大量“三遙”設備，使得大量終端節點的實時數據能夠傳送到監控主站，為主動配電網提供了狀態信息，同時遠程開關控制將變得更加迅速，配電網具有了可隨外部環境的變化快速實現負荷轉供和故障恢復的能力。因此，快速網絡轉供能力的具備對配電網規劃問題提出了新的要求。

以上問題只是配電網規劃需要考慮的問題的一部分。一種理想的智能配電網規劃需要同時考慮：①提高可再生能源的利用率以及設備耗費最小；②分布式電源的定址、定容、定量；⑧網絡損耗；④網絡風險指數；⑤配電網網架；⑥多微網系統運行的經濟性；⑦變電站選址；⑧配電網的控制方式；⑨負荷的特性；⑩其他重要問題。

目前沒有一種方法可以全面的考慮到配電網規劃中的所有方面。實際從工程角度，針對不同的規劃要求和目的，提出不同的多目標優化模型。比如有學者提出計及分布式電源出力和負荷的隨機性，定義負荷供電恢復率，建立了以經濟性和可靠性為目標的配電網線路開關聯合優化的柔性規劃模型，并對規劃方案進行了可靠性評估。還有學者提出了一種能夠反映配電網結構合理程度的網絡風險指數，并建立了以配電網投資費用、網絡損耗和網絡風險指數為目標函數，綜合考慮經濟性和可靠性的配電網規劃模型。

三、智能配電網的調度運行

對于傳統的配電網，電壓控制和頻率調節是日常運行中的主要問題。分布式電源的大量應用對于系統保護和控制提出了更高的要求。傳統配電網在協調控制和主動管理方面的不足，催生了主動配電網（active distribution network， ADN）的概念。ADN就是能夠協調各類分布式電源與儲能、基于靈活拓撲優化潮流、積極管理需求側資源，在滿足用戶電力需求的基礎之上，促進可再生能源發電消納和網絡經濟安全運行的配電系統。

對主動配電網的分層、分區管理是其常見的調度運行機制。分層控制可采用多代理系統或協調控制。文獻提出主動配電網的三層控制結構，將主動配電網進行區域劃分，并在每個區域中配置協調控制器進行區域自動控制。根據饋線控制誤差（feeder control error，FCE）指標，建立了實時平抑區域運行狀態與最優目標之間差異的區域控制機制，據此提出了分層分布控制器與源網協調控制器的模型。

國務院《關于進一步深化電力體制改革若干意見》提出：積極發展分布式電源，全面放開用戶側分布式電源市場。擁有分布式電源的用戶以自身利益最大化為目標向電網供電，因此不在配電網統一調度內，會影響電網的穩定性。針對這種新情況，建立考慮多利益主體的主動配電網調度機制也是十分必要的。

本文只是從規劃和調度運行的若干個角度，對智能配電網進行探討，由于篇幅有限，并未涉及諸如配電系統安全域、考慮越限風險下的調度運行、配電網重構等方向。希望本文能為我國從事智能配電網相關研究的人員提供一定的參考。