适应新能源互联网发展的配电网规划研究

郑贝

摘要：随着新能源互联网的不断进步，电动汽车等各式各样的负荷电源涌入配电网内部，新能源互联网的快速发展对配电网的规划和建设提出了更高的要求，同时也给配电网的运行和管理带来非常大的挑战。针对以上问题，提出了一种适应新能源互联网的配电网规划方案，同时使用MATLAB 软件对提出的模型进行仿真实验。仿真结果表明，提出的配电网规划方案能够满足用户的多种用电意愿与需求，这对实际中更好地适应可再生能源的接入，以及实现能源的高效利用和优化调度有着重要的指导意义。

关键词：配电网规划；能源互联网；规划策略；动态负荷预测

中图分类号：TM715；TP393.09 文献标识码：A

0 引言

研究新能源互联网与配电网规划的相互关系，将有助于解决传统配电网的滞后问题。通过整合分散的新能源资源、提高能源供应的可靠性、优化配电网的拓扑结构和设备配置、增强配电网的负载容量和电力供应的可靠性，从而实现能源的灵活调度和优化运行，提高能源系统的稳定性[1-3]。同时，加快新能源的接入和利用，实现清洁低碳能源的快速发展，尤其是可再生能源技术，可以促进新能源技术的发展和商业化应用。随着太阳能、潮汐能、风能等新能源的逐步利用，新能源技术也在不断进步，成本逐渐降低，为新能源互联网的构建与实施提供坚实的技术根基。通过优化能源系统的运行和管理，有助于减少碳排放量和环境污染。新能源互联网的建设可以实现更多的清洁能源供应，减少传统能源的需求，进一步助力能源可持续发展。配电网规划的研究可以促进新能源技术的普及和应用，提高能源系统的运行效率和稳定性。

1 主动配电网基本概念

主动配电网（active distribution network，ADN）是一种使用先进的通信、控制和信息技术以实现分布式能源资源的高效管理和运行的电力配电系统[4]。主动配电网的核心是分布式能源资源，它们是小规模的可再生能源发电系统，如太阳能光伏板、风力发电机等。这些能源资源通常分布在电网的终端或负荷侧，通过本地发电满足本地负荷需求。主动配电网借助先进的智能化技术和自动化控制系统，实现对分布式能源资源的监测、管理和优化调度[5-6]。通过实时数据采集和智能决策，使得配电网能够根据实际负荷和能源供应情况进行动态调节和优化运行。主动配电网能够灵活地适应可再生能源的接入，优化配电网结构，提高清洁能源使用率，实现可持续能源供应和可持续发展的目标。主动配电网还可以通过集成分布式能源资源、智能化控制和自动化系统，实现对电力系统的灵活管理和运行[7]。

2 主动配电网规划架构与模型分析

2.1 主动配电网规划架构

主动配电网结合先进的需求响应技术与自主性对负荷进行综合治理，可以灵活地控制能源的流动和利用，同时将能源的形式和用户需求进行整合和适配。主动配电网规划架构如图1 所示。现阶段，为了配电网的规划，能源互联网的发展进度会采用综合协调规划技术。电源规划需要考虑可再生能源产能、地点、布局以及与负荷的匹配情况等因素，通过实时需求响应和自主性负荷综合管理，达到对负荷有效治理的目标，进而制定合理的可再生能源资源利用方案。具体来说，主动配电网可以根据用户的需求和能源供应情况，灵活地调整能源的流动和利用。通过智能终端设备和通信系统，实时监测用户的能源需求，并根据需求情况对能源进行调度和优化。同时，主动配电网可以将可再生能源与传统能源进行耦合和集成，以实现能源的高效利用和优化配置。

2.2 主动配电网规划优化模型

本文以用户需求和总体成本为导向，旨在实现用户满意度最大化的同时确保成本最低。在考虑当前配电网发展情况的基础上，结合并网型微电网、电动汽车充电桩以及常规用户的负荷需求响应，明确制定最佳主动配电网规划建设方案，包括擴建线路和变电站。如图2 所示，首先，划分配电网规划区域，通过对历史负荷数据的分析和预测模型的建立，预测未来一段时间内的负荷需求。其次，制定基础建设规划方案。该方案应包括配电网的拓扑结构、设备配置、通信与数据传输系统、智能终端设备等方面的规划。再次，利用自主管控技术，针对已确定的初选规划方案，通过最小化供电企业成本，进行负荷优化调度，确保用户满意度函数取得最优解。通过精确化的负荷调度，实现主动配电网的安全稳定运行。最后，完善规划方案，结合场景规模、投资规划、成本等因素，考虑柔性负荷管控策略，调整投资分配，确立规划方案。

