新能源背景下的配電網多場景規劃分析

鄭淑榕

廣東電網有限責任公司韶關供電局，廣東 韶關 512026

0 引言

基于產能過剩、能源利用低效化、新能源消納難度大等問題，必須探尋新能源背景下電、氣、冷熱能源的綜合利用問題，以配電網多場景規劃帶來電、氣、冷熱等多種能源系統的綜合利用，以彼此間的協調優化提高我國能源利用率，從而真正實現可持續發展。

1 背景

目前關于新能源綜合開發系統的研究主要有三大成果，分別為綜合規劃、聯合運行優化和綜合評估。綜合規劃從多能源系統耦合關系建模、求解等方面著手，提出了改進型模糊綜合能源系統規劃方法，以獲得最優化的容量配置方案，明確最佳運行路徑。綜合規劃以運行費用、補償成本最小為目標函數，建立新能源系統儲電、儲熱配置模型[1]。聯合運行優化則主要是推出了充分考慮電力網絡、熱力網絡傳輸損耗的電熱綜合能源系統多目標優化調度模型以及積極需求側響應綜合能源系統優化模型。綜合評估在現有綜合能源系統效益評價指標體系和評價模式的基礎上，重點從支路功率、節點電壓氣壓等方面提出了系統評價指標，對應綠色的綜合能源系統價值評估方法。

隨著人們對綜合能源系統研究的深入，逐漸開始關注其與配電網之間的關系，著手配電網的多場景規劃。從發展的大趨勢看，配電網將與天然氣系統、冷熱傳輸系統聯合規劃發展。在規劃發展中既要考慮電網規劃成本問題，又要考慮能源利用效率、新能源消耗率問題，還要兼顧配電網絡的潮流約束，以明確新能源綜合系統配電網協調規劃的復雜性[2]。因此，基于其多重目標訴求，探明配電網多場景規劃路徑具有積極意義。

2 新能源背景下配電網多場景規劃的復雜性

新能源背景下，配電網多場景規劃相對復雜，而這種復雜性是由多要素協調規劃的較高難度決定的。規劃要素具有明顯的行為特征差異，這些要素物理本質和行為特征的差異使得問題規劃混雜性和整體規模顯著提升。為此，可以著手發展科學有效的多類型要素預測分析手段，利用已有的配電大數據進行負荷需求變化、典型運行場景的預測，也可以用細顆粒度的規劃方法去明確同要素不確定性特征，實現負荷隨機行為、用戶行為習慣特殊性到模型中的整合，以場景削減的方式提取核心問題。配電網運行與規劃處于緊密耦合狀態，必須處理好規劃問題、運行問題和形態演變之間的關系。例如，用電高成本地區可再生能源供能方式發展快，而供電可靠性無法有效滿足用戶需要的地區，用戶儲能和發電設備應用更普遍。由此可以看出，配電網形態發展與規劃設計有一定的耦合性[3]，需要在問題規劃時進行關聯性的充分解讀。

不同運行策略對規劃方案評價結果有直接性影響，不同的規劃方案有影響運行策略的設計，因此運行階段的多類型影響要素應在規劃問題中體現，這使得配電網多場景規劃模型建構更復雜，需關注復雜場景下的評估與決策。動態化約束條件、運行策略優化等要素的出現讓規劃問題變得動態連續，規劃方案的評估決策難度提升。為此，在配電網多場景規劃時需考慮復雜的場景需求，選擇科學有效的推演方式，明確配電網形態演變下協調規劃的若干關鍵問題。

3 新能源背景下配電網多場景規劃的策略

3.1 進行復雜形態特征的提取和量化處理

傳統的配電網規劃以電能質量指標進行電網特征的刻畫，但電網形態和用戶需求是動態變化的，使用靜態、穩定的電能質量指標來進行電網特征刻畫無法滿足配電系統多場景規劃的現實要求，因此應進行其他指標的定量描述，以實現配電系統時間、空間、物理、價值多維度屬性的分析，將不確定的互聯性的信息理念轉變為可科學度量的計量指標，形成統一框架指導下的規劃設計指標集合以及評估體系。配電網多場景規劃的主要影響要素如圖1所示。在多場景規劃復雜形態特征的量化分析中，不僅需對電子裝備拓撲結構、端接方法進行考量，還需計算電磁容量，明確安裝位置，在規劃中要考慮信號傳達、信號傳輸中斷、誤碼冗余等問題。

