主动配电网技术的特点及发展趋势

杨晓东钱松辉姜伟南仁杰

摘要：近年来，传统的被动应对式的配电网已不能满足人们对高品质电能的需求，主动式配电网应运而生。，阐述主动配电网的构成及特点，分析主动配电网的关键技术及其发展情况，提出主动配电网的未来发展趋势，以期为主动配电网的广泛应用提供参考。

关键词：分布式可再生能源 电能 主动配电网 技术

中图分类号：TM72文献标识码：A文章编号：1674-1161（2015）02-0032-03

电力需求的持续增长和传统能源的日益短缺，正驱动电网朝着高效、灵活、智能和可持续方向变革，以适应未来的技术需求。可持续性是未来电网的基础特征，其本质表现为分布式可再生能源（DER）的规模化接人与应用。但是DER的大量接人将对配电网造成广泛的影响：改变配电网的电压水平，提高配电网的短路容量，继电保护策略的复杂度加大，影响网络的供电可靠性，以及加剧电能质量的恶化等。主动配电网（ActiveDistributionNetwork，ADN）是具备组合控制各种分布式能源（DG、可控负荷、储能、需求侧管理等）能力的配电网络，是实现大规模间歇式新能源并网运行控制、电网与充放电设施互动、智能配用电等电网分析与运行关键技术的有效解决方案。

1传统配电系统的特点及缺点

1.1传统配网的特点

配电系统是电力系统中紧随输电系统的部分，与负荷密切相关，不同于电力系统的其他部分，其特点为：1）配电系统结构按闭环设计但辐射状运行，网络线路参数R/X比值较大；2）配电系统装置沿馈线长度分布，除供方设备外，还皆有大量极为分散的需方配电、用电设备，从而导致配电系统的数据量相当庞大；3）配电系统直接与用户相连，对供电质量与可靠性有着特殊的要求；4）配电系统在电力系统中占有相当大的比例，对配电网运行管理的经济性也有较高要求。

1.2传统配电系统规划存在的问题

传统配网的缺点在现代技术的发展历程中逐渐显现，如局部故障可能引起电网的大面积停电，导致事故扩大：城市化供电局部拥挤问题无法及时解决，偏远农村山区的供电覆盖率不高等。另外，传统的配网在可靠性分析技术领域长期处于被割裂状态，这在一定程度上违反了电力网物理规律，很难反映真实的电网结构性功能，特别是针对电压等级跨度较大、供电范围广在实际运行时产生不良后果。

2主动配电网的构成及其特点

主动配电网主要由分布式电源、负荷、储能系统及控制装置组成（如图1所示）。相比于大电网，主动式配电系统体现为一个可控单位，可以实现系统的自我控制、保护、管理等功能，充分补充了传统配电网的不足。

在ADN中，分布式电源（DistributionGeneration.DG）的接人改变了传统配电网的潮流特性、供电结构等。传统配网是由统一的供电电源实现功率的单一方向传送，引入分布式电源后，功率实现了双向流动，即在同一线路可能出现逆向潮流，从而电压的分布规律也随DG的接人发生变化。分布式电源的接人改善了传统配网的运行方式，使电网可以更为高效、可靠地运行。这一方面缓解了化石燃料发电造成的环境污染，另一方面大大增加了电网备用容量，减少了电厂建设规模，进而减小电能传输损耗，同时DG还可在孤岛运行的情况下继续向重要负荷供电，提高了大电网的整体安全性。

综上，区别于传统的被动型配网，主动式配网的主要特征体现在以下2个方面：1）主动式配网有相当比例的分布式可控资源，未来电网发展中这种可控资源的比例还将继续扩大；2）电力电子设备的大量应川，使得主动式配网的网络拓扑结构可以灵活调节，在建立实现协调优化管理的控制中心必不可缺，其可管可控水平将更为完善。总之，主动配电网的供电性能更加优越，供电可靠性大大提高，是应对现代配网新问题的有效途径。

3主动配电网的关键技术

传统配网巾电力潮流服从单一方向流动，其系统结构和控制方式也都遵循能量的单向流动。但是主动配网巾DG的接入和储能技术的发展，让这些分布式能源积极参与网络运行的调度，使配电网朝着双向化、智能化的方向发展。

