主动配电网促进分布式电源消纳的需求

金阳刘永笑朱元

摘要：分布式电源对配电网渗透率的提高，能够改变配电网各节点的电压分布、提高配电网的短路容量、增大继电保护的复杂程度、同时也会影响配电网的供电可靠性。传统配电网的主要特征是就地消纳间歇式能源，其本身不具备调节能力。这造成了传统配电网无法对间歇式能源产生的多余电能进行消纳。作为向未来电网转型的一个重要部分，配电系统正在经历深刻的变化，主动配电网技术应运而生。针对分布式能源接入配电网并网的一系列问题，主动配电网技术提出了合理的优化方案，通过对通信、电力电子及自动化等技术的应用，来实现对分布式电源的协调控制。与传统配电网被动消纳方式相比，ADNs具有更强的调节能力，可将并入配电网的分布式电源通过柔性负荷和多层次电网进行充分消纳，更大程度地保证供电系统的可靠性，提高电能质量。因此，主动配电网对促进分布式电源消纳的需求侧管理与控制具有重要的研究价值和意义。

关键词：主动配电网；分布式；电源消纳；需求

1主动配电网分布式电源的概述

1.1主动配电网对分布式能源的消纳分析

在进行主动配电网的建设工作时，需要对可再生能源参与电网潮流分配这一问题进行考虑，同时还要分析故障支持情况。这一过程中，为了提升间歇式可再生能源接入主动配电网后电网运行过程中的安全性、经济性效果，工作人员需要对可再生能源机组应用过程中的出力状况进行合理的配置。对于间歇式可再生能源而言，其在应用的过程中会受到系统以及分布式机组的制约，因而工作人员需要对这一发电系统形式的设计进行重点研究，并且要对能源消纳的模式进行具体分析。一般而言，能源在接入位置以及接入容量方面有着多样性的特点，比如说可以把间歇式能源接入220V/380V配电网，也可以T接接入到380V母线上。在接入容量方面，可以达到60MW。对于间歇式可再生能源而言，其在接入主动配电网后相关电网的消纳模式大多可以分为三种类型，点消纳模式以及线消纳模式、面消纳模式。

1.2主动配电网储能配置研究

在主动配电网中，不仅要配备相应的间歇式可再生能源，同时还要配备分布式能源接入以及相应的储能配置。储能配置的合理性对于提升整个电力系统的稳定效果有着重要的作用，因而要对这一问题引起重视。在进行储能容量的优化配置过程中，要对区域历史负荷特点进行全面的分析，并且主动配电网中的储能配置大多是用来削峰填谷的，因而在配置过程中要从经济性的角度进行分析。

1.3分布式电源的特点

随着新能源发电领域的不断发展，风力发电以及光伏发电等诸多的发电形式类广泛的应用在配电网当中。这一期间，不同国家、不同地区对于这一新兴的发电形式有了不同的称谓，比如说“嵌入式发电形式”以及“分布式发电形式”、“非集中式发电形式”等等。对于这几种不同的称谓，现阶段“分布式发电”逐渐得到了学术界以及工业领域相关人士的接受。因为不同国家有着不同的国情与电网特点，因而对于分布式发电的定义也不是完全相同的。但是，总体而言，分布式发电的装机规模相对较小，并且发电功率主要在几千瓦到几十兆瓦不等，分布式发电主要连接在一些中低压的配电网。对于主动配电网下的分布式可再生能源而言，其不仅能够提供绿色清洁的能源，同时还具备为电网提供相应的辅助服务等功能。比如说其具备无功功率补偿功能以及电压、频率支撑功能，同时还可以进行谐波补偿等等。对于DG的无功输出来说，它和并网逆变器容量有着直接的关系。

