基于一体化思维的主动配电网设计方法研究

钱若晨

（国网浙江海盐县供电公司，浙江 海盐 314300）

基于一体化思维的主动配电网设计方法研究

钱若晨

（国网浙江海盐县供电公司，浙江 海盐 314300）

主动配电网是智能电网的重要组成部分，对其进行设计需要贯穿一体化思维。对主动配电网的定义和特征进行介绍，分析主动配电网的设计要点与要求，提出基于“分步推进”和“一步一反馈”的渐进优化式总体设计思路。在前述工作基础上勾画出统筹分布式电源接入、实时数据采集、配电网自动化配置、一次接线优化等多个层面的主动配电网一体化设计流程。

主动配电网；一体化思维；配网设计；分布式电源

随着微电网的兴起和智能电网的推进，主动配电网的概念于2008年被国际大电网会议所提出，并被确定为今后配电网的主要发展方向。近年来，国内外电力专家投入大量精力研究主动配电网的各个层面，使该新兴领域逐渐被充实。文献［1－2］分析了主动配电网的可行性、必要性；文献［3］侧重说明主动配电网的规划问题；文献［4－5］研究了主动配电网的保护、控制和调度等方面的技术要点；文献［6］阐述了分布式电源接入对传统配网的影响。关于主动配电网的研究已经取得了许多重要成果，但如何有效进行主动配电网的设计尚存在开拓空间。本文根据主动配电网的性能特征，提出基于一体化思维的设计方法，以期提升主动配电网设计水平。

1 主动配电网概述

主动配电网与分布式电源是密切相关的，但其不局限于简单为分布式能源提供上网通道，更重要的是要具备对分布式电源的调控能力，使配网由“被动”转变为“主动”。根据文献［2，5］的描述，要成为主动配电网，必须在以下层面有所“突破”。

a.一次网架要能适应高渗透率分布式电源以各种可能的方式接入。主要要求配网应拥有完备的潮流调节和电压控制手段（因分布式电源并网会对原有网络造成各方面影响）。

b.与配网并行运行的通信网络的可靠性和带宽要有质的提升，优化调控软件要适合多目标快速搜索需求，以实现对整个网络的实时最优调节。

c.继电保护和自动装置的配置应与单电源放射式网络有所区别，在同等故障情况下，要求主动配电网具有更高的供电可靠性。

2 主动配电网的设计要求

主动配电网的设计，既有与传统配网一脉相承的一面，又有其独特之处。对主动配电网的设计要求总结如下。

a.负荷预测层面。配网设计是为了满足供电需求，因此其设计基础仍是负荷预测。不过与传统配网相比，进行主动配电网设计时的负荷预测在深度和广度上均发生巨大变化，见表1所示（注：分布式电源出力可视作负的负荷）。

表1 两类配电网设计时的负荷预测的要求对比

b.一次网架设计层面。因主动配电网是在传统配网基础上发展起来的，为了保证建设经济性和过渡平滑性，在设计时应充分考虑对原有网络的继承；另外，如何吸纳微电网（分布式电源＋储能系统）也是一次网架设计的重点。以上叙述可由图1进行展示。

图1 主动配电网一次网架设计的关注点

c.大二次设计层面。主动配电网环境下，线路故障时的短路电流将不再是单向，这就要求配置适当数量的方向保护；其次，主动配电网的交互数据是海量的，要实现对其有效和及时处理，需要设计足够的通信带宽和科学的调度架构。此外，要保证大二次系统相关硬件接口具有足够的升级空间。

“原来你拿我当护身符！”王施凯哀嚎道，“你早说啊，咱不坐一块也能保护你啊。自从我们同桌后，老师频频向你发送关爱目光，害得我上课都不敢睡觉了，太痛苦！”

d.预留接口方面。主动配电网的实施是分步进行的，其技术也在不断更新之中。为了满足发展需要，主动配电网的一次网架、大二次系统在设计时均应考虑适量的预留接口。

3 基于一体化思维的主动配电网设计方法

主动配电网体系复杂，对于其设计应本着“分步推进”和“一步一反馈”的渐进优化原则；另外主动配电网包含一次接线、分布式电源、数据采集、继电保护、配网自动化等多个层次，且各层次相互耦合，因此应以一体化思维来考虑各层次的协同优化。要落实以上期望，关键是制定合理的设计流程、理清具体的设计任务节点、明确各任务节点之间的作用关系等。

3.1 主体流程

进行主动配电网的一体化设计，首要的工作就是站在顶层设计角度对各层次内容进行统筹，捋清其逻辑关系，然后做出主体流程划分，见图2。

图2 主动配电网一体化设计的主体流程

各主体步骤的简要说明如下。

a.步骤①应承接配电网规划方案，主要完成分布于区内的正负负荷的预测（负的负荷指DG出力）、上级电源接入分析、地理分布图绘制等。

b.步骤②是整个设计的灵魂，要综合国家标准、现场实际等因素，明确一次设备选用准则、网络结构改动原则、DG接入规定（如渗透率如何控制）、大二次设备（继保＋通信＋自控体系）配置标准、接口预留考量等。

c.步骤③～⑦则是在步骤②的指引下，分步进行主动配电网核心内容的设计。在这些步骤完成后，所形成的网络应该满足灵活、可控、可扩展等要求。

主体步骤从大的方面规定了主动配电网设计工作的行进方向，但并不能据此就开展设计工作，还需将各步骤转化为“任务节点”式的表达形式。在一体化设计环境下，任何一个任务节点都不是独立的，即都有输入—输出限制。以某10 kV网络一次设计为例（相当于图2中步骤③，可将其称为任务节点3；类似的，步骤①、②可分别对应任务节点1、2等），其任务节点的表述如表2所示。

