主動配電網(wǎng)的概念形成

CIGREC6專委會對含DER的配電網(wǎng)進(jìn)行了一系列的詳細(xì)研究。2008年國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)配電與分布式發(fā)電專委會(C6)的C6.11項(xiàng)目組在所發(fā)表的“主動配電網(wǎng)的運(yùn)行與發(fā)展”研究報(bào)告中明確提出了ADN以及DER的概念。CIGREC6關(guān)于ADN和DER的基本定義和構(gòu)成的設(shè)想目前已經(jīng)得到國際學(xué)術(shù)組織CIRED和IEEE的廣泛認(rèn)可。主動配電網(wǎng)(ADN)的基本定義是：通過使用靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來管理潮流，以便對局部的DER進(jìn)行主動控制和主動管理的配電系統(tǒng)。DER在一定程度上可承擔(dān)支持系統(tǒng)的責(zé)任，這將取決于適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管環(huán)境和接入?yún)f(xié)議。分布式能源(DER)的基本構(gòu)成是：分布式發(fā)電(distributedgeneration，DG)、分布式儲能(electricalenergystorage，EES)、可控負(fù)荷(controllableload，CL)等。其中DG主要為可再生能源(renewableenergysource，RES)，包括光伏發(fā)電PV、風(fēng)能發(fā)電等；CL包括電動汽車(electricvehicle，EV)、響應(yīng)負(fù)荷(responsiveload，RL)等。由于具有發(fā)電和消費(fèi)雙重身份的生產(chǎn)性負(fù)荷(pro-consumer)的出現(xiàn)，使得響應(yīng)負(fù)荷也成為了DER。

2010年本文作者根據(jù)CIGREC6.11的定義將ADN翻譯為“主動配電網(wǎng)”。在世界范圍內(nèi)由于目前對電網(wǎng)運(yùn)營商和DER擁有者還缺乏必要的激勵機(jī)制以及適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管環(huán)境，使得ADN這一概念至今仍處于發(fā)展階段，還有許多尚待研究的新問題。需要指出的是，微網(wǎng)主要是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以常態(tài)方式孤島運(yùn)行。與“微網(wǎng)”不同的是，ADN是由電力企業(yè)管理的公共配電網(wǎng)，常態(tài)方式下不孤島運(yùn)行，但在緊急情況下(由于DG的存在)通過合理配置解列點(diǎn)，可使得ADN的局部作為微網(wǎng)而以非常態(tài)方式孤島運(yùn)行。

DER接入對傳統(tǒng)配電網(wǎng)的影響

傳統(tǒng)配電網(wǎng)是輸電網(wǎng)和用戶之間的重要中間環(huán)節(jié)，特別是中低壓配電網(wǎng)實(shí)際上被設(shè)計(jì)成電力系統(tǒng)的“被動”負(fù)荷。傳統(tǒng)配電網(wǎng)的運(yùn)行模式和技術(shù)準(zhǔn)則也相對簡單，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行一般采取開環(huán)輻射模式，即使采用配電自動化措施，也主要用于故障后的快速處理，一般不會對穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的配電網(wǎng)進(jìn)行主動控制。因此傳統(tǒng)配電網(wǎng)可稱之為被動配電網(wǎng)(passivedistributionnetwork，PDN)。傳統(tǒng)配電網(wǎng)原本不是為高滲透率DER的接入而設(shè)計(jì)的。當(dāng)前各國都在研究如何適應(yīng)高滲透率DER的接入。例如，歐盟在2020年將要實(shí)現(xiàn)20-20-20計(jì)劃，其中包括可再生能源的滲透率將達(dá)到20%。雖然歐盟國家可再生能源的滲透率總體上將在一定的范圍(如20%)內(nèi)，但是局部供電區(qū)域的滲透率有可能會更高，例如：德國目前可再生能源的裝機(jī)容量已約占總裝機(jī)容量的30%，可再生能源的發(fā)電量已約占總發(fā)電量的20%，2020年可再生能源的裝機(jī)容量將達(dá)到35%，2050年可再生能源的裝機(jī)容量將達(dá)到80%，其中德國中部電力公司(260萬客戶)的可再生能源發(fā)電在2020年有可能達(dá)到100%；意大利2012年的可再生能源裝機(jī)已達(dá)18.6GW，已經(jīng)使輸電網(wǎng)向配電網(wǎng)的功率流減少了8GW多，即削減配電負(fù)荷約20%，而且未來還有20GW的接入申請，已經(jīng)需要考慮傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組為可再生能源提供備用的問題。總體來說，DER滲透率的大小，取決于許多邊界條件，如外部電網(wǎng)及發(fā)電機(jī)組可提供的備用裕度以及DER的控制模式等。

