主动配电系统可行技术的研究_范明天

第33卷第22期中国电机工程学报V ol.33 No.22 Aug.5, 201312 2013年8月5日Proceedings of the CSEE ©2013 Chin.Soc.for Elec.Eng.文章编号：0258-8013 (2013) 22-0012-07 中图分类号：TM 71 文献标志码：A 学科分类号：470 40主动配电系统可行技术的研究范明天1，张祖平1，苏傲雪2，苏剑1(1．中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192；2．北京师范大学数学科学学院，北京市海淀区 100875)Enabling Technologies for Active Distribution SystemsFAN Mingtian1, ZHANG Zuping1, SU Aoxue2, SU Jian1(1. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China;2. Mathematical Department, Beijing Normal University, Haidian District, Beijing 100875, China)ABSTRACT: The planning methods and operation modes of traditional distribution network are difficult to accommodate the high penetration of distributed energy resources (DER). Active distribution network (ADN), based on the application of information and communication technology (ICT) and advanced metering infrastructure (AMI), is one of the alternative solutions. In this paper, the impact of DER on the traditional distribution network was analyzed and thus the necessity of developing ADN was clarified; The basic concept of ADN, its research tendency, the differences between traditional distribution networks and ADN and the corresponding research results were introduced; Some enabling technologies which are cost-effective for the transitions from the existing distribution network to the active distribution network were discussed. With the progress of the available techniques, ADN can balance the power at distribution levels, and between transmission and distribution levels, that is, ADN will be an infrastructure as a regional exchange of all kinds of energy.KEY WORDS: power systems; active distribution network (ADN), active control, active management摘要：传统配电网的规划设计方法和运行控制模式无法适应高渗透率分布式能源(distributed energy resources，DER)的接入。

基于信息与通信技术及高级量测设备的主动配电网(active distribution network，ADN)为高渗透率DER的接入提供了一种解决方案。

概要分析DER接入对传统配电网的影响，以此说明发展ADN的必要性；介绍ADN的基本概念、相关的研究动态、传统配电网与主动配电网的差异及研究成果；基于技术经济可行性的观点，总结适应ADN发展的可行技术。

随着各种可行技术的进步，ADN不仅可以平衡配电层级的功率，还可平衡配电层级与上级电网之间的功率，ADN将成为局部区域能源交换的基础设施。

关键词：电力系统；主动配电网；主动控制；主动管理0 引言传统的配电网通常依靠灵活的网络结构和较大的容量裕度来应对负荷的不确定性，以保证电力系统的安全可靠性，其运行控制方法相对简单。

随着分布式能源(distributed energy resource，DER)的渗透率在电力系统各层级上的不断提高，电力系统尤其是配电网的规划和运行方式也变得相对复杂，同时对配电网的经济性和监管方式也产生了较大的影响。

面对负荷增长缓慢、配电网发展空间资源有限、网络规模较难扩展的现状，发达国家为应对高渗透率DER的接入，正在探讨智能电网框架下的主动配电网(active distribution network，ADN)技术模式。

为了可持续发展的需要，中国的配电网也将面临DER渗透率越来越高的局面，因此也有必要开展相关研究。

为应对分布式发电规模逐渐扩大以及用户对于合理电价范围内供电可靠性的期望值日益提高等这一系列变化，国内外配电网运营企业正在考虑如何改变配电网当前的规划和运行模式，以及新的网络运行和控制模式，其中包括如何积极主动地运用和协调各种DER。

ADN是未来智能配电网中的重要组成部分。

本文依据CIGRE C6的相关研究报告以及作者的研究成果，通过深入探讨其当前的发展过程和研究动态，为国内的相关研究者提供参考和借鉴，具体包括以下几方面的内容：分析DER对传统配电网的影响，阐述了对DER进行主动控制和主动管理的ADN的基本概念和特性，并说明其与微电网的不同之处；概要介绍ADN的当前研究动态；最后概要总结传统配电网向ADN过渡的可行技术，即注DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2013.22.006第22期范明天等：主动配电系统可行技术的研究 13重具有成本效益的技术以及具有可持续发展能力的技术。

1 主动配电网的概念形成CIGRE C6专委会对含DER的配电网进行了一系列的详细研究。

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ADN以及DER的概念。

CIGRE C6关于ADN和DER的基本定义和构成的设想目前已经得到国际学术组织CIRED和IEEE的广泛认可[1]。

主动配电网(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DER 进行主动控制和主动管理的配电系统。

DER在一定程度上可承担支持系统的责任，这将取决于适当的监管环境和接入协议。

分布式能源(DER)的基本构成是：分布式发电(distributed generation，DG)、分布式储能(electrical energy storage，EES)、可控负荷(controllable load，CL)等。

其中DG主要为可再生能源(renewable energy source，RES)，包括光伏发电PV、风能发电等；CL包括电动汽车(electric vehicle，EV)、响应负荷(responsive load，RL)等。

由于具有发电和消费双重身份的生产性负荷(pro-consumer)的出现，使得响应负荷也成为了DER。

2010年本文作者根据CIGRE C6.11的定义将ADN翻译为“主动配电网”[2]。

在世界范围内由于目前对电网运营商和DER拥有者还缺乏必要的激励机制以及适当的监管环境，使得ADN这一概念至今仍处于发展阶段，还有许多尚待研究的新问题。

需要指出的是，微网主要是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，亦可以常态方式孤岛运行。

与“微网”不同的是，ADN是由电力企业管理的公共配电网，常态方式下不孤岛运行，但在紧急情况下(由于DG 的存在)通过合理配置解列点，可使得ADN的局部作为微网而以非常态方式孤岛运行。

2 DER接入对传统配电网的影响传统配电网是输电网和用户之间的重要中间环节，特别是中低压配电网实际上被设计成电力系统的“被动”负荷。

传统配电网的运行模式和技术准则也相对简单，网络运行一般采取开环辐射模式，即使采用配电自动化措施，也主要用于故障后的快速处理，一般不会对稳态运行的配电网进行主动控制。

因此传统配电网可称之为被动配电网(passive distribution network，PDN)。

传统配电网原本不是为高渗透率DER的接入而设计的。

当前各国都在研究如何适应高渗透率DER的接入。

例如，欧盟在2020年将要实现20-20-20计划，其中包括可再生能源的渗透率将达到20%。

虽然欧盟国家可再生能源的渗透率总体上将在一定的范围(如20%)内，但是局部供电区域的渗透率有可能会更高，例如：德国目前可再生能源的装机容量已约占总装机容量的30%，可再生能源的发电量已约占总发电量的20%，2020年可再生能源的装机容量将达到35%，2050年可再生能源的装机容量将达到80%，其中德国中部电力公司(260万客户)的可再生能源发电在2020年有可能达到100%；意大利2012年的可再生能源装机已达18.6GW，已经使输电网向配电网的功率流减少了8GW多，即削减配电负荷约20%，而且未来还有20GW的接入申请，已经需要考虑传统发电机组为可再生能源提供备用的问题。

总体来说，DER渗透率的大小，取决于许多边界条件，如外部电网及发电机组可提供的备用裕度以及DER的控制模式等。

配电网在DER大量接入后，有可能引起诸多问题，这些问题既有技术方面的，也有管理方面的。

DER接入到配电网后甚至会影响到能源市场的运营，如DG注入的功率会改变传统配电网上的负荷曲线，从而影响传统发电机组的运行出力，并要求配电系统运营商(distribution system operator，DSO)在与输电系统运营商(transmission system operator，TSO)密切协调配合的条件下担任管理能量流的新角色。