新能源接入对主动配电网的影响分析

张海浪

（国网陕西省电力有限公司延安供电公司，陕西 延安 716000）

1 主动配电网概念与特征

1.1 概念由来

2004 年，英国学者首次刊登和主动配电网技术相关的研究性论文，题目为“含分布式电源配电网的主动管理与保护”（Active Management and Protection of Distriˉ bution Networks with Distributed Generation）。2006 年，国际大电网会议CIGRE 正式创立C6.11 工作组，全权对有源配电网络（active distribution networks, ADN）及其相关问题展开研究[1]。2008 年，CIGRE 配电与分布式发电专委会（C6）首次给出了ADN 的界定：ADN，即利用弹性的拓扑结构对潮流进行管理，以便对分布式能源（distributed energy resource, DER）实施主动控制、管理[2]。2012 年举办的CIGRE 年会上，很多DER 均已成功接入配电网。至此，CIGREC6 正式对ADN 进行改名——主动配电系统（ active distribution system,ADS）。同时，对分布式能源进行了划分：①分布式发电（distributed generation, DG）。②分布式电储能（electriˉ cal energy etorage, EES）。③可控负荷（controllable load, CL）。④可再生能源（ renewable energy source,RES），如光伏或是风力发电。CL 涵盖了电动汽车（electric vehicle, EV）以及响应负荷（responsive load，RL）[3]。CIGREC6 对此给出的界定和提出的构成设想，深得CIRED、IEEE 两大国际性组织的认可。范明天教授同样也围绕ADS 技术在国内外的进展情况展开全面地追踪。另有学者也提到，各国已从概念设计、实施验证以及模型算法等诸多层面上，对ADS 展开了初步研究。不过，根据C6.19 工作组对5 大洲（电力企业的覆盖数量≥20 个）针对ADS 规划得到的调研数据，除欧洲部分外，很多国家并未将ADS 融入至配电网规划、建设的范畴。为此，主动管理、控制至今仍停留在探索期。

1.2 主动配电网的特点

分布式新能源正式以大规模形式接入配电网后，服务于电网管理和运行的新配用电技术，具备独特的三元结构，也就是“分布式新电源－配电网－用电负荷”。区别于二元结构，ADS 技术可以对分布式电源本身的性能进行“主动地”分析、预测，利用分布式资源来完成后续的控制、管理，从而减少分布式能源对电网造成的不利影响。根据前述功能，ADS 拥有如下4 个基本的特征：①有可控的分布式资源。②有相对较强的可观可控能力。③有便于协调优化的控制中心。④有调节自如的网络拓扑结构。

“可观性”是ADS 控制中心能够对主网、配电网以及用户侧承载的负荷大小、包括分布式电源在电网中的运行状态进行监测[4]。在此前提下，预测主配电网今后的发展状态，并提出具体的优化协调策略。“可控性”即能够对分布式电源、负荷还有储能进行灵活地控制。一旦协调控制策略落地后，控制中心就可以立即执行。“主动性”指的是可以对潜在的某些危险进行预测，同时提出针对性的应对措施，由控制中心负责具体的事宜。

2 新能源接入对配电网规划的必要性

在现代社会，电能成为社会建设和日常生活不可或缺的能源。伴随生活水平的逐步提升，社会各行业对电能的需求也在日渐扩增。在规划调度的重压下，电网运行缺乏很高的安全性，能源处理、使用情况也变得更加严峻，对电网运维带来较大的影响。正因为此，有必要从应用方面对新能源电力进行设计，探究将新能源接入主配网中应具备的关键技术。社会在进步，主配网运行对居民生活更加重要。而新能源接入，反过来也会阻碍经济的增长。主配网规划和新能源介入，对电力系统后期运维也有很大的意义。该过程中，接入设备是电网运维的传输工具，同时也关系到新能源电力的正常传输。为此，在接入的同时也要保证新能源引入电网系统的经济性，帮助电力企业节省人力、生产成本。现代社会，居民用电量正在逐步攀升，主配网规划和电力调度也迎来新的发展机会。配电网的顺畅运行关系到社会生产和生活秩序的稳定，可见，确保运维和规划安全性很有必要。伴随电网的大规模投建和并网运行，对能源需求量和采集范围也有新的需求。同样地，新能源电力也迎来新的机遇，提出新型的电力管理模式和应用技术。很大程度上，扩大了电网调度的安全性。在主配网运行中，要求电新能源电力具备较高的服务能力，也要留出一定的可扩展性。从当前情况分析，想要提高新能源电力整体的应用水平，重点是要对新能源接入后给整个主配网规划、管理方面带来的不同影响，使其满足电网运行的基本要求。新能源本身就是电网规划的重点，其正常接入有助于提高配网系统在运行阶段的安全、经济性。尤其每年进入夏季，用电量也会步入高峰期。用电量大幅骤增，这对供电系统也是一种不小的挑战。配电能源不得不承受巨大的压力，供电系统因能源匮乏也会出现多起故障事件，造成供电中断，不仅阻碍了社会建设的整个进程，而且给地方群众的生活带来各种不便。唯有确保新能源的安全接入，才能从根本上提高主配网整体的输电质量和效率，推动电力系统的安全、长久运行。另外，利用新能源来辅助电网规划，还可以帮助电力企业节省大量的能耗。可见，新能源接入和技术应用有显著的环保意义，也是从传统电网过渡到主配网的可靠之选。

