基于源网荷储一体化的主动配电网系统最优配置模型

马玉虎 齐向宁

【摘 要】配电网在建设初期阶段时考虑建设分布式光伏电站、分散式风电场、背压式供热机组以及冷热电三联供机组等分布式电源，搭建灵敏稳定的主动配电网电网结构，配套建设需求侧响应系统以及储能系统，形成源网荷储一体化的主动配电网系统。可有效解决因分布式电源、配电网、电力负荷因相互之间的不协调导致的安全保障难度和代价加大、电网清洁能源消纳困难、系统运行效率地下等难点。通过主动配电网的建设，可使发生电力系统故障时，通过调节分布式电源、配电网电网结构、需求侧负荷分布以及储能电站，使无故障区域配电网正常运行。并针对配电网的故障发生、分布式光伏电站和分散式风电场出力的不确定性、需求侧负荷的多样性，构建基于源网荷储一体化的主动配电网最优配置模型。

【关键词】配电网;源网荷储一体化;分布式电源

引言

随着巴黎气候协定时国家承诺的碳达峰、碳中和的工作要求，国家及各省区可再生能源消纳管理办法的发布、国家发改委关于风光火储一体化和源网荷储一体化的指导意见。基于源网荷储一体化的主动配电网已成为社会中能源改革方面的关注热点。建立主动配电网中的源网荷储一体化最优配置模型，对提高区域级配电网的能源利用的效率也愈加重要。与传统电网企业的配电网存在较大的差异，主动配电网具备十分灵活的控制系统，可实现对电源侧、电网结构侧、负荷侧、储能侧实现远程遥控，实现了配电网配电自动化的同时，提升了配电网的主动能力，提高了配电网电力设施的利用率，可以有效解决分布式光伏电站、分散式风电场、储能电站、背压式供热机组以及冷热电三联供机组接入配电网的问题。对于巴黎气候协定时国家承诺的碳达峰、碳中和的工作要求具有很大的促进作用。

1 用电需求侧响应技术系统

随着配电网的发展，清洁能源的不断重视，配电网会接入大量分布式电源，需求側资源也呈现出多样化和互动化的趋势。管理好这些分布式电源及需求侧资源，对于配电网的稳定运行和经济高效、能源的消纳以及电力市场的充分竞争有着重要的意义。

用电需求侧响应技术系统，是通过在市场交易过程中，统计历史的用电数据，鼓励负荷侧的各个分散的用户主动改变自己的用电时间段等用电特性，从而使负荷侧与电源侧、电网侧及储能系统实现最优的经济运行方式。是一种虚拟的市场化控制手段，通过调控虚拟的可控资源，可有效克服因分布式电源、配电网网架、电力负荷、储能系统相互之间的不协调导致的不利因素。

建立需求侧响应技术体系，可以有效引导终端负荷侧的用电方式改变，提高负荷侧终端设备的用电效率，有利于缓解电源与负荷之前的不协调问题，同时有利于提高电力设施的运行效率。

建立需求侧响应技术体系，并借助于先进计量体系（AMI）和智能控制设备，建立需求响应双向交互平台，从而通过该园区实现大规模需求响应。解决配电网动态平衡能力的需求侧资源调度技术并建立基于多能互补的需求侧资源协调控制技术，建立需求侧资源容量预测模型，从而对需求侧资源调度方案进行实时优化，这样最终可实现提升常规电源经济运行能力并提高可再生能源的消纳能力。

实施电力需求管理的设计效益及经济效益具体有以下意义，对社会，可减少电力需求，降低能用消耗，缓解环境压力;对政府，实现电力设施和企业的协同发展，有利于提升招商引资，促进经济可持续发，降低单位GDP耗能;对电力用户，减少用电成本，降低经营成本，提供企业竞争力;对售电公司，可有效减少负荷集中的用电时间段，提高分布式光伏电站、分散式风电场等新能源消纳力度。

