主动式配电网.docx

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主动式配电网

主动式配电网

主动配电网“主动”在哪儿？

配电网有“主动”和“被动”之分吗？

答案是肯定的。

来看一个主动的案例。

炎炎夏日的一个上午，某大城市中，随着大批空调逐步开启，用电负荷直线攀升，逼近电网所能承受的最高值。

主动配电网主动作为，果断发出“精确制导”的指令，让部分客户家中的空调停运。

几分钟后，负荷曲线趋于平缓，电网风险化解……

根据用户何时洗衣服、开空调等用电行为习惯，供电企业事先准备好网络和负荷，为用户提供定制电力服务。

用户则可以随时查询到实时电价，以调整用电行为节省电费，还可以查询选用周边的分布式电源，实现一定区域内的电力资源最优分配。

这不是电影里的场景。

在不久的将来，随着“主动配电网运行关键技术研究及示范”863课题研究成功，这样的场景就将成为现实。

为什么要进行这项课题研究？

它有何特点？

对供电企业和客户来说，它能带来哪些好处？

为此，某报记者进行了详细调查。

为什么要研究主动配电网

分布式电源大量进入配电网，到一定程度，传统配电网将面临“电流倒送”危险

提及主动配电网的研究，有必要先认识一下配电网的概念和分布式电源的特点。

配电网，指的是在电力网中起分配电能作用的网络。

打个形象的比喻，如果把电网主网比作人体的“主动脉”，那么，配电网就是四通八达的“毛细血管”，用户则处于这些毛细血管的最末端。

电由大型发电厂发出，流经主网，通过配电网送到用户，就如血从心脏流出，流经主动脉，通过毛细血管输送至全身一样。

电流自上而下流动，就如同大河衍变成小河，再从小河衍变成小溪。

在传统的配电网中，线路选型、设备选型、相应的继电保护、潮流控制、计量，考虑的都是单方向流动的特点。

分布式电源的出现，使得用户可以不再被动地接受电网输送的“血液”补给，而是具有了“造血”的能力。

但随着分布式电源不断增多，“造血”的量不断增加，其分散性、不稳定性、间歇性的特点，则使得这些新造“血液”不能平缓、定量、持续地输入“毛细血管”。

当分布式电源增多到一定的程度，就会影响传统配电网的特性。

这意味着，传统配电网的保护、控制策略将失效，电网的供电可靠性将受到影响。

国网北京电力科信部副主任黄仁乐告诉记者：

“根据国外的经验，分布式电源接入容量原则上不超过配电网容量的30%，否则，电流可能产生倒送，有些保护和控制就会误动。

”

为对日益增长的分布式电源加以有效控制，主动配电网的研究被提上日程。

什么是主动配电网？

“看”得更宽更远，“听”到更多信息，主动服务分布式电源，预判化解停电危险

什么是主动配电网呢？

2008年国际大电网会议C6委员会提出了主动配电网（ADN）的基本定义。

定义中指出：

主动配电网通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流，是能够对不同区域中的分布式能源设备（distributedenergyresource，DER）进行主动控制和主动管理的配电系统。

其中，DER包括：

分布式发电（distributedgeneration，DG）、储能系统（energystoragesystem，ESS）、可控负荷（controllableload，CL）等。

其中DG主要为可再生能源，包括光伏发电、风能发电等；CL包括电动汽车（electricvehicle，EV）、响应负荷（responsiveload，RL）等。

ADN的基本定义和组成构想目前已经得到了包括IEEE和CIRED在内的国际学术界组织的广泛认可。

（黄仁乐给出的定义，“主动配电网是内部具有分布式或分散式能源，具有控制和运行能力的配电网。

主动配电网有四个特征，一是具备一定分布式可控资源，二是有较为完善的可观可控水平，三是具有实现协调优化管理的管控中心，四是可灵活调节的网络拓扑结构”。

）

“可观性”体现在，主动配电网控制中心可以监测到主网、配电网和用户侧的负荷和分布式电源的运行情况，在此基础上利用态势感知技术预测其发展状态，提出优化协调控制策略。

“可控性”体现在对分布式电源、储能、负荷等的灵活有效控制上。

当优化协调控制策略制定出来以后，通过控制中心能够实现有效的执行。

通俗地讲，主动配电网有更大的可观测范围，能掌握更多信息。

目前对电网的监测范围只能到配电网，没有办法知道用户更多的实际用电信息，比如说，有没有使用空调、安装光伏，有哪些重要设备，更不可能知道用户的用电行为习惯，什么时候洗衣服、开空调……主动配电网却可以知道这些信息，进而主动服务用户，满足用户的需求。