3 新能源发电接人主配电网的影响

3.1 对ADS 规划的影响

分布式新能源广泛接入，需要重新对基础数据、规划目标、网架设计、通信自动化这些模块进行规划、调整。国家电网推行的《配电网规划设计导则》还有《配电网规划设计手册》这几本指南，同样也要作出二次地修订、补充。ADS 技术的核心目标在于解决新能源消纳方面的问题。该目标，实质上也是配电网规划中值得深究的课题。在分布式新能源接入下，如何在中低压层面上对“源、网”进行协同规划、通信自动化还有自动控制等，真正明确以“主动控制”为特征的协同规划，这才是ADS 规划的根本点。主动配网规划，应当全面把控变电站、新能源发电、网架、需求侧响应以及环境效益这些分层、细化的目标，特别是规划布点、设备选型还有目标架构这几个板块，本身就和传统配网有显著的区别。最关键的一点，新能源接入下的ADS 规划除了要重构配电网络外，也要探究运行控制方面的问题，也就是“主动控制”功能。相较于传统配电网，其规划难度、流程的确会更加复杂、棘手。

3.2 对运行控制的影响

ADS 运行控制，需遵从优先原则，重点解决接入条件下电压调节以及功率平衡这两大问题，其次是新型保护配置，最后才是网络重构。利用最新的电子装置或是智能监控系统，可以很好地对ADS 电压进行调节。利用新能源交换中心，可以解决功率平衡方面的问题。和过去相比，新保护装置应该兼容同步、不平衡状况、异常潮流以及恢复供电监测等基础性功能，该类新功能大体上也可以达到ADS 主动保护之目的。不过，想要对配网拓扑进行灵活重构，这个目标有点困难。自动配网重构，实质上也是ADS 主动控制的分内责任。配网重构有两种不同的情形，①正常重构，②事故重构。前者，是在检修或是正常运行条件下，通断设备开关，更改网络拓扑，以确保网损最低，达到理想的电压质量，恢复正常供电。调度指令，利用“三遥”或是手动操作均可达成。而后者，即配电网已因某种故障陷入停电局面，在恢复时应当对原始的供电路径、范围加以优化，以控制停电损失，提高电压质量，确保重要用户继续获得安全的电源。在配电网中，配备诸多的一二次设备，如开闭所、分段及联络开关、熔断器还有自动装置等。如何在短短数分钟内对这些故障进行自动隔离，建立最优供电模式，此乃ADS 技术需要攻克的最大难关。

3.3 对配电网系统实时监控的影响

现行配电网，属于无源放射性电网。不论信息采集、开关操作还是电力调度上，均没有烦琐的流程。监测、控制管理，基本上是交给供电部门负责。新能源接入后，监控方面变得有些复杂。我们应当将重点放在“孤岛”现象上，做好动态监测、预防工作。当新能源、主配电网逐步分离后，仍然会单独向配电网传输电能，此时极易陷入“孤岛”。在孤岛上，不论电压频率还是大小，电网都无力把控。一旦这两大指标超出界限，极易损坏用户的设备。如果负载容量相比逆变器容量超出很多，则逆变器容量也会明显过载，损坏整个逆变器，威胁检测人员的生命安全。一旦重新合闸，则该线路上也会重新出现跳闸现象，其负荷也会严重失衡。这种情况会严重削弱、损害电能质量，降低供电可靠性。

