面向新型电力系统的主动配电网扩展规划与运行控制策略

摘要：在可再生能源快速崛起的背景下，主动配电网作为智能电网发展的前沿阵地，正引领着电力系统转型的新方向。主动配电网凭借其独特的主动管理能力和对分布式能源的灵活调度，成为实现高比例可再生能源消纳和电网高效运行的关键。首先阐述了主动配电网的基本概念与特点，进而深入剖析了其在扩展规划方面的迫切需求及科学规划方法。在此基础上进一步探讨了主动配电网的运行控制策略，包括一系列主动管理措施以及从集中式控制向多层分区控制的创新转变。通过实施这些科学合理的规划与运行控制策略，主动配电网不仅能够高度兼容并高效利用分布式可再生能源发电，还能显著提升配电资产的利用率，确保供电质量，增强电网的安全可靠性，为构建未来新型电力系统奠定坚实基础。

关键词：新型电力系统；主动配电网；扩展规划；运行控制策略；

一、引言

随着全球能源转型的加速推进，以可再生能源为主体的新型电力系统正在逐步形成。这一转变对配电网提出了更高的要求，传统配电网已难以满足新型电力系统的需求。主动配电网（Active Distribution Network，ADN）作为新型电力系统的关键组成部分，通过集成先进的控制、通信和信息技术，实现了对配电网中分布式电源、储能系统、可控负荷等资源的主动管理和优化调度，从而提高了配电网的灵活性、可靠性和经济性。本文将从主动配电网的扩展规划、主动管理策略、优化运行策略及智能技术应用四个方面，深入探讨面向新型电力系统的主动配电网扩展规划与运行控制策略。

二、主动配电网的扩展规划

（一）负荷预测与电源规划

负荷预测是电力系统经济调度中的一项重要内容，是能量管理系统（EMS）的一个重要模块。在主动配电网的扩展规划中，准确的负荷预测是制定电源规划、网架结构优化和设备选型的基础。电力系统的负荷通常可以分为城市民用负荷、商业负荷、农村负荷、工业负荷以及其他类型的负荷，每种负荷都有其独特的特点和规律。如城市民用负荷主要源自城市居民家庭电器的用电需求，呈现出逐年增长的态势，并且具有显著的季节性波动特征。商业负荷则分布广泛，其用电需求增长相对稳定，同样伴随着季节性的波动变化。工业负荷在电力系统中占据较大比重，其大小不仅受工业用户工作模式的影响，还与各行业的特性及季节因素紧密相连。农村负荷则受气候、季节等自然条件的影响很大。经典预测方法如趋势外推法、时间序列法等，利用负荷的历史数据，通过建立数学模型进行预测。现代预测方法如灰色数学理论、专家系统方法、神经网络理论、模糊预测理论等，则借助新兴学科理论，提高了预测的精度和鲁棒性。在主动配电网的扩展规划中，需要根据不同地区的负荷特性，选择合适的负荷预测方法，以确保电源规划的合理性和网架结构优化的有效性。电源规划方面，随着可再生能源的快速发展，分布式电源在主动配电网中的比重逐渐增加。分布式电源的接入对配电网的运行特性、电压质量、保护配置等方面都提出了新的挑战。因此，在电源规划中，需要充分考虑分布式电源的类型、容量、接入位置等因素，以确保主动配电网的安全稳定运行。

（二）网架结构优化与设备选型

随着负荷的增长和分布式电源的接入，现有配电网的网架结构可能无法满足新型电力系统的需求。需要对配电网的网架结构进行优化，以提高供电可靠性和经济性。网架结构优化的目标是在满足负荷增长需求的前提下，降低电网建设成本和运行成本。优化方法包括基于遗传算法、粒子群算法等智能优化算法的方法，以及基于图论、网络流等理论的方法。在优化过程中，需要充分考虑分布式电源的接入对网架结构的影响，以及负荷增长对电网供电能力的要求。设备选型方面，随着新型电力系统的发展，对配电网设备的要求也越来越高。在主动配电网中，需要选择具有主动管理能力的设备，如智能开关、智能变压器、智能电表等。这些设备能够实时监测电网的运行状态，实现与主站的通信，为电网的主动管理和优化调度提供支持。

