基于分布式电源柔性配电网的运行研究

潘 洁

（桂林信息科技学院，广西 桂林 541199）

0 引 言

电力在国民经济发展中起着至关重要的作用，电网安全可靠地运行，供电充足，是国民经济全面、协调和可持续发展的基础保障。传统以矿物燃料为能源的发电方式所产生的污染物质及废弃物对环境造成严重的危害，随着各国对绿色发展的重视程度越来越高，使用清洁能源发电已然成为当今社会发展的必然趋势，应用可再生能源如风电、太阳能等是一种必然选择。以分布式电源为基础，在配电系统中引入新能源，可以有效减少碳排放，充分利用可再生新能源。在现行《2023 年能源工作指导意见》及《“十四五”控制温室气体排放工作方案》中明确，“节能、洁净、安全”是我国能源发展中不可回避的核心问题。为构建“绿色、低碳”的新能源发展格局，分布式电源的大规模接入必将推动配网形态的转型。

1 分布式电源的种类

分布式能源的分类方式有很多种，按照发电功率能否可调控将其分成可控型和不可控型2 种。一般而言，在配电网络中，许多分布式电源，如太阳能、地热能、风能等无法控制，会受自然环境以及气候条件等不确定因素的影响[1]。人们通常将这些能源归结为不可控制的分布式电源。而随着电力电子设备在配电系统中的普及，可控型分布式能源（如小型燃气轮机、燃料电池等）所占的比重逐渐增大。尤其是在电动汽车大规模推广应用的背景下，电动车群充电可有效参与配电网优化运营，并通过对充电站或充电桩的运营策略进行优化调整，实现对电力系统净负载的调控。

2 柔性配电网的特性分析

电力电子器件在配电系统中的广泛应用，为配电系统的进一步变革和提升创造新的机会。相较于传统的配电网，柔性配电网能够充分利用电力电子器件的功率调节功能，实现分布式电源输出的精准控制和负荷变动的即时反应，并降低馈线间的潮流相互作用，确保电网的安全稳定运行，具体分析如下[2]。

2.1 源-网-荷的演化

配电网结构随源-网-荷形式的改变而改变，并表现出显著的差异性。在技术层次上，随着源、网、荷三方面新元素的融合与发展，配电网改造与升级将成为必然趋势，并对其运行能力的稳定性提出更为严格的标准。

在供电端，由于高渗透率分布式能源的接入，配电网的运行环境得到显著改善；在电网端，配电网电力电子化的发展使电网的调节能力得到极大的提高；在负荷端，柔性负荷和电动汽车等新型负荷的持续接入使得负荷需求更加复杂，但也为需求侧的应对提供条件。从源—网—荷结构的演变轨迹可知，在初始阶段，配电网的可控性较弱，资源协调能力有限，难以满足复杂多样的需求。技术的推进不断增强配电网的调节能力。随着电力系统应用的日益多样化，源-网-荷结构的不断演变，使得柔性配电网的出现成为必然选择。

2.2 网架结构的变化

近年来，电力系统中发展进度最快、变化幅度最大的当属配电网，从传统的放射型网络结构逐渐演变为多端互联网络，并持续向多态、多级和多环的复杂网络结构方向发展。我国配电网在发展初期，主要是以单一辐射式为基础，以满足社会发展对电力的基本需求。随着人们生活水平的不断提高，用户对电能质量和供电稳定性的需求持续增长，配电网络的构成也进行了相应的调整，以适应发展的需要。与此同时，为建设一个坚强、可靠、智能化的电力系统，配电网络正在进行着深刻的变革。未来，为适应我国经济发展对配电网的需要，配电网的绿色、智能化以及高质量将会持续发展。

传统的配电网只是一个单向的信息流，由各数据收集模块向中央控制中心传送数据。随着云平台等技术的不断发展，配电网中的信息流变得更加复杂，数据交互更加频繁。在此基础上，利用该广域测量系统，可以实现对配电网中重要电力参数的实时检测，以满足实际的工作需要。

2.3 柔性配电网的特征

与常规配电网相比，柔性配电网具有调节能力更强、响应速度更快、测量精度更高、运行目标层次更高等特点。

柔性配电网的调控能力会在源-网-荷的各环节中体现出来，按其物理性质可分为初级调控能力、信息调控能力以及用户调控能力3 个层次。初级调控能力是指在配电网中，利用各种可调装置，对负荷进行有效均衡，并对潮流进行合理分配的能力。信息调控能力是指柔性配电网利用更为准确的预报方法，提前制定合理的调度策略，确保系统的运行既安全又可靠。用户调控能力的核心思想是在电力交易机制和市场导向的基础上，引导用户以理性的态度参与到配电网的优化运营[3]。