2主动配电网对分布式电源消纳的研究现状

近年来，风能、太阳能等分布式能源的并网运行改变了单一电源网络供电的格局，使传统电网逐渐向微电网、主动配电网等方向转变。我国学者对分布式电源配网规划的研究起步较早，构建出了不同类型的分布式发电模型，提出了应用主动配电网解决DG高渗透率的相应办法。国内各科研机构对主动配电网相关理论的研究也已取得了一定的成果，部分成果还通过立项进行了工程示范实践。如2012年“主动配电网的间歇式能源消纳及优化技术研究与应用”863计划课题首次被提及，相关工程在广东佛山三水已经开始实施。该工程首次将分区控制策略投入到配电网的管理中，从而实现分布式可再生能源在多种工况下的消纳与协调控制。2014年开始，北京、贵阳等相关研究机构分别对“多源协同的主动配电网运行关键技术研究及示范”组成专题进行研究实践，通过对主动配电网的合理规划，多级分层的源-网-荷协同控制变得越来越高效。

3研究方法介绍

由于DG并网后对电网的影响复杂，对主动配电网中分布式能源并网的研究本着两个原则：一是满足电网运行的经济性和可靠性要求。二是在满足电网运行条件的基础上，用最简单的方法简化计算量，进而求取最优解。其一般过程为构建数学模型，根据数学模型构造目标函数，在满足约束条件的基础上采用优化算法求得最优解。总体而言，分布式电源消纳的研究方法可以按照构建数学模型、目标函数，采用先进的算法等角度进行分类。因为对主动配电网的研究还处于起步阶段，本文重点介绍近年在研究领域取得的成果。

3.1分布式能源分区消纳

该方法根据分段开关的实际位置将分布式能源划分为若干个分区，按照分布式能源最大消纳情况下成本最低的原则构建目标函数并进行优化。首先通过全局的优化潮流计算优化目标，然后将优化目标分配给各个区域，在此基础上根据馈线功率误差指标（feedercontrolerror，FCE）计算的功率偏差总额，仅考虑自治区域局部的拓扑结构关系，采用配网直流潮流运算，利用区域内的分布式电源快速实现自治区域中FCE的分配和消纳，最终实现FCE等于零，从而完成优化目标。

3.2基于1-9标度法的低碳优化方法

在对主动配电网的分布式电源消纳方案进行有效评价时，在保证分布式电源发电的经济性和可靠性基础上，考虑分布式电源的减排环保指标，构建主动配电网低碳优化目标函数模型。在对各指标权重进行标度时，考虑人为因素的影响，用1-9标度法进行一致性校验形成判断矩阵，产生将人为因素排除在外的权重系数。其次，为保证各项权重指标变化趋势具有区分度，引入隶属度函数的概念，对各指标值进行隶属化，并与对应的权重加权。应用权重法来构建低碳优化目标函数为主动配电网中分布式能源的消纳与控制提供了新的思路，但是对处理复杂多元化的电网问题时仍需配合其它特性参数开展深入研究。

3.3基于时序特性的分析方法

时序特性的分析方法主要适用光伏发电（photovoltaic，PV）、风电等时序性较强的分布式电源。这些分布式电源具有随机性和波动性，因此，季节变化、天气改变以及时间等因素都是影响其出力的重要因素。时序分析法充分考虑了分布式光伏发电和负荷的时序特性，并应用混沌思想和自适应度调整的改进粒子群算法进行配电网计算，研究各项指标，包括削减分布式电源出力、调节有载调压变压器抽头、无功补偿等主动管理措施对分布式光伏最大消纳量的影响。

结论

传统的配电网规划方案，如变电站和线路的增设或扩建，已无法满足面向所有替代方案的现代复杂ADN的需求，难以合理应对发电和负荷的不确定性。目前，国内对于主动配电网对促进分布式电源消纳的需求侧管理和控制研究虽取得了一定的成效，但对主动配电网的DG接入方案的优化仍需深入，对多种不同种类分布式能源的并网问题仍需统筹规划。同时，在需求侧管理、需求响应等方面研究应用我国还处于起步阶段，同样有待进一步研究应用以求真正达到主动配电网的源－网－荷协同优化控制。

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