3 主动配电网规划方案仿真分析

3.1 仿真场景介绍

本文选取某地区 10 kV 智能电网骨干线作为研究区域， 该地占地面积83 km2， 供电面积46.36 km2，用地单价为1.633 万元/m2。地区电力网的设备容量为1 200 kW，电力点为10 kV变电所，最大变电负荷为99.71%，容量比为1.85 ～ 2.10，标准变电所额定容量为0.52 MV·A。各变电站之间为主干线，各负荷节点之间为分支线，主干线模型为JKLYJ-25，线路建设成本为12 万元/km。每个负载连接节点之间的现有输电线路只有一个。节点负荷和传输能力共同决定了单一输电线路的最大可接受电力供应负荷，线路负荷率为50%。初期计划建设4 个变电所，一个标准变电所造价为60 万元，地区电动车充电所建设耗费成本约为15 万元，最大充电电力容量达3.12 MW，仿真地区分布如图3 所示。图中PV、ES、WT、EV 分别表示光伏、储能、风力涡轮机、电动汽车。

由于夏季的配电网负荷状态峰谷差距非常明显，更需要实施配电网规划，因此选择该地区夏季时刻主要配电网进行规划研究，并且主要考虑配电网的基础建设规划和设备配置。通过对配电变压器、开关设备、线路等的优化配置，提高配电网的负荷承受能力和供电可靠性。同时，引入可再生能源和能量存储技术，从而提高配电网的供电能力和能源利用效率。

3.2 主动配电网规划方案

已知该区域电网供电负荷容量为1 200 kW，共有15 个用电负荷节点，变电容量需求为10 kV/3 200 kV·A。根据调查，充电负荷增大的时间多集中于18 — 21 点，这与人群充电习惯相符合，然而在负荷增加的情况下，日最大用电功率将提高到1 800 kW，目前使用的设备不能匹配客户的用电需求。因此，提出了主动配电网规划方案，如图4所示。对现有 e2、e3、e4 变电站增容，并且增设 2台候选变电站 e5、e6；增设新增变电站周围出线路径：e5→3、e6→6、e4→e5→e1→e6→e2。新增变电站e5 的电力将通过出线路径连接到节点3，新增变电站e6 的电力将通过出线路径连接到节点6，而现有变电站e4 的电力将通过出线路径连接到新增变电站e5，然后连接到变电站e1，接着连接到新增变电站e6，最终连接到变电站e2。该主动配电网规划通过对现有变电站增容、增设候选变电站来满足负荷增加时的用电需求，采用合理的出线路径来实现电力的传输和分配，提高电网的可靠性和稳定性，确保用户在高负荷时期仍能获得可靠的电力供应。

4 结论

新能源互联网作为一种高效的能源传输方式，对配电网的规划和建设提出了更高要求。当前，配电网规划方面存在许多问题，如传统的配电网结构滞后、新能源接入和性能问题、规划不足等，这些问题制约了新能源互联网和配电网的发展。因此，本文以主动配电网内用户的用电需求作为问题关键点，提出主动配电网规划策略，并进行仿真实验。仿真结果表明，该模型能够有效优化配电网的规划，增加清洁能源利用率，并且能够使得电网更科学合理地匹配用户用电需求。所提方法对于推动可再生能源的接入和提高电网的灵活性具有重要意义。

参考文献

[1] 赵良. 适应智能电网发展的电网规划评价模型与方法[D]. 北京：華北电力大学（北京），2016.

[2] 瞿雷，杜振东. 基于组合权重与云模型的电网规划综合评价方法研究[J]. 上海电力大学学报，2023，39（4）：332-338.

[3] 冉子晗. 能源互联网视角下主动配电网规划模式研究[D]. 吉林：东北电力大学，2022.

[4] 周炳华，王洋，李峰，等. 城市能源互联网视角下的主动配电网规划设计与策略研究[J]. 华电技术，2021，43（1）：59-65.

[5] 孙可，张全明，郑朝明，等. 能源互联网视角下的未来配电网发展[J]. 浙江电力，2020，39（1）：1-8.

[6] 何其淼，祝钧，何然. 新型电力系统背景下基于源荷的配电网规划方法[J]. 电气开关，2023，61（5）：57-60.

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