主动配电网潮流调控技术概述

陈俊峰

【摘 要】主动配电网是实现大规模间歇式新能源并网运行控制、智能配用电、源网荷储友好互动等电网优化运行关健技术的有效解决方案。文中简单介绍了主动配电网的概念及其能量管理模式，详细归纳了主动配电网中可参与潮流调控的单元与运行特性，并进一步对主动配电网的潮流调控技术进行了分析。

【关键词】主动配电网；潮流；分布式电源；储能；无功补偿

0 引言

随着大规模间歇式新能源并网运行，传统简单的通过无功补偿来降低网损和提升电压的控制已然不能适应当前的需要，特别是储能装置、可控负荷等新元素的并网，使得配电网中可控单元大大增加。

2008年国际大电网会议（CIGRE）配电与分布式发电专委会（C6）的C6.11项目组在所发表的“主动配电网的运行与发展”研究报告中明确提出了主动配电网（Active Distribution Networks，ADN）的概念[1]。ADN的基本定义是：通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流，以便对局部的分布式能源进行主动控制和主动管理的配电系统。在这些研究构想下，传统配电网将逐步被动管理的模式向主动管理模式过渡，相比于被动管理模式下的传统配电网，ADN可参与潮流调控的元素与手段更加丰富，其中的可控单元包括分布式电源（distributed generation，DG）、储能装置、无功补偿设备以及可控负荷等等。上述设备的综合优化控制将能够有效调控配电网内的有功无功潮流，对系统运行进行合理的优化[2，3]，降低系统的损耗，提高电压质量，从而保证较好的经济性。

本文将先从宏观上分析ADN的能量管理架构，进一步对ADN中的各种可控单元及其运行特性进行梳理与总结，主要包括DG、储能装置、无功补偿设备以及可控负荷等，同时明确各类可控单元在ADN潮流调控中的职能，最后从有功经济调度、无功电压控制以及有功无功协同调控等方面对ADN的潮流调控技术进行了分析。

1 主动配电网能量管理

针对配电网的被动管理方式，主动管理[4，5]的概念被提出来，其也是ADN的核心思想，就是在对配电网二次系统参数实时测量的基础上对可控单元进行实时的监测与控制，从而优化潮流分布。而主动管理由于是需要涉及全局信息的采集以及优化，因此需要依赖一个上层的能量管理系统来进行资源整合以及调配，这就是ADN的能量管理系统。

ADN的能量管理系统是主动配电网的大脑中枢，用以得出全局优化的有功功率控制策略和无功功率控制策略，实现ADN全局优化能量管理。能量管理系统的功能包括信号采集、优化分析、调度控制、数据储存等，其主要通过量测单元获取ADN下属各可控单元的实时状态，通过优化分析对全局的有功无功潮流进行优化从而得到各时间断面乃至后续一段时间的优化控制策略，并下放控制指令对各可控单元进行调度与控制。

各可控单元则具有不同层面的主动管理措施，可主动地参与系统的潮流优化。其中DG可以主动调节功率因数以及削减出力，储能装置可以根据运行工况分为充电与放电状态，分组电容器的投切已经动态无功补偿设备的无功出力同样由能量管理系统统一控制，此外计及可控负荷的响应能力，使其同样主动参与系统的调节。

2 主动配电网中的可控单元简介

2.1 分布式电源

目前发展得较为成熟，且在配电网中应用得比较广泛的DG形式主要有风力发电、光伏发电、小水电、微型燃气轮机等，DG分布式地接入配电网，可以为配电网提供部分的有功，减少配电网由上层电网下送的功率，同时风、光、水等清洁能源的有效利用将对节能减排工作提供助力。

2.2 储能装置

储能技术的应用不仅能够解决新能源并网波动的影响，同时给ADN提供了相应的蓄电能力，ADN根据负荷的要求、系统的特性以及要求的技术性能和经济指标不同，可对储能装置实行不同的控制策略[6]。储能装置既可以响应系统的动态变化，也满足负荷调节（调峰），在系统故障的情况下甚至可以局部配电网转孤岛运行，储能做紧急电源使用。

2.3 无功补偿

2.3.1 分组电容器

分组电容器是传统的配电网无功补偿手段，在ADN中同样需要依赖分组电容器来做基本的无功支撑，仅是从控制的角度进行调整，电容器不再是固定补偿（不控）或是采取单独控制的模式。而是交由ADN联合全网设备进行统一调控。

2.3.2 D-STATCOM

D-STATCOM是输电系统中的STATCOM应用于配电网的形式，以配电系统无功补偿和电能质量控制为主要目标，能够连续动态地调节设备向系统侧注入的无功功率。相比于分组电容器补偿，D-STATCOM具有更灵活的无功调节能力及调节范围，必要时还可以吸收系统侧的无功功率。