它通过自动采集到的信号，进行数据分析掌握相关信息，为用户提供最优方案。

供电企业事先可以将网络和负荷准备好，提醒用户在合适的时机选择用电等。

用户可以随时查询到实时的电价，来调整用电行为，节省电费支出，还可以查询到周边分布式电源有哪些，自主选用，实现一定区域内的电力资源最优分配等。

主动配电网的“主动”,还体现在对有可能出现的危险进行预判，并制定一定应对策略，通过控制中心有效执行，而不是像传统配电网只能在故障发生后才被动地采取措施。

黄仁乐给记者举了一个例子。

当即将遭遇暴雨时，哪些线路有可能遭遇雷击，可以通过控制中心对电流进行控制，使其绕过这些线路，防止大面积停电的发生，这需要用上一项关键技术——态势感知技术。

主动配电网好在哪里？

有力促进新能源消纳，形成分布式电源和配电网相互备用格局，为用电客户节约电费。

作为课题牵头研究单位，国网北京电力相关负责人介绍说，主动配电网研究背后，有现实的强烈需求。

近年来，首都新能源、电动汽车等快速发展，都对配电网规划建设和运营管理提出了新要求。

课题的立项，为解决以上问题提供了契机。

课题的意义还远不止于此——它将引领我国智能配电网领域的发展方向，具有巨大的经济和社会效益。

对用户来说，灵活接入主动配电网，意味着更高的供电可靠性和供电质量。

分布式电源和电网供电可以互为备用电源，减少停电时间，缩小停电面积，提升终端能源的利用效率。

对消费者来说，主动参与需求响应和电网运行，不仅能大大提高用电的自主性，也能直接节约电费支出。

打个比方，在电网负荷较高时，客户可以将自家的分布式电源所发的电卖电给电网，而在电网负荷较低时，用大电网的电，最大限度减少电费指出。

对电网企业来说，主动配电网的投入将使运营成本大大降低。

高效运行的主动配电网可以提高电能传输效率，带来节能效益；多电源协同则可有效解决地区输配电能力不足等问题，保证电网稳定可靠运行；还可以进行有效的移峰填谷——如本文开头所说的那样精确控制负荷，减少系统故障率等。

　　主动配电网的投运，亦可解决可再生能源的消纳问题。

它的投运将提高地区清洁能源和可再生能源的占比，实现可再生能源全部消纳，改善环境，还将推动智能楼宇等一系列智能电网相关技术的建设发展。

　　记者了解到，“主动配电网运行关键技术研究及示范”863课题由国网北京市电力公司牵头，国网福建省电力有限公司、中国电科院、清华大学等共同参与，汇集了配网规划等领域的顶级专家，目前已进入正式研究阶段。

课题将以北京未来科技城及福建海西厦门岛供电区域为示范对象，建成高品质、高效率、高互动、高集成的示范工程。

将来我们可以因地制宜建设储能站，或利用工业冷库、电动汽车充电站，根据实时用电需求，决定接入的分布式能源何时并入电网、何时接入储能站、何时用于工业制冷、何时启动电动汽车充电，实现灵活有序地控制新能源接入和并网。

　　由于点多且分散、接入电压等级低，分布式电源大规模稳定有序接入电网一直是个世界性难题。

9月9日，笔者从广东电网公司获悉，该公司启动的全国首批“主动配电网示范工程”已完成5.5兆瓦光伏发电系统投运，复合储能装置等关键设备已全部完成研制生产与供货，现场已启动电缆线路、开关设备的改造和储能等设备安装工作，预计将于11月完成“主动配电网示范工程”建设。

　　今年7月，广东电网启动全国首批“主动配电网示范工程”建设，通过在配电网负荷侧以中低压形式接入多个分布式电源，并对其进行性能分析和管理控制，未来或将实现电网高效消纳分布式能源。