配電網(wǎng)在DER大量接入后，有可能引起諸多問題，這些問題既有技術(shù)方面的，也有管理方面的。DER接入到配電網(wǎng)后甚至?xí)绊懙侥茉词袌龅倪\(yùn)營，如DG注入的功率會改變傳統(tǒng)配電網(wǎng)上的負(fù)荷曲線，從而影響傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行出力，并要求配電系統(tǒng)運(yùn)營商(distributionsystemoperator，DSO)在與輸電系統(tǒng)運(yùn)營商(transmissionsystemoperator，TSO)密切協(xié)調(diào)配合的條件下?lián)喂芾砟芰苛鞯男陆巧？偠灾∫?guī)模DER的接入只會影響配電網(wǎng)的局部運(yùn)行，而大規(guī)模(高滲透率)DER的接入?yún)s會影響電力系統(tǒng)的全局運(yùn)行，并對配電網(wǎng)的規(guī)劃、運(yùn)行、短路水平和設(shè)備選型、故障處理過程和保護(hù)、非常態(tài)方式孤島運(yùn)行等方面帶來不容忽視的影響。

1）對配電網(wǎng)規(guī)劃方法的影響。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃方法只是針對某個(gè)負(fù)荷預(yù)測值采用最大容量裕度(給定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))來應(yīng)對最嚴(yán)重工況的運(yùn)行條件(即使最嚴(yán)重工況為小概率事件)，從而在規(guī)劃階段就可以找到處理所有運(yùn)行問題的最優(yōu)解，因此傳統(tǒng)規(guī)劃方法相對簡單。ADN的負(fù)荷預(yù)測結(jié)果會受需求側(cè)響應(yīng)和DG的雙重影響，同時(shí)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)會受DER主動管理模式的影響。因此ADN的規(guī)劃方法相對傳統(tǒng)配電網(wǎng)的規(guī)劃方法要復(fù)雜得多。解決方案：ADN的規(guī)劃方法需在規(guī)劃階段就考慮其運(yùn)行時(shí)可能遇到的各種不確定性工況。例如，在面對雙向潮流時(shí)甚至有可能考慮將配電網(wǎng)從開環(huán)輻射狀向閉環(huán)網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)過渡，并以合理的費(fèi)用集成信息通訊與電力電子換流技術(shù)，而不只是簡單地考慮接入新的能源形式和儲能設(shè)備。隨著DER滲透率的提高，ADN規(guī)劃還需考慮所有電源的協(xié)調(diào)優(yōu)化問題，如與主網(wǎng)電源的協(xié)調(diào)問題。