2.4 可控负荷

可控负荷大部分指温度控制型负荷，如空调、电热水器、电冰箱等，对温度控制型负荷的调度则须在电力用户可以接受的范围内进行，对于居民配电网来说这部分负荷量较大，因此通过调节其响应参与配电网优化运行的潜力很大。此外，电动汽车由于其充电行为也具有一定的灵活性，可以在一定政策下服从电网的有序充电调度，因此也可以认为是可控负荷的一种形式。

3 主动配电网潮流调控技术分析

主动配电网的潮流调控就是整合ADN中的全部可控资源，进行全局的潮流优化控制。主要涉及有功经济调度、无功电压控制以及有功无功协同调控这种高级应用形态。

3.1 主动配电网有功经济调度

ADN为保证系统运行的经济性，降低系统的有功网损，对可控单元有多种主动管理措施，包括：

3.1.1 DG削减有功出力[7]

当局部配电网负荷较低，且DG出力已超出局部配电网需求的情况下，通过主动削减DG的有功出力可以避免逆向潮流问题，避免额外产生的网损，降低系统运行风险。

其次当DG出力较大引起部分节点的过电压问题时同样可以由能量管理系统进行综合优化，考虑削减DG出力以防范过电压问题。

3.1.2 储能充放电策略

通过控制储能的充放电策略一方面能够辅助系统的削峰填谷，其次能够有效响应负荷需求，平衡局部的电能供需。

3.1.3 可控负荷的响应

可控负荷工作方式灵活可控、空间分布广泛、时域便利的负荷，由电力公司直接控制或者利用经济措施诱导可以有效调整用户侧的负荷曲线，在系统负荷高峰时降低可控负荷的使用，而反之在低谷状态鼓励可控负荷接入，同样可以起到削峰填谷的作用，增强系统运行的经济性。

3.2 主动配电网无功电压控制

主动配电网的无功电压控制是传统无功电压控制问题在ADN中的延伸，主要有以下两方面：

3.2.1 无功补偿设备调节

传统配电网无功控制大多仅依赖分组电容，延伸到ADN中则要求离散型与连续型的无功补偿设备均要有效参与系统潮流调控，同时各装置不再单独运行而是由ADN能量管理系统进行统一调控。

3.2.2 DG功率因数调节

通常为了有效利用可再生能源，DG采取纯发有功的模式，而主动管理模式下，要求DG类似主网的发电厂应能做到功率因数可调节且交由能量管理系统进行控制，在必要情况下应主动向配电网提供无功支撑，兼顾配电网的电压控制。

3.3 主动配电网的有功无功协同调控

配电网中有功与无功潮流耦合性较强，更高级的潮流调控形态就是基于能量管理系统进行全局的ADN有功无功协同调控，整合各类可控单元在全局优化的基础上进行全局设备控制策略的优化，从而实现降低配电网网损，提高配电网电压质量的目标，实现ADN的经济安全运行。

4 结语

ADN可以说是“智能电网”的重要组成部分。AND将使得电力用户能够参与电力市场互动，并可提高能源的利用效率和改善配电网的性能，相比于被动管理模式下的传统配电网，ADN可参与潮流调控的元素与手段更加丰富，通过能量管理系统综合优化控制，可实现ADN的全局优化运行。ADN是未来配电网建设的发展方向。

【参考文献】

[1]DAdamo C， Jupe S， Abbey C. Global survey on planning and operation of active istribution networks：update of CIGRE C6.11 working group activities[C]//CIRED 2009（20th International Conference on Electricity Distribution）. Prague， CZ：IET Services Ltd， 2009：1-4.

[2]陈炯聪，宋旭东，余南华.主动配电网及其关键技术研究[J].广东电力，2014，10：79-83+94.

[3]王成山，孙充勃，李鹏.主动配电网优化技术研究现状及展望[J].电力建设，2015，01：8-15.

[4]张节潭，程浩忠，姚良忠，黄微，祝达康.主动管理在含有分布式电源的配电网中的应用[J].电力科学与技术学报，2008，01：18-23+30.

[5]杨梅，周喜超.适应分布式电源接入的配电网主动管理技术研究[J].电子世界，2014，09：50.

[6]王力成，文东山，周斌，刘佳，郭创新.配电网中光伏功率主动削减策略研究[J]. 机电工程，2015，06：863-867+877.

[7]王谌，张邦玲，冯毅.复合储能技术在主动配电网中的应用[J].供用电，2014，01：39-41.

[责任编辑：王伟平]