主动配电网规划技术

3.3主动配电网规划技术

3.3.1主动规划的需求

配电系统是电力系统的重要组成部分，是输电网和用户之间的重要中间环节。在传统配电网规划中，配电网与用户稳定地扮演着“供”与“需”的关系。但近年来，随着经济的不断发展和社会用电需求的增长，电网最大负荷利用小时数不断上升，尖峰负荷问题日益突出，在此过程中，配电网的运行负担也在急剧加重，可控负荷等新型负荷的出现也对配电网的运行控制提出来新的要求。另一方面，大量分布式电源（DG）、储能设备（EES）和可控负荷等分布式能源资源（EDR）开始接入配网，极大地增加了配电网的运行与控制的不确定性。

传统配电网在规划时没有考虑分布式电源接入配电网的影响，而是基于电力潮流从变电站单向流向负荷点这一前提而设计的，只是针对某个负荷预测值采用最大容量裕度（给定网络结构）来应对最严重工况的运行条件（即使最严重工况为小概率事件），从而在规划阶段就可以找到处理所有运行问题的最优解。因此，为了保证网络的安全性和可靠性，传统的配电网络对付负载的不确定性通常依赖于他的大容量和灵活的网络结构，但采用相对简单的运行模式和控制方法。然而随着配电网中EDR渗透率的快速增长，配电网的规划方法和运行模式变得越来越复杂，投资效益也大受影响，促使配电网规划从被动规划向主动规划转变。

与传统规划不同，主动规划时将配电网的规划建设和灵活管控结合，在满足电力需求和系统安全的前提下，利用灵活管控技术来协调大规模间歇式能源出力与负荷用电的匹配度，在不失可靠性的同时，达到降低系统建设费用的效果，实现整体的经济性，确保配用电的持续发展对于电力企业和电力用户都能负担得起。因此，主动规划是一种将主动管理引入到规划过程中的动态规划。

3.3.2主动规划与传统规划

传统配电网规划的目的是在规划阶段解决运行问题，如容量匹配，而不考虑控制问题；而主动配电网的规划应该综合考虑运行问题和控制问题，已实现最优的技术经济性。

（1）传统规划流程。传统配电网规划的主要内容包括：从电力市场和用户处收集信息；预测需求；确定性的网络分析；备选方案研究评估备选方案；所选方案的设计。传统配电网规划的3-21所示。

图3-21 配电网的传统规划流程

传统配电网规划的规划设计针对最大的需求情况不考虑或很少考虑运行中的调节问题。这种方法对于以前的无源配电网是比较经济有效的，而对于有源配电网来说，则无法充分的发挥分布式电源可调节负荷的作用，达不到最优的技术经济效果。

（2）主动规划流程。针对传统配电网规划的不足，配电网的主动规划采用一直协调规划的思想，更加重视用户和电源，通过多时间尺度来体现用户和电源的变化特性，在备选方案的评估和计算过程中，重点考虑了主动管理的作用，通过综合协调网络解（一次网架建设）和非网络解（主动管理控制）来满足规划约束，这将极大的降低规划方案的成本，同时提高电网设备的利用率。此外，为了确保主动管理作用的实现，基于ICT的二次系统与一次系统的同步设计是规划方案实现的基础和关键。主动规划的流程如图3-22所示。

图3-22配电网的主动规划流程

如图3-22所示，采用主动管理方法（非网络解方案）对规划方案进行技术经济评估（在非网络解方案和网络解方案之间进行平衡）以及对不确定性风险进行分析（判断约束越界的不可接受风险），修正规划方案直至获得满意的结果。（对多目标方案进行评估），从而确保了主动规划方案的技术性和经济性。

（3）传统规划与主动规划的比较，见表3-6。

表3-6 配电网的传统规划与主动规划的比较

3.3.3 中长期负荷预测

无论是配电网的传统规划还是主动规划，负荷预测都是整个规划的基础和依据。当前，配电网规划中采用的中长期负荷预测方法主要有三类：

（1）根据负荷自身随时间变化的规律设计的方法，如：基于历史负荷数据的回归模型预测方法和小波分析方法等，这种方法主要是用于供电面积较平稳或者经济发展平稳的地区的负荷预测，并且拥有详细的历史资料。