3.1ADN的综合规划技术

传统的配网规划方法没有考虑接人分布式电源后配网可能出现的问题，其所规划的网络过于陈旧，不能充分利用各项资产。高品质的主动配电网规划必须综合考虑传统的一次网络设备、新型的智能保护开断设备、分布式能源（发电和储能）、新型配电设备（电抗器/电容）和用于构成环网的新增配电线路/馈线的综合影响。

目前，针对ADN的规划研究已取得不少突破，如综合考虑可靠性、线损、投资成本及间歇性可再生能源不确定性的动态ADN规划模型；基于进化算法并结合多场景分析，对不确定因素进行统一模型集成的规划方法等。、

3.2ADN的分层管理、分布调控技术

主动配电网的优势主要体现在分布式能源对网络运行调度的参与，而不是传统配网的简单连接。主动配电网的管理结构主要分为三层：首层采用就地控制策略，实现分布式电源、并联电容器及保护装置的快速控制：第二层采用微网、Cells等区域协调控制体系，主要负责协调区域内第一层控制装置；第三层是主动式配电网管理系统的最高级，可以实现全局的最优控制。主动配电网分层控制结构如图2所示。

第三层是ADN的核心部分，其主要功能包括分布式电源的最优控制、潮流优化管理、电压质量控制等。配电管理系统通过收集电网的开关状态、网络拓扑结构、分布式能源DG运行工况等实时网络状态信号，通过全局优化管理系统计算出满足各项约束条件的有功功率及无功功率的最优化。第二层的区域协调控制功能实现对首层和第三层的协调。

3.3ADN的运行控制技术

主动配电网的核心价值在于对配电网的主动管理，即通过引入分布式电源及其他可控资源（柔性负载、无功补偿及需求侧响应等），对其实施灵活有效的协调控制技术和管理手段，实现配电网对可再生能源的高度兼容及对已有资产的高效利用。要想实现主动式配网的高品质运行，自动化孤岛的有机集成和多重GIS系统是必不可少的技术基础。主动式配网的运行控制离不开高度的信息集成。ADN信息集成技术的应用结构如图3所示。

数据通信主要依靠分布式更新技术的支撑；服务平台则依托面向ADN的高性能计算机技术，以满足ADN运行所需的大数据处理要求：智能应用主要依靠基于AMI数据挖掘的时空负荷预测技术和基于物联网的输变配设备远程诊断技术。ADN综合利用这些技术，最终达成其高效运维优化的目的。

4主动配电网的发展趋势

近年来，新能源、电动汽车等的快速发展，都对配电网规划建设和运营管理提出了新要求。ADN为解决以上问题提供了契机。ADN的意义还远不止于此——它将引领我国智能配电网领域的发展方向，具有巨大的经济和社会效益。

对用户来说，灵活接入主动配电网，意味着更高的供电可靠性和供电质量。分布式电源和电网供电可以互为备用电源，减少停电时间，缩小停电面积，提升终端能源的利用效率。对消费者来说，主动参与需求响应和电网运行，不仅能大大提高用电的自主性，也能直接节约电费支出。在电网负荷较高时，客户可以将自家的分布式电源所发的电卖给电网，而在电网负荷较低时，大电网对其供电，这样就可以最大限度地减少电费支出。对电网企业来说，主动配电网的投入将使运营成本大大降低。高效运行的主动配电网可以提高电能传输效率，带来节能效益：多电源协同则可有效解决地区输配电能力不足等问题，保证电网稳定可靠运行；还可以进行有效的移峰填谷，即实现精确控制负荷、减少系统故障率等。

主动配电网的投运将提高地区清洁能源和可再生能源的占比，实现可再生能源全部消纳，改善环境，同时还将推动智能楼宇等一系列智能电网相关技术的建设发展。

参考文献

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FeaturesoftheTechnologyofActiveDistributionNetworkandItsDevelopmentTrend

YANGXiaodongl，QIANSonghuj2，JIANGWei3，NANRenjie4

Abstract：Inrecentyears，traditionalpassivedistributionnetworkcannotmeetpeople'srequirementstohighqualityelectricenergy；activedistributionnetworkisborngradually.Thearticleexpoundstheconstructionandfeaturesofactivedistributionnetwork，analyzesitskeytechniqueanddevelopmentsituation，andsuggestsfuturedevelopmenttrendforit，inordertoprovideareferenceforextensiveuseofactivedistributionnetwork.

Keywords：distributedrenewableenergy；electric，energy；activedistributionnetwork；technique