主动配电网的关键技术与研究展望
发表时间：2019-06-13T09:14:48.647Z 来源：《电力设备》2019年第1期作者：吴越[导读] 摘要：面对资源环境压力与节能减排的双重压力，电力工业亟待低碳转型。
（国网江苏省电力有限公司南通供电分公司）摘要：面对资源环境压力与节能减排的双重压力，电力工业亟待低碳转型。主动配电网（ADN）有机整合先进信息通信、电力电子及智能控制等技术，为实现分布式可再生能源大规模并网与高效利用提供了一种有效解决方案，对支撑低碳经济发展具有重要战略意义。本文首先简要介绍了ADN的技术特点及内涵理念；在此基础上，对ADN规划问题进行探讨，提出了ADN规划一般性框架；基于国内国外研究
现状，提出了该领域的关键技术及未来主要研究方向，并提出发展主动配电网的相关建议。
关键词：主动配电网；低碳；关键技术以化石能源为主导的电源结构使得电力工业成为我国国民经济中最大的CO2排放部门。据权威统计，2012年我国电力行业碳排放量达到3.85亿吨，约占全国总碳排放量的50%，且近年来呈加速增长趋势。因此，推动电力工业低碳化成为我国实现上述节能减排与生态文明目标的必然选择。
发展低碳电力系统的根本任务是要形成稳定的低碳电能供应机制，其关键在于对可再生能源的有效开发和利用。对此，当前主要存在两种基本思路：一是大力发展长距离、大容量、低损耗的跨区输电线路（如特高压输电）以实现可再生能源资源在更大区域范围内优化配置；二是从配用电环节入手，建立协调关联分布式可再生能源发电、配电网络与终端用电的集成供电系统，实现对可再生能源的就地消纳与利用。较之前者，分布式配电系统具有建设周期短、投资成本低、运行灵活的优点，且抗风险能力更强，因此近些年在国内外获得广泛关注。
与主要关注用户侧的微电网（MG）不同，ADN主要面向由电力企业管理的公共配电网。它是智能配电网技术发展到高级阶段的产物，是一种兼容电网、分布式发电（DG）及需求侧管理等多类型技术的全新开放式配电系统体系结构。ADN的技术理念将系统运行中的信息价值及电网-用户之间的互动能力提升至一个新高度，强调在整个配电网层面内借助主动网络管理（ANM）实现对各类可再生能源的主动消纳及多级协调利用，最终促进电能低碳化转变及电网资产利用效率的全方位提高。
相比管制背景下的传统配电网，ADN无论在技术特性上，或是面临的外部市场环境方面，均有着自身鲜明的特点；而我国电力工业低碳化发展的要求又为ADN的应用实施赋予了更多的内涵。ADN应该发挥何种作用以支撑节能减排目标的实现？对此，又需要采用怎样的科学规划方法才能确保企业投资经济效益与社会环境效益的协调？这是当前亟待回答的重要命题。因此，研究与低碳经济相适应的ADN规划方法与发展模式，无疑具有重要的理论、战略和现实意义【1】。
1 ADN的基本概念 1.1 ADN的基本含义
根据CIGREC6.1l工作组的工作报告，主动配电网可定义为：可以综合控制分布式能源（DG、柔性负载和储能）的配电网，可以使用灵活的网络技术实现潮流的有效管理，分布式能源在其合理的监管环境和接入准则基础上承担对系统一定的支撑作用。从本质上说：主动配电网是利用先进的信息、通信以及电力电子技术对规模化接入分布式能源的配电网实施主动管理，能够自主协调控制间歇式新能源与储能装置等DG单元，积极消纳可再生能源并确保网络的安全经济运行。
1.2 ADN的典型构成模式
各类DG（如风电、光伏等）和储能等单元通过电力电子元件转换成相应的交流或直流模式，再经过升压变压器并入系统；
通信、自动化及其他相关电气设备以适当的连接方式实现与电力网的紧密集成；
用户侧配以智能电表为代表的先进计量装置（AMI），用以实现对用电信息的实时采集及电网-用户之间的双向互操作。
1.3 ADN的发展历程
主动配电网是智能配电网技术发展的高级阶段技术。智能配电网技术的发展是一个长时间的过程，也是能量流和信息流不断融合的过程。智能配电网发展的早期阶段强调能量的价值，随着智能化程度的不断提高，更多地强调信息的价值。
微网技术以分布式能源与用户就地应用为主要控制目标，限制了其应用范围。主动配电网在微网对于DG协调控制技术的基础上，注重信息价值的作用，并且采用自上而下的设计理念，同时关注局部区域的自主控制（如微网）和全网的最优协调，是一种可以兼容微网及其他新能源集成技术的开放体系结构，是智能配电网发展的高级阶段。此外，从规模效益来看，主动配电网是在整个配电网层面对可再生能源进行消纳，其对于可再生能源的接入半径更大，可接入的可再生能源容量规模更大，因此对绿色清洁能源的利用也更多。
1.4 ADN的主要特征 1）间歇式能源消纳；2）分布式发电的调度；3）分布式发电的保护；4）分布式发电的监控；5）测量数字化；6）控制网络化；7）状态可视化；8）功能和结构一体化；9）信息互动化 2 ADN的基本框架
2.1 ADN规划的基本框架
首先，对可再生能源主动兼容的特征使ADN规划的优化目标变得更加多元，需要综合考虑系统可靠性、经济性及可再生能源利用效度等多方面因素；同时，在开放电力市场环境下，ADN投资可能涉及配电公司、分布式发电投资商与需求侧集成提供商在内的多个独立市场主体，这将使ADN规划问题由传统意义上追求单一主体利益最大化向着复杂的多主体协调规划方向转变；此外，DSR、自动化、通信资源的加入与ANM机制将为优化过程带来更多的决策变量与约束条件；最后，需求响应与DREG不确定性的叠加使ADN运行状态更加复杂多变，从而极大地影响规划方案寻优的可行空间。因此，对于ADN规划，忽略运行的传统配网规划方法已不再适用，而需要对系统可能遇到的各种不确定性工况进行精细化运行模拟才能确定最优规划方案，这无疑具有更高的复杂性。
2.2 ADN规划的架构格局设想 1）大电网和微电网相辅相成、协调发展；2）多个电压等级构成多层次环网状的主要网络结构；3）交直流混合运行方式；4）物理配电网与信息系统高度融合。
3 ADN的关键技术