2）對配電網(wǎng)運(yùn)行的影響。現(xiàn)有電力設(shè)備必須在其額定電壓附近的給定電壓范圍內(nèi)運(yùn)行，配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量與無功電壓控制密切相關(guān)。傳統(tǒng)配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)是無源的，無功電壓控制模式相對簡單。當(dāng)DER接入配電網(wǎng)后，由于DER設(shè)備具有間歇性、隨機(jī)性、非線性特征，這不但使得配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的無功電壓控制模式相對復(fù)雜，而且還有可能導(dǎo)致配電網(wǎng)出現(xiàn)有功潮流反向和無功潮流的不確定性。DER接入或退出時(shí)還有可能導(dǎo)致暫態(tài)電壓變化、風(fēng)電機(jī)組的接入和退出還有可能引起閃變、電壓畸變、保護(hù)誤動等問題，使得配電網(wǎng)的電能質(zhì)量及供電可靠性受到一定的影響。解決方案：依賴信息及通信技術(shù)(informationandcommunicationtechnology，ICT)和先進(jìn)的計(jì)量設(shè)施(advancedmeteringinfrastructure，AMI)技術(shù)，采用適用于配電網(wǎng)的監(jiān)控和保護(hù)模式，提高系統(tǒng)的可觀測性，變被動控制方式為主動控制方式，更多地依靠主動式的電網(wǎng)管理，網(wǎng)架運(yùn)行也逐步從開環(huán)輻射運(yùn)行向閉環(huán)運(yùn)行過渡，并采用各種新型電力電子設(shè)備，如主動無功補(bǔ)償裝置、主動有功移相調(diào)節(jié)器、有載調(diào)壓變壓器等對配電網(wǎng)的有功和無功潮流進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

3）對短路電流及設(shè)備選型的影響。任何一個(gè)電源接入系統(tǒng)，都會給系統(tǒng)提供短路電流，因此，為了使DG接入后開關(guān)設(shè)備的遮斷容量依然不超標(biāo)，就有可能需要更換原有的開關(guān)設(shè)備，從而增加接入的費(fèi)用；另外，對于同一變電站有多點(diǎn)接入DG的情況，最后接入的DG有可能會造成接入點(diǎn)及其附近同一電壓層級節(jié)點(diǎn)的短路電流超標(biāo)，因而需要更換設(shè)備，而且大量的持續(xù)的DG接入請求在有些供電區(qū)域增加了網(wǎng)絡(luò)飽和的可能性，這使得后來的DG接入者的申請受到限制。

4）對保護(hù)裝置運(yùn)行和故障處理的影響。DG接入后，會對故障條件下的短路電流產(chǎn)生影響，從而有可能使保護(hù)誤動。現(xiàn)有中壓配電網(wǎng)的故障清除過程一般是在沒有DG接入的情況下設(shè)計(jì)的，主要涉及自動重合閘、負(fù)荷轉(zhuǎn)移、以及故障段自動隔離等3個(gè)基本操作。DG接入后會對這些操作產(chǎn)生較大的影響。在饋線故障且具有DG的情況下，非同步的自動重合可能會對DG產(chǎn)生損害。在瞬時(shí)故障后DG未斷開的情況下，重合閘操作有可能導(dǎo)致大電流以及逆變器跳閘。在負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)，DG的接入有可能使轉(zhuǎn)供饋線的短路電流水平超過限值。解決方案：協(xié)調(diào)配置和重新整定保護(hù)裝置，必要時(shí)采用專用饋線接入DG，采用不同原理的保護(hù)配置及進(jìn)行保護(hù)整定。

5）對非常態(tài)方式孤島運(yùn)行的影響。在當(dāng)前的技術(shù)條件下，配電網(wǎng)一般不具備常態(tài)方式孤島運(yùn)行的條件。一般情況下，非常態(tài)孤島運(yùn)行會對孤島后的配電網(wǎng)電壓和頻率產(chǎn)生影響。公共配電網(wǎng)一般只有在非常態(tài)的應(yīng)急情況下才有孤島運(yùn)行的必要，且需要有良好定義的規(guī)則，以及DSO和TSO的協(xié)調(diào)配合，才能保證非常態(tài)方式孤島運(yùn)行后DER的正常運(yùn)行。此外，配電網(wǎng)的非常態(tài)方式孤島運(yùn)行必須有明確的利益協(xié)調(diào)機(jī)制，以便對配電企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)投資和DER提供的配套服務(wù)進(jìn)行回報(bào)。解決方案：研究DG的反孤島措施，制定對DER的監(jiān)管條例，完善DER的自動退出機(jī)制，提高DSO對DER的主動管理和主動控制能力。

