【学术】新能源接入对主动配电网的影响

合肥工业大学、国网安徽省电力公司经济技术研究院的研究人员丁明、石雪梅，在2015年第1期《电力建设》杂志上撰文，基于对国内外关于主动配电网(activedistributionnetwork，ADN)相关研究以及分布式发电对传统配电网影响的深入分析，从负荷预测、规划设计和运行控制这3方面对分布式新能源接入主动配电网产生的系列影响开展了讨论，提出含分布式新能源的主动配电网一次网络与能源交换网络布局设计理念以及将大数据技术应用于主动控制系统的设想，同时进行了基于大数据技术的主动控制体系设计、大数据信息采集体系设计和含新能源的主动配电系统(activedistributionsystem，ADS)规划系统设计。

随着分布式光伏、风电、生物质等新能源接入以及电动汽车充放电站的逐渐普及，使得传统配电网在运行的灵活性、安全性和经济性等方面都面临更大的挑战[1]。国民经济的快速发展对配电网提出了安全可靠、优质高效、灵活互动的三大目标，其核心是要求配电网具有更高的供电可靠性和自愈(重构)功能，以最大限度减少供电故障对用户的影响。传统配电网向主动配电网(activedistributionnetwork，ADN)模式的过渡和发展已势在必行。

CIGREC6开展“分散发电对电力系统的影响”研究始于90年代后期，国内对主动配电网(亦称“有源配电网”)研究开展较早并有相关文献发表。目前国内外研究配电网的文献主要分四类[2-14]:

第一类主要是研究分布式电源、电动汽车等对传统配电网的相关影响，主要包括规划模型、继电保护，自动重合闸控制、电能质量、网络损耗与无功优化、故障定位与孤岛检测、可靠性评估策略、智能电网管理与控制，智能微网技术控制等;

第二类是主动配电网的概念及研究框架，即主动配电网定义，主动配电网与传统配电网、微电网、智能电网三者之间的差别，主动配电网示范工程建设进展等;

第三类是主动配电网运行控制，源于对主动配电网体系本身尚未形成清晰统一的认识，因此该类研究文献大多是对电压控制、负荷控制、配网优化规划算法层面的改进等;

第四类文献对主动配电网规划问题、主动配电网技术可行性研究方面进行了一些探讨。而对于分布式新能源的接入对主动配电网的影响方面的研究成果较少。

本文通过对国内外主动配电网相关研究以及分布式发电对传统配电网影响研究的深入分析，从负荷预测、规划和运行控制三方面对分布式新能源接入主动配电网产生的影响开展讨论，提出含新能源的主动配电网一次网络与能源交换布局设计理念，并提出将大数据技术应用于主动控制系统的设想，进行了基于大数据技术的主动控制体系设计和含新能源的主动配电系统(activedistributionsystem，ADS)规划系统设计。

1主动配电网技术的发展(略)

1.1主动配电网概念与特征

1.1.1主动配电网概念发展

1.1.2主动配电网的特征

ADS是当分布式新能源大规模接入配电网后，以“分布式新电源-配电网-用电负荷”三元结构为特征的一种新配用电技术。与传统配用电二元结构不同的是，ADS技术能够“主动”对分布式电源的性能进行分析和预测，并结合部署一些可控的分布式资源进行控制和管理，以消除分布式能源的不确定性对电网带来的影响。

鉴于以上功能实现要求，ADS应具备以下4个特征：(1)有可控的分布式资源;(2)有较为完善的可观可控能力;(3)有实现协调优化管理的控制中心;(4)有可灵活调节的网络拓扑结构。

ADS具备可观性、可控性以体现主动性。“可观性”体现在ADS控制中心可监测主网、配电网和用户侧的负荷和分布式电源的运行情况，在此基础上预测其发展状态，提出优化协调控制策略;“可控性”体现在对分布式电源、储能、负荷等的灵活有效控制，当优化协调控制策略制定出来以后，控制中心能够有效执行。

ADS的“主动性”体现在能预判有可能出现的危险并制定应对策略，通过控制中心有效执行，而不像传统配电网只能在故障发生后才被动采取措施。

1.2主动配电网技术发展概况(略)

近年来国内外ADS的相关研究成果主要包括：优化规划、运行控制、无功与电压管理、可靠性、继电保护、需求侧管理、虚拟电厂等方面。

1.3新能源接入对ADS的影响

1.3.1对配电网负荷预测的影响

传统配电网负荷预测以预测规划期内本供电区内所有用户负荷增长的最大需求为目标，通常不考虑新能源接纳。大量分布式新能源的接入使得负荷预测的复杂程度和难度进一步加大。含新能源接入的ADS负荷预测可分为3个部分：