三、主动配电网的主动管理策略

（一）源荷协调与主动感知

在传统配电网中，分布式电源和负荷侧的波动一般被视为影响配网运行的不利因素，需要大量资源来配合它们的波动性，确保整个配电系统运行稳定。而在主动配电网中，通过对分布式电源和负荷侧的主动管理，可以实现源荷协调，提高电网的灵活性和可靠性。源荷协调的实现需要借助先进的控制、通信和信息技术。通过实时监测分布式电源和负荷的运行状态，以及电网的电压、电流、功率等参数，可以实现对源荷的精准控制。如在负荷高峰时段，可以通过调节分布式电源的出力，或者引导可控负荷的用电行为，来减轻电网的供电压力。主动感知是实行主动管理的第一步，只有先了解配电网的运行状态，才能为管理决策提供先决条件。传统配电网很少具备状态测量的站点，只有变电站、开关站等特殊节点装有测量装置，如此有限的信息对于主动配电网来说是远远不够的。主动配电网必然需要感知当前运行状态，从而保证做出最有利的调控方案。为了适应复杂配电网的运行要求，使配电网运行从被动应对逐步转向主动智能防控，主动配电网需能对配电网进行实时或近实时的态势感知。通过安装大量的传感器和测量装置，可以实现对配电网运行状态的全面监测。借助大数据、物联网等先进技术，可以对收集到的大量数据进行实时分析和处理，为电网的主动管理和优化调度提供支持。

（二）主动服务与主动参与

主动服务包括可以为客户提供定制电力服务，根据客户需要提供满足其需求的、可选择的高品质电能服务。为客户积极参与需求侧响应，改善能效提供技术支撑平台。通过主动服务，可以提高客户的满意度和忠诚度，同时也有助于优化电网的运行状态，提高电网的资产利用效率。当前在世界能源危机和传统能源枯竭的背景下，分布式可再生能源的发展成为必然趋势。在未来，可再生能源在能源结构中的占比将持续增长。光伏发电和风能发电是分布式可再生能源的主要形式，其发电过程受到天气的严重影响，具有显著的随机性和波动性。当这些分布式电源在电网中的比例增加到一定程度时，它们的特性不仅会给配电网的控制和运行带来挑战，还可能对输电网的稳定运行产生影响。接纳可再生能源发电不仅是电网公司的责任，可再生能源发电厂商也需要承担起相应的责任。电网公司和监管机构应该制定一系列激励政策，鼓励分布式可再生能源发电厂商安装先进的电力电子控制设备和储能系统，主动提高其机组的控制性能，促进分布式电源与电网之间的主动友好互动，与电网公司共同前进，共同增强电网对可再生能源发电的接纳能力。

四、主动配电网的优化运行策略

（一）多目标优化调度

在主动配电网中，随着技术的不断发展和能源结构的多样化，需要调度的资源日益复杂且多样，涵盖了可控型分布式能源、不可控型分布式能源、可控负载、电动汽车、储能装置、无功补偿设备等多种类型。这些资源在调度过程中，其目标往往相互冲突，如追求经济性可能牺牲一定的可靠性，强调环保性又可能增加运行成本。因此，在主动配电网的优化运行中，采用多目标优化调度策略显得尤为重要。多目标优化调度策略通过建立精细化的多目标优化模型，将经济性、可靠性、环保性等不同的调度目标转化为具体的数学函数。利用智能优化算法对这些函数进行求解，寻找最优的调度方案。在求解过程中，需全面考虑各种资源的运行特性、约束条件以及电网的安全稳定运行要求，确保调度方案的可行性和有效性。通过多目标优化调度，可以实现资源的优化配置和高效利用，全面提升电网的经济性、可靠性和环保性能。

（二）全局能量管理

通过全局能量管理，可以实现对主动配电网中各种资源的统一管理和优化调度，确保电网的安全稳定运行。全局能量管理的具体流程如下：第一，通过配电网的数据采集与监控系统，可以实时获取网络数据以及各个分布式电源的运行状态信息。第二，基于对负荷需求及间歇式能源发电功率的准确预测，可以运用最优化算法来计算长时间尺度下的全局最优控制策略，并确定各自治区域与网络之间的功率交换计划值。第三，根据这些计划值以及当前的运行实况，各区域可以通过实施区域自治控制策略，在长时间尺度优化协调控制的周期内，对各个分布式电源进行实时调整控制，以缩小实际运行与理想优化状态之间的差距。全局能量管理需要借助先进的控制、通信和信息技术，实现电网的实时监测、数据分析和优化调度。通过全局能量管理，可以实现对主动配电网中各种资源的精准控制和高效利用，提高电网的灵活性和可靠性。