主動配電網(wǎng)的基本特性

配電系統(tǒng)中ICT技術(shù)的發(fā)展為各種DER的協(xié)調(diào)配合與控制提供了可能性。全球的利益相關(guān)者，如配電企業(yè)、設(shè)備制造商、電氣工程顧問公司、科研機(jī)構(gòu)以及監(jiān)管機(jī)構(gòu)，都在積極研究和探討高滲透率DER接入后現(xiàn)代配電網(wǎng)所面臨的問題。在這些研究構(gòu)想下，傳統(tǒng)配電網(wǎng)將逐步從PDN向ADN過渡。由于配電網(wǎng)有可能逐步接入大量的DER，現(xiàn)代配電網(wǎng)已經(jīng)不再等同于僅僅將電力能源從輸電系統(tǒng)配送到中低壓終端用戶的傳統(tǒng)配電網(wǎng)，如前所述，現(xiàn)代配電網(wǎng)應(yīng)該改稱為配電系統(tǒng)。

ADN可以說是“智能電網(wǎng)”的重要組成部分之一。ADN將是一種基礎(chǔ)設(shè)施，使得電力用戶能夠參與電力市場互動，可將他們的需求與ADN所提供的功能相匹配，并允許DSO在配電系統(tǒng)運(yùn)行中集成DER，從而優(yōu)化使用配電系統(tǒng)的資產(chǎn)，并可提高能源的利用效率和改善配電網(wǎng)的性能。與注重客戶端電網(wǎng)的微網(wǎng)不同，ADN注重處理公用配電網(wǎng)接入DER的問題。對于電網(wǎng)企業(yè)而言，從PDN過渡到更積極的ADN的一般驅(qū)動力/激勵機(jī)制如下：

1）提高客戶服務(wù)質(zhì)量。能夠更快、更經(jīng)濟(jì)有效地接入客戶(包括發(fā)電客戶和負(fù)荷客戶)。2）提高管理性能指標(biāo)。通過提高配電系統(tǒng)的可靠性，減少客戶的供電中斷以及顧客的停電分鐘損失，即客戶停電的分鐘/小時(shí)/天數(shù)。3）減少運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。通過提高配電系統(tǒng)的監(jiān)控能力，降低配電系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。4）優(yōu)化利用現(xiàn)有的配電網(wǎng)絡(luò)。通過加強(qiáng)對配電網(wǎng)的控制，提高配電設(shè)備的利用率，避免或推遲對饋線和變壓器的改造。圖1表示了對DER進(jìn)行主動控制和管理的效果圖，該圖從電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量出發(fā)，將DER與配電網(wǎng)集成并實(shí)施分散控制，展示了滿足尖峰負(fù)荷所需的3種裝機(jī)容量，方式1）為在當(dāng)前被動控制(DG為連續(xù)控制的)條件下的總裝機(jī)容量，方式2）為采用被動控制模式條件下(DG大部分為RES)條件下的裝機(jī)容量；方式3）為主動控制模式條件下的總裝機(jī)容量。因?yàn)镽ES的年額定出力利用小時(shí)數(shù)只有1000~2000h，所以方式2）的總裝機(jī)容量要遠(yuǎn)高于方式1）；由于可處理大量的DER，使集中發(fā)電只帶基荷，故集中發(fā)電容量可大量降低，使DG和DSM所承擔(dān)的負(fù)荷大量增加，從而使方式3）的總裝機(jī)容量要低于方式2）。