　　“将来我们可以因地制宜建设储能站，或利用工业冷库、电动汽车充电站，根据实时用电需求，决定接入的分布式能源何时并入电网、何时接入储能站、何时用于工业制冷、何时启动电动汽车充电，实现灵活有序地控制新能源接入和并网。

”广东电网电科院相关负责人表示，主动配电网技术成熟后，居民屋顶分布式光伏、小型风机发电、发电机等产生的电量均可轻松“为我所用”，即能为不同的用电需求提供差异化的电力服务，实现分布式能源“全部吸收、超低损耗”的高效消纳，将分布式能源从电网的“负担”转变为“帮手”，解决大规模分布式能源接入配电网产生的影响。

他表示，这已经成为近几年各国电力行业积极探索的热点领域。

　将来我们可以因地制宜建设储能站，或利用工业冷库、电动汽车充电站，根据实时用电需求，决定接入的分布式能源何时并入电网、何时接入储能站、何时用于工业制冷、何时启动电动汽车充电，实现灵活有序地控制新能源接入和并网。

　　由于点多且分散、接入电压等级低，分布式电源大规模稳定有序接入电网一直是个世界性难题。

9月9日，笔者从广东电网公司获悉，该公司启动的全国首批“主动配电网示范工程”已完成5.5兆瓦光伏发电系统投运，复合储能装置等关键设备已全部完成研制生产与供货，现场已启动电缆线路、开关设备的改造和储能等设备安装工作，预计将于11月完成“主动配电网示范工程”建设。

　　今年7月，广东电网启动全国首批“主动配电网示范工程”建设，通过在配电网负荷侧以中低压形式接入多个分布式电源，并对其进行性能分析和管理控制，未来或将实现电网高效消纳分布式能源。

　　“将来我们可以因地制宜建设储能站，或利用工业冷库、电动汽车充电站，根据实时用电需求，决定接入的分布式能源何时并入电网、何时接入储能站、何时用于工业制冷、何时启动电动汽车充电，实现灵活有序地控制新能源接入和并网。

”广东电网电科院相关负责人表示，主动配电网技术成熟后，居民屋顶分布式光伏、小型风机发电、发电机等产生的电量均可轻松“为我所用”，即能为不同的用电需求提供差异化的电力服务，实现分布式能源“全部吸收、超低损耗”的高效消纳，将分布式能源从电网的“负担”转变为“帮手”，解决大规模分布式能源接入配电网产生的影响。

他表示，这已经成为近几年各国电力行业积极探索的热点领域。

　　该工程属于国家863计划“主动配电网的间歇式能源消纳与优化技术研究与应用”课题的工程实践部分，是国内首个关于主动配电网技术的国家级重大课题。

该示范工程位于佛山三水工业园区内，将于今年底完成建设并投运，届时将全面展示主动配电网技术和分布式能源的高效消纳，为我国主动配电网建设提供积极的探索和尝试，积累丰富的实践经验。

（余南华席佳）

　　主动配电网是当分布式能源大规模接入配电网后，以“分布式电源-电网-用电负荷”三元结构为特征的一种崭新的配用电技术。

　　与传统的“电网-用电负荷”二元结构配电网不同，主动配电网技术能够“主动”对分布式电源的性能进行分析和预测，并结合部署一些可控的分布式资源进行控制和管理，消除分布式能源对电网带来的影响，并实现分布式能源的高效利用。

　笔者了解到，该工程属于国家863计划“主动配电网的间歇式能源消纳与优化技术研究与应用”课题的工程实践部分，是国内首个关于主动配电网技术的国家级重大课题。

该示范工程位于佛山三水工业园区内，将于今年底完成建设并投运，届时将全面展示主动配电网技术和分布式能源的高效消纳，为我国主动配电网建设提供积极的探索和尝试，积累丰富的实践经验。

（余南华席佳）

何为主动配电网?