柔性配电网相较于传统配电网展现出更高的响应速度，主要归因于电力电子设备的迅速反应能力。基于光伏阵列和储能装置的新型微电网结构，通过调整逆变器的导通角，可以将部分分布式电源从不可调度状态转变为可调度状态，再结合传统的配网优化方法，最大限度地发挥分布式电源性能，又能增强系统的经济性与安全性，改善系统的电能质量，减少系统的阻塞。与此同时，随着储能装置、柔性软开关和其他各种快速响应设备接入后，柔性配电网调控能力会进一步提高[4]。

随着多种负荷预测方法的广泛应用，以及智能终端的推广使用，电力系统测量数据的准确性有了更高的要求。广域测量系统实现广域配电网电能质量的实时检测，并能够满足柔性配电网络对各种类型、大范围、深层次信息的检测和信息收集的实际需要。在此基础上，通过整合、分析、判断信息，实现对当前电网运行状况的全面感知和评价。

此外，柔性配电系统的一个重要特点就是其运行指标的不断丰富和完善。在配电网开发与建设之初，以保障电能的高效供给为其基本运作目的。因此，保障电力系统的有效供给，提高电力系统的供电可靠度，就成为了配电系统调度员的一项重要工作。随着配电网形态的变化，各种类型客户的持续接入，以及运行目标和评价指标的持续提升，推动配电网的不断进步，这主要体现在对电能质量和经济运行需求的关注度。

3 考虑多种可控设备的联合优化策略

3.1 优化系统运行状态

应优化配电网系统的运行状态，进一步分析接入可控设备对配电网运行裕度的影响。柔性软开关的连接位置设在节点18 和33 之间，如图1 所示。容量设置为1 MVA，换流器的损耗系数设为0.02。

图1 柔性软开关的连接位置

构建无可控装置、引入储能装置以及引入柔性软开关装置3 类典型场景，如表1 所示。通过对1 d内不同场景下配电网运行裕度指数及网损数据的分析可知，当无可控装置时，高比例的分布式电源接入会加剧电力失衡，线路运行裕度、节点电压裕度、系统运行损耗等指标均会呈现较低水平。通过引入可控制装置，可以有效提高系统的调节能力。随着电力系统调节能力的增强，各柔性配电网的运行裕度也随之增大。当电力系统接入储能装置后，可实现对电能的合理储存与释放，从而提升配电网在不同时段的调峰能力。然而，鉴于储能系统在每日使用后需要重新设置其荷电状态，在某种程度上限制运行裕度的进一步提升。在此基础上，通过引入柔性软开关装置，可使各馈线间实现柔性互联，显著提升整个系统的调整性能。整体而言，随着可控装置的接入，电网的运行裕度指标持续增加，同时运行损耗也在逐渐减少，这表明配电网络的运行状况呈现出良好的变化趋势。因而，通过接入可控设备，能够优化配电网的运行效率，减少系统运行中的损耗并使供电质量得以提高。

表1 3 种场景对柔性配电网运行状态的影响

为探讨接入可控设备后不会造成其他节点裕度的降低，选取节点33、3 节点30、节点18 的运行情况进行详细分析。如表2 所示，3 个场景中，通过分析节点18、30、33 的电压裕度指标可知，接入可控装置后，电压裕度指标都有大幅度的提高。

表2 各场景中特殊节点的电压裕度指标 单位：kV

3.2 控制消纳策略

在柔性配电网中，将多个受控设备连接到电网，可以增加配电网中分布式电源的装机容量。在柔性配电网的实际运行中，需要考虑装机容量不变的情况，选择已经接入分布式电源的节点作为装机容量的候选节点，并深入探讨影响分布式电源装机容量的各种因素[5]。为最大限度地应对分布式电源发电量的需求，各个接入点的分布式电源的功率因数需统一调整为1.0。

在可控装置的应用下，随着可控装置的数量增加，柔性配电网的消纳能力也随之增加。同时，从系统的运行裕度指数可知，为消纳分布式电源的发电量，配电网络的调节能力已接近枯竭，表现为线路功率余量和节点电压余量均趋近0。通过对不接入任何可控设备和接入储能设备后的运行情况进行比较，发现在采用储能装置作为调节方式的条件下，随着分布式电源消纳量的增加，系统运行中的损耗也随之增加。通过智能软开关和储能装置协同运行可有效提升分布式电源消纳能力，同时大幅降低系统运行的损耗。因此，接入储能设备可以优化运行时间的分配，并有效提升配电网的消纳能力。

4 结 论

对于含有分布式能源的柔性配电网，目前仍需要进一步的研究，以改进配电网的运行质量。在构建含有分布式能源的灵活配网的优化运行数学模型过程中，可控装置的种类仍可不断充实与发展，而加入动态反应技术、需求侧反应技术等，则可进一步充实有关的数学模型。在灵活配网的最优运行中，如何将分布式能源加入电力系统的潮流调整，最大限度地挖掘可用资源的潜能，达到灵活配网中不同时段之间电力功率的动态平衡，是一个值得深入探讨的问题。