以下討論實(shí)施ADN所帶來的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)、機(jī)會以及風(fēng)險(xiǎn)(即進(jìn)行SWOT分析)。SWOT分析方法是一種戰(zhàn)略分析方法。其中：S(strength)表示自身優(yōu)勢；W(weakness)表示自身弱勢；O(opportunity)表示外部提供的機(jī)會；T(threat)表示面臨的外部風(fēng)險(xiǎn)。1）優(yōu)勢。ADN提供了加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)改造的經(jīng)濟(jì)替代方案，提高了運(yùn)行可靠性，減少了損耗，通過自動化與控制，提高了網(wǎng)絡(luò)接入客戶DER的能力。2）弱勢。目前配電企業(yè)還缺乏維護(hù)ADN的經(jīng)驗(yàn)，還沒有承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的驅(qū)動力，現(xiàn)有的通信基礎(chǔ)設(shè)施還不足以承擔(dān)主動控制和主動管理的功能。3）機(jī)會。通過將老化資產(chǎn)替換為具有主動管理能力的設(shè)備、開發(fā)和實(shí)施智能計(jì)量技術(shù)、發(fā)展通信基礎(chǔ)設(shè)施，提供了提高分布式可再生能源的滲透率而邁向低碳經(jīng)濟(jì)的機(jī)會。4）風(fēng)險(xiǎn)。技術(shù)方面，RES滲透率較高后有可能對傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組和輸電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響，所依賴的ICT技術(shù)本身的安全性問題值得關(guān)注；管理方面，現(xiàn)有的規(guī)程和規(guī)范與ADN的發(fā)展可能存在不相適應(yīng)的地方，向ADN發(fā)展的過渡期較長，有可能增加管理的難度。

主動配電網(wǎng)研究的相關(guān)動態(tài)

CIGREC6在提出ADN研究框架和方向的基礎(chǔ)上，通過開展新的研究項(xiàng)目，從中提取各國均適用的可行技術(shù)和可行方法，CIGREC6的研究無論從深度和廣度上都給中國的相關(guān)研究提供了一定的啟示。以下介紹CIGREC6以及作者多年的相關(guān)成果。

1）CIGREC6的相關(guān)研究。CIGREC6的項(xiàng)目組目前已經(jīng)完成以下多項(xiàng)相關(guān)研究報(bào)告：①可再生及分布式能源接入的示例系統(tǒng)(C6.04)；②大規(guī)模間歇性能源的并網(wǎng)(C6.08)；③需求側(cè)集成(C6.09)；④低壓分布式發(fā)電設(shè)備的技術(shù)規(guī)范(C6.10)；⑤主動配電網(wǎng)的發(fā)展與運(yùn)行(C6.11)；⑥電能儲能系統(tǒng)的研究(C6.15)等。以此為基礎(chǔ)，CIGREC6已經(jīng)啟動而且還將啟動多個(gè)與ADN相關(guān)的研究項(xiàng)目組，主要包括：①主動配電網(wǎng)的規(guī)劃與優(yōu)化(C6.19)；②電動汽車接入(C6.20)；③智能測量(前沿、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以及未來需求(C6.21)；④微電網(wǎng)發(fā)展路線圖(C6.22)；⑤饋線接入DER的最大容量評估(C6.23)；⑥電池儲能系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范指導(dǎo)意見(C6.24)；⑦未來配電系統(tǒng)的控制與自動化(C6.25)；⑧帶有分布式能源的配電系統(tǒng)的保護(hù)(C6.26)；⑨針對具有高滲透率分布式能源的配電網(wǎng)的資產(chǎn)管理(C6.27)。CIGREC6的項(xiàng)目一般由各國主要研究單位的專業(yè)人員負(fù)責(zé)，作者作為中國的代表參與了C6.19、C6.23和C6.27的研究工作，概要介紹如下：主動配電網(wǎng)的規(guī)劃與優(yōu)化(C6.19)工作組共包括5個(gè)研究內(nèi)容：①電網(wǎng)企業(yè)ADN現(xiàn)狀調(diào)研；②傳統(tǒng)規(guī)劃方法的現(xiàn)狀；③適用于ADN的新規(guī)劃方法；④ADN的可靠性評估；⑤新的規(guī)劃模型。饋線接入DER的最大容量評估(C6.23)工作組共包括6個(gè)研究內(nèi)容：①DER的接入在配電層級所造成的問題；②審查各國的經(jīng)驗(yàn)及進(jìn)行案例研究；③審查各國應(yīng)用的DER接入標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則；④根據(jù)現(xiàn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)簡單的指導(dǎo)方針；⑤DER、DSM、電動汽車以及網(wǎng)絡(luò)控制對增加接入容量的影響；⑥判斷在中低壓層級采用DER控制所帶來的技術(shù)和商業(yè)方面的局限性和差異。主動配電網(wǎng)的規(guī)劃與優(yōu)化(C6.19)工作組的研究人員發(fā)表了一些階段性研究成果，如ADN的可靠性評估[3]、ADN中DG集成的多目標(biāo)規(guī)劃[4]、基于多目標(biāo)規(guī)劃的ADN的成本/效益分析[5]、兩階段的在線主動管理的能源資源協(xié)調(diào)優(yōu)化[6]、主動網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化規(guī)劃[7]、管理ADN網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)DMS[8]等。