（2）根据区域经济增长与用电负荷的相关情况而制定的负荷预测方法，如：弹性系数法和产品（产值）单耗法等，该方法主要适用于经济总量或者单位产品（总值）能耗较为准确估计的区域，这些区域一般具有良好的产业规划和平稳的经济增长特性。

（3）基于负荷统计结论而制定的负荷预测方法，如：符合密度类比法、人均用电量等，这些方法适用于具有良好前期行业用地规划的地区何需要做饱和负荷预测的地区，其前提是对同类的行业、产业或者区域符合密度具有详细统计资料，具有可类比性。

然而，上述各种方法都属于传统规划的负荷预测方法，其主要预测的是规划期的最大负荷，而后续所有的规划流程都是以此为依据，设计最小的系统容量来满足规划的所有约束，是电网即使在最大负荷发生的情况下，仍能正常运行。但是，在实际运行中，所预测的最大

负荷出险概率极低，不出现或者出现的时间极短。显然，以预测的最大负荷为依据的传统规划过于保守，经济型明显偏低。

与传统规划不同，主动规划需要收集更多、更详细的符合数据，并建立不同类型的负荷模型，利用稿率统计，进行预测分析，从而得到基于概率的负荷预测数据。显然，已预测的概率负荷作为规划参考更为科学，也更贴切实际，避免了过于乐观或保守。需要注意的是，主动规划中负荷预测所采用的负荷模型并不是一个固定运行状态下负荷模型，而是一个时间模型，如：典型的日常模式、典型的节假日模式等。利用这样的时间模型才能与各种类型的分布式发电进行多时间尺度的综合计算，从而反映负荷与分布式发电间的耦合关系，以及它们在各种需求考虑的系统运行工况下对备选规划方案的影响。

不难看出，主动规划中的负荷预测完全改变了传统规划的基础，逐渐从原来的宏观统计估计过渡到微观建模分析，其实显得复杂程度大幅增加。毫无疑问，主动规划的负荷预测更加依赖于大量的数据统计与分析，而这些数据的收集必须依赖于远程自动抄表（Automatic meter reading，AMR）系统的完善部署。

3.3.4 数学模型

当粗放的传统规划转变为精细的主动规划时，各类响应负荷、分布式发电、储能配置、电动汽车等多种分布式电源的加入，增加了规划问题的复杂程度。同时，这些新变量的特性与时间相关，其模型都是时间函数，这使得传统的时间断面规划方式掩盖了这些变量的时变特性，而由时间断面到多时间尺度的变化又进一步增加了主动规划的难度。因此与传统规划相比，主动规划是一个相对复杂更加难以求解的组合优化问题，其数学模型的特点如下：（1）需要大量数据。

（2）满足多时间尺度。

（3）适应不确定性。

（4）多目标，多变量，多约束。

3.3.5网络解与非网络解的平衡

网络解（Network Solutions）与非网络解（No-network Solutions）的平衡也是规划方案技术性和经济性平衡，两者的平衡直接决定了待建配电网结构和功能，是整个规划的核心和关键，也是电网公司主动管理水平的重要体现。

网络解属于配电网的升级改造，即“硬手段”，通过网络建设增加系统的运行裕度，包括配置变电站点与电网结构的优化布局等：而非网络解属于系统的主动管理，即“软手段”，通过配电人员的优化运行控制，有效的降低了负荷对系统稳定运行裕度的要求，包括发电机优化调度、需求侧集成、无功管理、变压器分接头的控制、系统重新配置、存储优化运行等。

一般而言，网络解实际上增加了系统的运行裕度，相应也提高了系统的可靠性，但其成本高；非网络解是通过主动管理技术来确保系统稳定运行，系统的可靠性依赖于配网调度人员的运行水平，其实现成本低。此外，网络解的规划周期较长（短、中、长），而非网络解的规划周期（分、时、日、年）远小于网络解。当然非网络解必须依靠智能信息通信技术（ICT）和高级量测技术（AMI）的发展。显然，网络解与非网络解的平衡协调是规划过程中重点需要解决的问题，需要在规划方案形成过程中进行综合考虑，这将直接决定最终规划方案的效