在任务节点三要素中，“节点内容”是核心，其一般需要细化才具备可操作性。文献［7］提出“彗星图”概念，本文认为可用其来逐项展示任务节点的节点内容。图3为以任务节点1为例的“彗星图”。

表2 以三要素形式展示的任务节点示例

图3 节点任务的彗星图展示

显然，绘制“彗星图”的要点是要求不漏项。

3.3 任务节点之间的互动

在完成主动配电网的各任务节点的建立后，就要设计一套体系，将各任务节点有机串联，并体现出完善的过程控制，这样才能实现一体化优化设计的目标。结合多年工作经验，设计出如图4所示的任务节点推进体系（以4节点为例）。

图4 任务节点的推进体系

图4中任务节点的推进体系解读：①以带数字圆圈表示“任务节点”，以带文字线段表示过程控制；②整个任务推进呈现“前向单链式”趋势，即任一节点的设计基础依赖前面节点的输出（后节点输出不能作为前节点输入）；③对于基础工作（指图4中节点1，也可称之为基础节点），其输出之前应经过认真核对和确认无误；④基础节点的输出被确认后，可进行中间任务（如节点2）的设计，节点2的初步结果应反馈至节点1进行校核，只有校核通过才能对节点2的输出进行确认并导向下一节点；⑤若中间节点的初步输出经反馈校核不合格（如节点3的输出反馈到节点2），则需要进行修改，而修改不是全盘否定，其带有一定继承性，因此修改后结果处于节点3；⑥当某个任务节点所涉及的内容比较庞杂，可进一步绘制第二层次的任务推进体系。

任务节点推进体系具有“自上而下”和“分层构筑”的特点。“自上而下”是指：全局→局部，总体→个别，框架→细节。“分层构筑”是指：任务节点推进方式可根据任务情况灵活设置，总体目标是使设计达到精细化、全面化和清晰化。

3.4 应用效果

浙江海盐县供电公司是国家推行智能电网的前沿阵地之一，目前已在大力开展主动配电网的建设。根据初步统计，将本文提出的一体化优化设计方法应用于海盐县主动配电网设计，将能使相同规模的设计工作的效率提升20%～30%；在不影响网络各考核指标的情况下，可节省建设费用15%～25%，效果是明显的。

4 结论

在介绍主动配电网特性基础上，分析了主动配电网的设计要求。然后以一体化思维为指导，以“分步推进”、“过程管控”为手段，建立起方法明确、体系科学、操作性强的主动配电网设计方法，使主动配电网的一次接线、DG接入、继保配置、自控设计、通信建设、灵活调度等各层面能在设计时进行有效协同优化，从而提升主动配电网的设计水平。下一步将运用计算机手段将所研究成果建设成为信息化系统。

［1］范明天，张祖平，苏傲雪，等.主动配电系统可行性技术的研究［J］.中国电机工程学报，2013，33（22）：12－18.

［2］CELLI G，GHIANI E，MOCCI S，et al.From passive to active distribution networks：methods and models for planning network transition and development［C］／／42nd International Conference on Large High Voltage Electric Systems 2008，CIGRE 2008，Paris，France，2008：1－11.

［3］张建华，曾 博，张玉莹，等.主动配电网规划关键问题与研究展望［J］.电工技术学报，2014，29（2）：13－23.

［4］殷 豪，陈春泉，彭显刚，等.分布式电源接入对配电网稳定性的影响研究［J］.东北电力技术，2012，33（10）：45－52.

［5］尤 毅，刘 东，钟 清，等.主动配电网优化调度策略研究［J］.电力系统自动化，2014，38（9）：177－183.

［6］李东坡，殷鸿雁，张明理.风电接入对配电网电压稳定的影响研究［J］.东北电力技术，2013，34（1）：1－5.

［7］刘向军，马 爽，许 刚.基元接线模型构建的配电网典型接线方式［J］.电网技术，2012，36（2）：58－63.

Study on Design Method of Active Distribution Network Based on Integrative Thinking

QIAN Ruo⁃chen
（State Grid Haiyan Power Supply Company，Haiyan，Zhejiang 314300，China）

Active distribution networks is an important part of smart grid，this needs integrated thinking to design.Active distribution grid of defined and features are introduced，active distribution grid of design points and requirements are analyzed，general design thought is proposed based on“points step advance”and“a step a feedback”of progressive optimization type.Manpower distributed power access，real⁃time data acquisition，distribution network automation configuartion and first connection optimization and multiple level of active distribution grid integration process are designed.

Active distribution network；Integrated thinking；Distribution network design；Distributed power

TM727

A

1004－7913（2016）08－0056－03

钱若晨（1987—），男，学士，助理工程师，主要从事配电设计工作。

2016－05－07）