2）作者及合作者的相關(guān)研究。本文作者也發(fā)表了一些與ADN的規(guī)劃與優(yōu)化相關(guān)的研究成果，主要包括以下幾方面的內(nèi)容：①計(jì)算平臺與評估流程方面。針對ADN的特性和需求，并考慮了DG接入的特殊需求，提出了ADN的規(guī)劃流程[9]，建立了一個(gè)ADN規(guī)劃的案例研究平臺[10]，提出了具有DG的配電網(wǎng)可靠性評估流程[11]。②在儲能系統(tǒng)應(yīng)用方面。針對高滲透率DG接入的需求，提出了儲能在不同電壓等級配電網(wǎng)應(yīng)用的策略[12]，提出了配電系統(tǒng)中用于負(fù)荷平衡的儲能優(yōu)化配置[13]的算法并進(jìn)行了微電網(wǎng)中復(fù)合儲能的優(yōu)化配置研究[14]。③在優(yōu)化方法方面。為了考慮ADN的可持續(xù)發(fā)展，提出了配電網(wǎng)集成DER的成本效益分析方法[15]，提出了邊遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用微電網(wǎng)的配電系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃方法。這些研究成果從計(jì)算平臺、優(yōu)化算法、評估流程、成本效益評估、信息需求和技術(shù)準(zhǔn)則的調(diào)整等方面深入開展了針對ADN的全方位研究。在今年6月召開的CIRED2013及相關(guān)會議上，作者探討了為接入DER嘗試改變技術(shù)準(zhǔn)則的可能性[17]及ADN規(guī)劃所需的信息需求[18]，作者與CIGREC6的研究人員還探討了ADN規(guī)劃中需求側(cè)集成的問題[19]等。這些研究內(nèi)容應(yīng)引起國內(nèi)相關(guān)部門的關(guān)注。

主動配電網(wǎng)的可行技術(shù)

目前，ADN項(xiàng)目在世界各地的電力系統(tǒng)研究中仍處于起步階段。為了使研究成果能夠真正成為實(shí)用工具，一般應(yīng)該注重的是“可行技術(shù)(EnablingTechnology)”的研究。許多領(lǐng)先的電力企業(yè)率先進(jìn)行了一些ADN的試點(diǎn)項(xiàng)目和示范實(shí)施，CIGREC6的研究報(bào)告C6.11《主動配電網(wǎng)的運(yùn)行和發(fā)展》，對這些項(xiàng)目所開發(fā)的可行技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。本節(jié)對世界范圍內(nèi)ADN項(xiàng)目的實(shí)施狀況進(jìn)行評估和分析，并對當(dāng)前ADN研究的可行技術(shù)進(jìn)行了歸納和研究。目前世界范圍內(nèi)共有11個(gè)國家和地區(qū)開展了24個(gè)具有創(chuàng)新性的ADN項(xiàng)目，這11個(gè)國家和地區(qū)包括美國、澳大利亞、意大利、希臘、德國、英國、歐盟、荷蘭、丹麥、西班牙、日本。現(xiàn)將項(xiàng)目中所應(yīng)用的通信技術(shù)以及ADN的可行技術(shù)介紹如下。