　　主动配电网是当分布式能源大规模接入配电网后，以“分布式电源-电网-用电负荷”三元结构为特征的一种崭新的配用电技术。

　　与传统的“电网-用电负荷”二元结构配电网不同，主动配电网技术能够“主动”对分布式电源的性能进行分析和预测，并结合部署一些可控的分布式资源进行控制和管理，消除分布式能源对电网带来的影响，并实现分布式能源的高效利用。

就像当年争论是否将“smart”翻译为智能电网，国内电力界的精英们现在还在为将active翻译为“主动”还是“有源”苦恼。

主动配电网自C6.11于2008年提出并已经得到足够的关注，主动配电网是有精确定义的技术术语，而不像智能电网，仅仅是一个泛泛的口头术语。

对电力系统的各个设备（发电和用电）都有可能安装精确的测量信息的设备（IED），信息和通讯技术（ICT）的快速发展使配电网的控制和管理模式从此与传统不同。

这与社会生活极其相似。

现在社会生活有了微博，有了现场音像，个人和管理部门都有了许多可利用的现场信息，使我国这样的集中控制和管理国家的社会生活也从此不同。

传统的配电网是被动的配电网，其运行、控制和管理模式都是被动的。

由大型发电厂生产的电力，流经输电网（高压），通过配电网（MV和LV）送到用户，因此中低压（LV）配电网即为电力系统的“被动”负荷，因此配电网可以称之为被动配电网（PDN，passivedistributionnetwork）。

即使采用配电自动化，尤其是在中国，其核心控制思路仍然是被动的，即在无故障的情况下，一般不会进行自动控制的操作。

现有的配电网分析计算，无论损耗、电压和可靠性，都是基于最大负荷条件或平均负荷条件。

因此，传统配电系统本来就不是为接入大量分布式资源而设计的。

以下根据C6.11的报告整理被动与主动配电网的区别：

被动配电网：

大量分布式能源（DER）接入配电网后可能会带来诸多影响。

例如，影响短路水平和设备选型、影响无功功率和电压分布、影响保护、配电自动化和故障清除过程、影响特殊情况下的孤岛运行。

因此，为了应对大量分布式DER的接入，而且还维持原有的可靠性，需要向主动控制和主动管理发展。

主动配电网（ADN）：

基于智能计量技术的开发和信息和通讯技术（ICT）的发展，ADN可以延缓投资、提高响应速度、网络可视性以及网络灵活性、较高的电能质量和供电可靠性、较高的自动化水平、更容易地接入DER、有可能降低网络损耗、更好地利用资产、改进的负荷功率因数、较高的配电网效率、较高的供电质量和敏感客户的可用性。

当然，ADN的发展还会面临一些问题和障碍，如维护问题、涉及大量利益相关者时的通信复杂性、增加投资费用（设备、教育、软件）、缺乏经验、对于ADN特性的设定没有统一的国际标准、DNO没有承担风险的动力、日常运行方式难以改变、现有规约和通信基础设施的能力。

需要制定新的监管条例、DG规模继续扩大并被接到输电网、信息通信基础设施的安全性、主动网与现有被动网的不兼容性。

什么是主动配电网？

主动配电网与微电网有何不同？

现在国内有一个很大的误解，认为只要接入分布式电源（DG）就是主动配电网。

其实并非如此，主动配电网与微网的运行状态、控制模式、电网构成都有所不同。

我们现在有一些新的概念，NetworkSolution（网络解决方案）和No-networkSolution（非网络解决方案）。

网络解决方案是指调整电网或增加电网设备。

当负荷增长时需要进行网络扩容，分布式发电大量接入电压越限时就切除分布式电源。

传统的网络解决方法是昂贵的，且分布式电源接入容量较小。

由于电力负荷增长率低，且配电网已经没有扩容的空间条件，这种传统的解决方案已经显现出一些问题，目前发达国家和我国的一些地区不得不考虑采用更加智能化的应对方法。

非网络解决方案是指不调整电网或增加电网设备的解决方案，如通过发电调度、需求响应、无功功率管理的控制以及网络重构等。

包括创新的分布式运行，对需求侧、主动负荷和分布式储能设备的集成，应用信息通信技术等。

主动规划即是在网络解与非网络解决方案之间权衡的平衡规划。

主动控制

现有输配电系统的控制和管理模式：

*输电网的控制模式：

各个节点都有配置通讯和控制装置，上世纪80-90年代就已经实现了可观、可测和可控，EMS系统和SCADA系统保证所有发电机的出力能够随着负荷的波动而自动调整。

*配电网的控制模式：

节点量大面广，或者完全不可可观、可测和可控，或只能在有限的节点处配置通讯和控制手段，其余节点采用基于伪量测的状态估计，由于配电SCADA系统太昂贵，DMS系统功能较少，一般只有出线电流可测。