圖1 配電網多場景規劃的主要影響要素

3.2 進行規劃要素的動態聚合分析

傳統配電網規劃所對應的負荷結構簡單且用電方式穩定，而基于新能源綜合利用的背景進行配電網多場景規劃時，需考慮系統承載規劃要素的豐富性，以及這些要素物理屬性、動態特性方面的差異?？紤]到分布式電源、分布式儲能等設備接入所帶來的多節點實際，需進行多尺度動態聚合預測與分析，以場景削減等方式限制規劃問題的不確定性水平。為此，進行典型場景與極端環境下源—網—荷變化趨勢的模擬[4]，從而實現規劃要素多尺度特征的把握，進行多維度分析預測，與所獲得的分散資源聚合特性去探明其規劃周期內的行為規律。模擬過程如圖2所示。對于分布式電源來說，如果將其看作是具有負出力特性的負荷，傳統配電系統規劃所對應的負荷預測方法也有一定的借鑒作用，但其無法滿足新能源綜合利用背景下配電網多場景規劃及智能配電運行的實際，也無法對接入的分布數儲能進行預測。因此應基于規劃要素動態聚合結果去探明他們之間的聯動關系和互動模式，嘗試源—荷—儲協同預測的新方法。

圖2 動態聚合與分析預測流程

3.3 多要素影響下的復雜場景規劃

一方面，計及運行特征的精細規劃。在規劃階段要考慮到配電系統的場景應用的不確定性特征和靈活運行策略，實現可控資源的挖掘和利用[5]，配合協調運行方案實現經濟效益的最大化。在計及運行策略影響時應建立系統形態特征明顯，多場景規劃運行不確定性與運行策略融合的優化規劃模型，以減少運行策略調整對電網規劃的不利影響。另一方面，需做好多元數據驅動的演進規劃，以多時空尺度配用電大數據的挖掘與融合去預估電網未來發展趨勢的精細度，在大數據與人工智能技術的支持下建立以數據貫穿驅動的配電系統，規劃建設運行評估的閉環鏈條。具體來說，所對應的典型技術主要是基于配電大數據負荷特征的有效挖掘技術，主要負責用戶行為特征的辨別、配電系統負荷趨勢的預測、多時間尺度負荷需求場景的設計。面向系統現狀評估的數據分析技術，指導構建狀態綜合評價為目標的智能配電系統規劃模型，也包括智能配電系統演進規劃技術，支持配電系統多階段投資效益預測、配電系統投資效果評價。

3.4 多場景推演及動態協調決策

基于新能源綜合利用的時代背景，配電網多場景規劃與實施也需要多場景推演及動態協調決策的支持。一方面是多場景推演，另一方面是動態協調決策。多場景推演是運用場景融合與分裂方法推出適應性更強、延展度更好的場景，以對場景變化的強調和配電網發展的互動實現配電網動態演化路徑的探尋，增強多場景規劃的有效性，讓規劃場景分析更靈活、更具針對性。動態協調決策是既要著眼目標年的系統發展方案，又要探明目標年的發展路徑，借助多場景推演工具積極協調決策場景發展之間的互動關系，在全規劃周期內獲得最優的決策支持。人工智能技術的創新應用實現了多要素動態交互，這為最優路徑的求解提供可能，是動態協調規劃決策的突破口。

4 結論

電力市場開放程度越高，新能源應用的需求更為迫切，基于新能源應用的訴求，將其與配電網的規劃運行結合起來，構建新能源綜合利用背景下的配電網多場景規劃體系，以科學預測與部署提高配電系統的智能化水平，才能保障電力系統的高效平穩運行，才能更好地滿足投資方、運營方、使用方等主體的利益訴求，以多場景的規劃帶來社會效益的最大化。