1）通信技術(shù)。表2列出了目前所使用的通信技術(shù)。各公司所使用的通信手段差別很大，只有少數(shù)公司提到了使用DER的遙控通訊手段，且只有很少的一部分提到將把控制延伸到低壓網(wǎng)絡(luò)。對配電系統(tǒng)進(jìn)行主動管理和控制，需要采用信息和通訊技術(shù)設(shè)備(ICT)技術(shù)作支撐，也就是說，ICT技術(shù)對于提高配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及效率，保持系統(tǒng)頻率、控制潮流和調(diào)節(jié)電壓是必不可少的可行技術(shù)；主動控制既可以進(jìn)行集中控制，也可以進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)控制，或者進(jìn)行組合控制(自治控制或優(yōu)化控制)。智能電子設(shè)備(intelligentelectronicdevice，IED)可用于對DG和RL進(jìn)行控制，同時(shí)也可監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)并能夠提供獨(dú)立的保護(hù)行為；控制中心(DMS/EMS)可通過各種通信系統(tǒng)與終端設(shè)備IEDs通信，以光纖通信為主；而智能電表可采用光纖、無線或載波進(jìn)行信息傳遞。互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)可與這些不同的通信技術(shù)配合，從而形成互聯(lián)網(wǎng)通信，這也將是ADN主動管理的重要組成部分。

2）相關(guān)技術(shù)及研發(fā)需求。現(xiàn)有的ADN項(xiàng)目主要涉及硬件設(shè)備、監(jiān)測控制和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行三個(gè)方面的技術(shù)，綜合考慮發(fā)展ADN未來發(fā)展需求，所需解決的可行技術(shù)主要有：①可行技術(shù)1(電力電子設(shè)備)。智能設(shè)備和通信媒介設(shè)備、AMI、ESS和電池能量管理、DG的接入和控制接口；采用電力電子設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、無功補(bǔ)償、電壓調(diào)節(jié)、諧波補(bǔ)償，進(jìn)行接入DER的轉(zhuǎn)換；采用可控的DER和負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行以使回報(bào)最大化，采用可控儲能以使負(fù)荷和發(fā)電平衡。②可行技術(shù)2(ICT技術(shù))。采用ICT技術(shù)可以進(jìn)行計(jì)算、存儲、處理和分配信息，在可控設(shè)備和控制單元之間傳送信息(發(fā)電和負(fù)荷控制、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、主動補(bǔ)償、監(jiān)測、負(fù)荷、發(fā)電和電價(jià)的預(yù)測等)。③可行技術(shù)3(監(jiān)測和預(yù)測)。測量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、估計(jì)實(shí)際運(yùn)行條件、保證系統(tǒng)安全所需的負(fù)荷、發(fā)電和電價(jià)的預(yù)測。④可行技術(shù)4(運(yùn)行與控制)。配電管理系統(tǒng)(distributionmanagementsystem，DMS)、DER的分布式控制、需求側(cè)管理(demandsidemanagement，DSM)、微電網(wǎng)/饋線(孤島運(yùn)行)；進(jìn)行潮流管理、自動電壓控制(automaticvoltagecontrol，AVC)、動態(tài)的線路載荷水平(dynamiclinerating，DLR)等。⑤適用可行技術(shù)5(規(guī)劃與設(shè)計(jì))。摒棄傳統(tǒng)的與運(yùn)行無關(guān)的方法，在規(guī)劃階段就考慮其運(yùn)行時(shí)可能遇到的各種不確定性工況的方法，應(yīng)對高滲透率的DER的接入，不能簡單地將接入新的能源形式和儲能設(shè)備的規(guī)劃視為ADN規(guī)劃。