(1)预测规划期内本供电区域内新能源分布与发展规模;(2)调研并分析本供电区域内用户的用电负荷特性与变化规律，预测与可再生能源发电特性相匹配的负荷规模与分布;(3)预测供电区域内的动态负荷双向需求波动区间。

1.3.2对ADS规划的影响

大量分布式新能源接入使得ADS规划在基础数据管理、规划思路与目标、网架布局结构及通信自动化等方面都需要重新统筹。国家电网公司目前所用的《配电网规划设计导则》、《配电网规划设计手册》可能都需要在现有基础上重新进行修订。

ADS技术的首要任务就是要优先解决新能源消纳问题。这一目标的实现给配电网规划提出了更高更深的研究课题。因此在大量分布式新能源接入条件下，如何使“源、网”在中低压层面实现协同规划、一次系统与通信自动化、自动控制等二次系统能够有效实现“主动控制”的协同规划是ADS规划的重心。

主动配网规划需要综合考虑变电站、网架、分布式新能源发电、需求侧响应、环境影响效益等目标，尤其是在规划布点、目标架构及具体设备选型等方面都将与传统配网规划差别较大。更重要的是含新能源的ADS规划在考虑配电网络构建的同时还要考虑运行控制问题，即实现“主动控制”功能，与传统的配电网规划相比，ADS规划要复杂得多。传统配电网规划与ADS规划的对比见表1。

1.3.3对运行控制方面的影响

ADS的运行控制需优先解决新能源间歇性波动对配网电压调节和功率平衡问题，其次是新型保护配置问题，再次是灵活的网络重构问题。ADS电压调节可以通过先进的电力电子装置与自动监测控制系统实现，功率平衡问题可以通过新型能源交换中心实现;而新型的保护装置与传统保护装置相比至少具备同步监测、逆向电流监测、不平衡状况监测、异常潮流监测和恢复供电监测等功能，这些新增功能基本可以实现ADS主动保护作用。

只是配网拓扑灵活重构实现起来难度较大[56]。自动实现配网重构是ADS主动控制任务之一。配网重构分正常运行重构和事故重构。正常重构是在检修状态或者正常运行状态下，为满足网损最低或电压质量最佳，通过通断开关，改变网络拓扑，以实现正常供电，通常调度指令可以通过“三遥”操作或手动操作实现。

而故障重构是在配电网发生故障停电后，恢复供电时优化供电路径和供电范围，达到减少停电损失，保证电压质量，保障重要用户供电。基于配电网络系统中有大量的开闭所、环网柜、分段开关与联络开关、闸刀、熔断器、保护及自动装置等一二次设备，如何在较短的时间内自动隔离故障，实现最优供电模式的优化则是ADS技术面临的最大挑战。

2含新能源的ADS体系设计构想

基于前述影响的存在，本文尝试提出一种含新能源的ADS规划系统设计、ADS一次网络与能源交换布局设计、基于大数据技术的主动控制体系设计构想，以期为ADS的研究提供参考。

2.1含新能源的ADS一次网络与能源交换布局设计

构建ADS、建立能量管理中心和能源互联网，最大限度地增加可再生能源渗透，以实现局部区域能源优化配置和高效利用，将ADS建设成为本供电区域内各类能源交换的中心。ADS一次网络与能源交换布局设计如图3所示。

2.2含新能源的ADS规划系统设计

含新能源接入的ADS规划依然是包括一次架构、二次系统规划，只是涵盖的具体内容有所不同。其中一次系统架构规划新增主动负荷规划(首先区分需要主动控制的负荷、非主动控制负荷)、虚拟电厂规划，储能系统规划，其中虚拟电厂规划是ADS规划应该充分考虑的内容，需要“电源-电网”在配网层面充分协调，一次系统布置与二次系统控制、一二次系统与能源交换中心充分协调才能完成。

二次系统规划则差别较大，传统的保护、通信、自动控制系统规划已不能适应ADS关于主动控制的要求，需新增AMI规划与分层控制规划，应根据需要主动控制的负荷区域布置高级量测系统、开展分层控制规划与策略制定等。含新能源的ADS规划体系设计如图4所示。

2.3基于大数据技术的主动控制体系设计

以SCADA和高级量测系统AMI为支撑，采用大数据技术[57-58]，构建ADS控制中心，构建的主要思路是采取分层控制、分布式交互、分层决策。具体分层控制体系设计见图5，信息采集架构设计见图6。

3结语

为适应新能源的大量消纳，ADS是未来配电技术发展的方向，本文在国内外研究的基础上对分布式新能源对配电网的影响、ADS技术的发展进行了分析，进而从多方面探讨新能源接入对ADS的影响。

同时，本文提出含新能源的ADS主动控制体系设计构想，主要包括含新能源ADS一次网络与能源交换布局，基于大数据技术的信息采集架构以及ADS规划系统设计，以期为ADS的研究提供参考。