3.4 新能源的接入对配电网的并网标准要求

关于新能源接入，目前并未确立统一的并网标准。在发电并网方面，大中型新能源很多情况下也会影响电网安全、调度和电能质量。电网系统成功接入后，在有功、无功功率控制上，也并未找到科学的检测方法，特别是对逆变器、输配电、双向计量装置或是控制器相关的检测。伴随新能源逐步在并网系统的推广，对兼容能力、电量调度以及配套政策均有新的标准和要求。

4 新能源发电项目接入主动配电网的有效控制措施

4.1 优化发电厂的规划

不论风电还是光伏输出，在可控性、稳定性上均不容乐观。使用风力、太阳能这些绿色的新能源进行发电时，为了提高供电水平和质量，防止发电过多地干扰电网运行，有必要对发电场作出科学地规划。以风力发电场为例，它的规模很大程度上决定了风电实际的穿透功率，同时也会影响发电场最终的流量。所以，有必要对风电场进行科学地规划。电网穿透功率，指的是在电网运行条件下，对风电机容量表现出来的最大承受值。短路容量比，指的是电力系统、风电场二者在短路容量上的具体比值。该比值越小，代表抗电能力相对也就会越强。对发电场进行规划时，应当考虑电网的实情，重新优化发电场，减少干扰和影响程度，提高电能传输质量和速度。

4.2 加强电压稳定性的控制

新能源接入系统后，可能存在电压不稳定的现象。较为常用的调压手段：加装分布式储能装置、无功补偿、发电机组进相调压以及增设专门的线路电压调节器等。如线路电压调节器，属于典型的自耦式变压器，能够地变比进行自主调节，以确保电压的恒定、安全输出。在馈电线路上电压相对偏低，或是中段位置，我们可以安装这种调压器，以便对线路电压进行大规模地调控，为广大用户输送稳定的电源，维持电压平衡，控制网络线损。对于负荷超高、传输距离长或是接入分布式电源的线路来说，该装置十分的适合。基本特征：可以对潮流方向加以检测、把控，按需对系统电压作出调整，将电压偏差控制在国标范围，支持对电压柜进行双向、频繁地调整。

4.3 采用基于无功优化调度的调压措施

无功优化调度，能够优化潮流在电力系统中的具体分布，减小网损和电压损耗，提高电压质量，保障电网系统的安全、经济、高质量运行。传统配电网，属于一种被动式配电网，其结构是单向的，类似散射性。无功优化，需要依托投切无功补偿装置。和被动式配电网相比，主动配电网呈现自身的多电源特点。同时，光伏发电或是风电等顺利接入电网后，存在较强的随机性、波动性。对主动配电网来说，无功优化控制也会变得棘手的多，应当从不同层面上采取措施加以优化。

4.4 引入高效需求侧响应

伴随智能电网的推广，大规模新能源迅速出现，同时伴有少数调度自如的负荷群体。在调度方案中，我们也要综合考虑，解决区域电网、个体单元二者的分歧，促进资源互补。根据国外电网多年来的运行经验，对于间歇性新能源并网，想要确保电力的相对平衡，最好的方式还是引入需求侧响应机制。也就是：对不同类型的新能源发电进行集中利用，调配资源，形成互补，从根本上提高供电质量和安全性。当新能源大规模地接入后，对传统电网势必的各个方面都会有较大的影响。特别是电能质量、调压、稳定性还有安全性上。利用多目标优化调度模式，可以对现有的电网能源进行全方位整合，发挥出常规能源（如火电）本身的调峰能力，依托抽水蓄能电站，引入最新的技术来对风电场实际的出力水平进行调控，拓展跨区电力规模，彰显新能源在绿色环保、循环利用方面的最大优势，减少该种负面的影响，节省电网在实践中的运行成本，扩大旋转备用容量。

5 结语

推广使用风力、太阳能等绿色的新能源进行发电，能够引导公民树立较强的环保意识，帮助供电企业节省运行成本，也是能源发电今后的主流趋向。但因多种因素的限制，当主动配电网中全面接入新能源后，对运行调度、电网质量包括整体的安全稳定性都会有较大的影响。正因为此，在新能源发电期间，我们有必要正确看待现存问题，剖析背后的原因，并采取针对性的应对措施，以减小新能源接入后对主动配电网造成的不良影响，推动配电网的安全、长效运行。