通過對以上各種可行技術(shù)的分析，可確定其相應(yīng)的應(yīng)用范圍、預(yù)期收益以及未來的研發(fā)需求。應(yīng)用范圍包括有功和無功控制、需求側(cè)管理(采用可變電價(jià)結(jié)構(gòu))、ADN管理、孤島運(yùn)行、削峰和間歇性發(fā)電、網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)管理等。預(yù)期收益包括提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)供能力、提高配電網(wǎng)的主動管理水平、提高配電網(wǎng)新舊元件的協(xié)調(diào)和控制能力以及對網(wǎng)絡(luò)信息的采集能力、提高集成可再生能源的能力、延緩配電網(wǎng)絡(luò)改造時(shí)間、提高削峰和孤島運(yùn)行的能力、提高DG的接入能力、提高SCADA的能力、對潮流進(jìn)行優(yōu)化等。研發(fā)需求包括進(jìn)一步降低費(fèi)用、提高可靠性、制定接入標(biāo)準(zhǔn)、提高集成能力、制定新的監(jiān)管條例、降低儲能費(fèi)用、與主網(wǎng)的再同步、新的保護(hù)配置方案等。隨著上述可行技術(shù)的進(jìn)步，為使PDN向著ADN的方向逐步發(fā)展，作者認(rèn)為配電系統(tǒng)的各個(gè)方面均會有很大的變化，例如技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)逐步柔性化、管理模式逐步分散化、網(wǎng)路結(jié)構(gòu)日趨靈活、模擬計(jì)算更加精確、控制與保護(hù)模式更加主動等[20]。在2012年的CIGRE年會上，鑒于大量DER接入配電網(wǎng)，CIGREC6決定將主動配電網(wǎng)(ADN)改稱為主動配電系統(tǒng)(activedistributionsystem，ADS)。雖然國際上ADS的發(fā)展已經(jīng)完成了頂層概念設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施驗(yàn)證、模型算法研發(fā)方面的初步研究，但C6.19工作組對全世界5大洲20多個(gè)電力企業(yè)(包括中國的電力企業(yè))進(jìn)行的ADS規(guī)劃方面的有關(guān)調(diào)研結(jié)果表明[21]：鑒于核心計(jì)算工具的缺乏，除歐洲一些國家外，在大多數(shù)國家ADS還未成為配電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行中的一個(gè)必要內(nèi)容；而且主動管理和主動控制現(xiàn)在仍處于初始階段。中國也開始關(guān)注ADS方面的研究[22]，還處于概念探討階段。

結(jié)論

由于高滲透率DER的接入，未來輸配電網(wǎng)之間產(chǎn)生了雙向功率流，負(fù)荷與電源具有了雙重不確定性，客戶具有了消費(fèi)者和生產(chǎn)者的雙重身份。由此為確保電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，必須投入必要的資金對現(xiàn)有配電網(wǎng)進(jìn)行加強(qiáng)或?qū)ΜF(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，ADS是未來電力系統(tǒng)解決這些問題的發(fā)展模式之一。盡管DER滲透率還將進(jìn)一步提高，隨著相關(guān)可行技術(shù)的進(jìn)步，ADS不僅可起著配電層級的功率平衡作用，還起著與上級電網(wǎng)之間的雙向功率交換通道的作用，因此ADS將成為局部區(qū)域各種能源的交換中心。中國在進(jìn)行ADS的相關(guān)研究工作中還應(yīng)該考慮其配電網(wǎng)的具體需求，例如在應(yīng)對高滲透率DER的接入和提高設(shè)備智能化水平等問題的同時(shí)還要研究可行的配電網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模式。

本文作者：范明天 張祖平 蘇傲雪 蘇劍 單位：中國電力科學(xué)研究院 北京師范大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院