一直设计为输电网的“被动负荷”。

*传统的主动控制模式：

在配电自动化出现较早的国家（日本、美国），早就使用自动化功能主动地切改网络结构、控制潮流，以提高管理水平、降低损耗，而不仅仅用于故障定位。

*传统的应对方法：

负荷增长就进行网络扩容、分布式发电大量接入电压越限时就切除分布式电源。

传统的方法是昂贵的，且DG接入容量较小。

由于负荷增长率低，且配电网已经没有扩容的空间条件，发达国家和我国有些地区不得不考虑采用新的应对方法（更加智能化）。

*被动控制和管理模式的局限性。

一般配电网只调度10MW以上的机组，无法调度众多的小规模DG。

只能采用分布式控制模式，由于DG单机容量规模只是输电网的千分之一或万分之一，对众多DG的调整，通讯网的功能也无法满足要求。

主动控制和管理的萌芽：

主动控制并不是新名词。

在配电自动化出现较早的国家（日本、美国），早就使用自动化功能主动地切改网络结构、控制潮流，以提高管理水平、降低损耗，而不仅仅用于故障定位。

英国学者2005年研究了主动网络管理方法，其本质就是利用AVC和OLTC对电压进行主动调整，从而增加网络对分布式电源的接入容量。

意大利将全国负荷分为三部分，基荷、可调和可控制，对负荷实现了主动管理。

意大利现在每个变电站标配1兆瓦储能，是集中储能模式。

主动配电网

CIGREC6.11在2008年提出了主动配电网（ADNs）概念发展的报告。

主动配电网是指在灵活的网络结构下协调分布式发电、主动负荷和储能三者（定义为DERs）的运行。

CIGREC6.19（2009-2014年）提出了主动配电系统（ADS）规划与优化的研究报告。

ADS是在基于ICT系统、智能控制装置、成本效益模式的基础上，充分利用现有资源（网络、DG、储能、主动负荷），对网络解（扩容）和非网络解（主动控制）进行权衡，对分布式能源（DERs）各种系统组合，其目的是最大可能地利用现有资产和基础设施，满足负荷的发展和分布式能源接入的需求，使设备比过去在更接近其物理极限条件下工作（以前是限制负载率），所述的主动配电网（ADN）就变为ADS。

日本、美国、英国都做了一些所谓的主动控制，最核心是在分布式发电、主动负荷、储能三者综合情况下有一个灵活的结构。

配电网规划涉及的相关问题

配电网规划涉及很多事情，要综合考虑多种资源（上级网络和分布式能源）的综合利用，要把多种负荷类型（电、热和冷）进行相互协调，要对多种网络（电力网络、通信网络）的协调运行，要考虑不同利益相关者（配电企业，发电商，消费者、生产性消费者）的协同共赢问题。

意大利学者认为在规划中考虑运行模式是一种哥白尼式的革命。

现代配电网规划要考虑运行模式，不再仅仅基于一个简单运行状态断面（Snapshot）来表示发电和负荷；要用与时间相关的模型（timedependentmodel），即要全面地考虑分布式电源与负荷的时变特征，要处理数据—采用AMR方法；要对负荷与发电的变化进行分类，抓取与规划有关的运行方面的问题；要判断以不同时间间隔表示功率变化的典型“日模式”。

例如：

对于新增变电站的规划，采用传统的规划方法需投资110万欧元，而基于随机潮流的规划方法仅需要投资83.7万欧元，相当于削减了24%的一次投资，差异较小，因为不确定性程度较低。

对于同期6个350kW快速充电站的规划方案，其额外负荷为2MW，采用传统的规划方法需投资212.8万欧元，而基于随机潮流的规划方法仅需要投资101.7万欧元，节约近50%，但是一些节点压降大于10%的时间1年只有5秒。

ICT技术的应用

高级量测技术（AMI）、停电管理系统（OMS）、地理信息系统（GIS）。

面临的挑战包括:

体系结构的设计、互操作性、分布式控制、传感技术、海量数据处理、数据模型等。

建议电力博士要学习和掌握ICT技术，电力博士生要深入学习通信网的知识，在规划、可靠性、风险中应该有能力对电网、通信网进行协同。

现在智能电表有很多数据，在规划时应采用一些来自智能电表中的实际数据。

有关研究报告

C6.19主动配电系统规划与优化研究共有五个小组。

第一组做全世界调研；第二组把现在传统的规划做一些科研、做一些总结；第三组是最重要的，确定规划的框架，考虑对方案如何进行主动管理；第四组是ICT技术；第五组是需求侧集成，目的是解决主动配电网的规划和优化环境下需求侧和储能的整合问题。

工作小组1：

调查问卷，结果分析（组长KhalilElBakari（荷兰））

目的是调查各公司使用的工具和方法，并对目前的情况和需求提供一种国际视野。

工作小组2：

传统的规划和目前的做法（组长ChadAbbey（加拿大），TonyHearne（荷兰））目的是回顾用于网络规划的技术和当前的一些国家的商业案例，以便列出局限性和未来的需求

工作小组3：

主动配电系统规划（组长GianniCelli（意大利）,LuisNandoOchoa（英国））目的是确定的配电规划框架，其中考虑对规划方案的主动管理。

工作小组4：

主动配电系统的可靠性评估（组长JasonTaylor（美国））的目的是了解对ADS可靠性的影响，这是基于信息技术和电信基础设施的集成。

工作小组5：

需求侧集成（组长AlexBaitch（澳大利亚）,FedericoSilvestro（意大利））目的是解决主动配电网的规划和优化环境下需求侧和储能的整合问题。

总结

l由于高渗透率DER的接入，未来输配电网之间产生了双向功率流、负荷与电源具有了双重不确定性，客户具有了消费者和生产者的双重身份。

2ADS通过使用灵活的网络结构，具有了控制潮流方向可能性，使分布式能源（DERs）在一定的程度上可承担系统辅助服务的责任。

3对于网络的扩展和改造而言，高级自动化和控制可以作为充分利用现有资产的一个有价值的选项，在配电业务中不再将配电的运行阶段和规划阶段视为是不同的任务。

4信息和通信技术（ICT）不再是对电力系统的一个简单的添加，在规划和可靠性研究以及风险分析中，需要对电力系统和ICT系统的行为同时进行分析（协同仿真）。

5智能电表及自动抄表（AMR）提供了大量的负荷分析和建模的数据。

数据分析和大数据是进行规划的关键驱动因素，因为必须从在线测量获取重要的信息，以及在实际规划应用程序中必须直接使用原始数据。

6ADS规划需要客户的日负荷曲线文件，需采用概率表征其行为的不确定性。

7经过多年的研究开发，规划工具已经做好转移到规模化工业应用的程度。

8尽管DER渗透率还将进一步提高，但随着相关适用可行技术的进步，ADS不仅可起着配电各层级间的功率平衡作用，还起着与上级电网之间的双向功率交换通道的作用，因此ADS将成为局部区域各种能源的交换中心。

9在进行ADS的相关研究工作中，应该考虑我国配电网的具体发展阶段，例如在网络快速扩展的同时要处理高渗透率DER接入和提高设备智能化水平等问题。

　　未来配电网的功能应当是将电源和用户需求有效连接起来，允许双方共同决定如何最好地实时运行，因此自愈和互动将是电网智能化的标志。

那时，大规模分布式发电将并入电网，这就要求智能配电网通过分散式智能协调，实现电网的自愈、自治和自组织，使分布式发电完全整合到智能电网中运行。

总之，要充分利用主动配电网的可控资源，研究可以实现主动规划、感知、管理、控制与服务的装置与系统，更好地解决主动配电网的新问题和现有配电网的老问题，实现主动配电网的运行目标，即高电能品质，高运行可靠性，清洁能源的高渗透率，为主网提供电能与备用服务。

主动配电网通过先进的信息、通信、电力电子以及自动控制技术对各种类型的分布式能源进行组合控制，满足绿色可再生能源的高度利用以及实现配电网双向潮流灵活控制的配电网络，是能从根本上解