2 储能电站应用技术研究

储能电站在配电网系统中的作用主要有改善供电的电能质量、调频与调压、削峰与填谷、为分布式电源提供启动能力四个作用。

2.1 改善供电的电能质量

分布式光伏电站、分散式风电场等可再生清洁能源电站发电随机性较强，取决于当时的风、光资源条件。储能电站可以有效分布式光伏、分散式风电在故障时引起的电压急剧变化等问题，通过调节控制储能电站，可以快速的为配电网提供功率支持，通过储存或者释放电能，从而实现配电网的功率调节，使有功功率和无功功率达成平衡，调节电网输出稳定、平滑的输出电压。同时储能装置可以消纳弃风与弃光电量，提高系统运行效率，确保经济性。

2.2 调频与调压

分布式能源并入电网容易对电网产生冲击，当此区域电网频率有所波动，需要调频电源平抑这种波动时，储能装置可研快速响应（一般为几百毫秒），快充快放，满足调度要求，获取此部分收益;当并网母线由于故障等原因骤降，需要提供无功支撑时，储能装置此时变为无功电源（无需电池提供电压支撑与有功），快速发出无功，支撑母线电压。

2.3 削峰与填谷

电力市场上峰谷电价差较大，储能电站可在谷价时段充电，高峰时期进行放电，赚取峰谷电价差，对配电网的负荷实现削峰与填谷，从而提高用电的经济性。

2.4 储能电站与分布式电源的配合

极端天气下配电网容易发生多重故障并伴随着大面积长时间的停电，故障后若没有联络线或联络线不能通电，可以根据停电区域内的分布式电源、储能、微网等进行恢复供电。由于风机、光伏电源没有黑启动能力，根据黑启动能力又可将孤岛分为无黑启动能力的孤岛、黑启动能力不足的孤岛和黑启动能力充足的孤岛，储能电站可优先对前两种孤岛恢复供电。

3 主动配电网的源网荷储一体化供电系统最优配置模型

3.1 模型建立

应用鲁棒半定规划优化方法，针对配电网的故障发生、分布式光伏电站和分散式风电场出力的不确定性、需求侧负荷的多样性，构建配电网典型最优配置模型。在配电网系统侧构建主动防御、主动攻击、再次主动防御的三层基本框架。

在第一层基本框架中，搭建关于分布式光伏电站、分散式风电场、背压式供热机组、冷热电三联供机组、储能系统及其他清洁能源的配置方案。

在第二层基本框架中，建立一般事故电力状况、重大事故电力状况、特大电力事故的故障攻击策略。

在第三层基本框架中，制定遭受各种电力故障情况下，配电网主动进行故障后的网架调整优化、电网潮流系统优化、结合储能电站、需求侧响应技术制定主动配电网的最优恢复供电措施的方案。

通过阶段鲁棒优化以及嵌套列约束生成算法对主动配电网的源网荷储一体化最优配置模型进行求解，并通过配电网节点系统验证了最优配置模型的有效性。

结语

主动配电网中的源网荷储一体化系统最优配置模型，通过搭建灵活可靠的弹性配电网网架结构、需求侧响应系统以及合理的分布式风光储容量，应用鲁棒半定规划优化方法，针对配电网的故障发生、分布式光伏电站、分散式风电场出力的不确定性、需求侧负荷的多样性，构建典型最优场景模型。能够充分提升配电网、分布式电源的运行效率，降低电力故障事故的发生，提高能源综合利用效率。

参考文献：

[1]朱正，廖清芬，刘涤尘，等.考虑新能源与电动汽车接入下的主动配电网重构策略[J].电力系统自动化，2015，39（14）：82-88，96.

[2]杨丽君，吕雪姣，李丹，等.含分布式电源的配电网多故障抢修与恢复协调优化策略[J].电力系统自动化，2016，40（20）：13-19.

（作者单位：特变电工新疆新能源股份有限公司）