五、智能技术在主动配电网中的应用

（一）物联网技术

通过物联网技术，可以将主动配电网中的各类设备、传感器以及测量装置紧密地连接起来，构建一个庞大而高效的物联网系统。这个系统如同一个神经网络，能够实时监测电网的每一个细微运行状态，全面收集并处理海量的数据和信息。这些数据为电网的主动管理和优化调度提供了坚实的数据支撑和决策依据。在主动配电网中，物联网技术的应用尤为关键。它使得我们能够实现对分布式电源、储能系统、可控负荷等关键资源的实时监测和精准控制。如通过安装智能电表和各类传感器，可以实时掌握用户的用电行为和负荷特性，为需求侧管理提供有力支持。智能开关和断路器的应用，则让我们能够实现对电网的远程操控和故障快速隔离，大大提高了电网的可靠性和灵活性。物联网技术的融入，让主动配电网变得更加智能、高效，为构建安全、绿色、可靠的现代能源体系奠定了坚实基础。

（二）大数据技术

通过大数据技术，可以对主动配电网中收集到的海量数据进行实时、高效的分析和处理，从中提取出有价值的信息和知识，为电网的主动管理和优化调度提供强有力的支持。在主动配电网的运营管理中，大数据技术的应用发挥着至关重要的作用。它不仅能够实现对负荷变化的精准预测，还能够对电源规划、网架结构优化等复杂问题进行科学求解。可以通过对历史负荷数据的深入挖掘和分析，建立更加准确的负荷预测模型，从而提高负荷预测的精度和鲁棒性，为电网的调度运行提供可靠依据。通过对分布式电源的发电特性和负荷特性的细致分析，可以制定出更加合理的电源规划和网架结构优化方案，提高电网的运行效率和可靠性。大数据技术的应用，让主动配电网的管理更加精细化、智能化，为构建高效、安全、可持续的电力系统提供了有力保障。

（三）人工智能技术

通过人工智能技术，可以实现对电网的实时监测、数据分析和优化调度，提高电网的灵活性和可靠性。在主动配电网中，人工智能技术的应用可以实现对分布式电源、储能系统、可控负荷等资源的智能调度和控制。如通过机器学习算法，可以实现对负荷预测、电源规划等问题的精准求解。通过深度学习算法，可以实现对电网的故障检测和定位。通过强化学习算法，可以实现对电网的自主运行和优化控制。在主动配电网的运行控制中，人工智能技术可以发挥重要作用。通过智能算法，可以实现对电网状态的实时监测和评估，及时发现并处理电网中的异常情况。人工智能技术还可以实现对电网的优化调度和控制，根据电网的实时运行状态和负荷需求，自动调整分布式电源、储能系统和可控负荷的出力，以确保电网的稳定运行和供电可靠性。人工智能技术还可以应用于主动配电网的故障诊断和恢复，通过智能算法对电网故障进行快速定位和准确判断，可以迅速切除故障区域，恢复非故障区域的供电。利用人工智能技术还可以对电网的恢复方案进行优化，以最小的代价和最快的速度恢复电网的正常运行。

六、结束语

面向新型电力系统的主动配电网扩展规划与运行控制策略，是实现电力供应高效、可靠、智能化的关键手段。通过科学合理的扩展规划，主动配电网能够灵活适应分布式可再生能源发电的接入，实现对其的高度兼容和高效利用。通过精准的运行控制策略，可以优化配电资产的配置，提高资产的利用率，进一步提升供电的质量和安全可靠性。随着电力电子技术、信息通信技术和控制技术的持续进步与发展，主动配电网的功能和性能将不断提升，其在智能电网建设中的地位和作用也将更加凸显，为构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系提供有力支撑。

参考文献

[1]沈鑫,曹敏.分布式发电接入主动配电网的全局优化与研究[J].电气工程学报,2020,10(6): 67-70.

[2]王成山,李鹏,于浩.智能配电网扩展规划与运行控制关键技术[J].电力系统自动化,2020,40(17): 1-8.

[3]刘广一,张凯,舒彬.主动配电网的6个主动与技术实现[J].电力建设, 2021,36(01): 33-37.

[4]刘志勇,牟龙华,何正友.主动配电网扩展规划及运行控制策略综述[J].电力系统自动化,2019,(07): 145-154.

[5]王成山,李鹏,于浩.新型电力系统下主动配电网的扩展规划与运行控[J]. 中国电机工程学报,2020,(14): 4194-4204.