基于一体化思维主动配电网设计方法的研究

何子森

珠海电力建设工程有限公司519000

摘要：随着能源格局的改变，各类分布式发电蓬勃兴起。为了加强分布式发电对配电网的支撑作用，微电网概念于2002年被明确提出。所谓微电网，就是以局部负荷为中心，采用先进的感测技术、控制技术和保护技术等将特定的负荷、储能、分布式发电进行“捆绑”，使它们以一个可控整体出现。当微电网大量分布时，传统配电网就演变成了主动配电网。显然，主动配电网在清洁能源利用、网络潮流改善、供电可靠性提升等方面均有着非常巨大的潜力，因此其被视为今后配电网的主要发展方向。主动配电网内涵丰富、功能强大，是未来配电网的主要发展方向，对其进行设计需要秉持一体化思维和分布优化策略。

关键词：主动配电网；一体化思维；配网设计；分布式电源；

引言

随着微电网的兴起和智能电网的推进，主动配电网的概念于2008年被国际大电网会议所提出，并被确定为今后配电网的主要发展方向。近年来，国内外电力专家投入大量精力研究主动配电网的各个层面，使该新兴领域逐渐被充实。主动配电网是智能电网的重要组成部分，对其进行设计需要贯穿一体化思维。对主动配电网的定义和特征进行介绍，分析主动配电网的设计要点与要求，提出基于“分步推进”和“一步一反馈”的渐进优化式总体设计思路。在前述工作基础上勾画出统筹分布式电源接入、实时数据采集、配电网自动化配置、一次接线优化等多个层面的主动配电网一体化设计流程。

1主动配电网概述

主动配电网与分布式电源是密切相关的，但其不局限于简单为分布式能源提供上网通道，更重要的是要具备对分布式电源的调控能力，使配网由“被动”转变为“主动”。要成为主动配电网，必须在以下层面有所“突破”。

a．一次网架要能适应高渗透率分布式电源以各种可能的方式接入。主要要求配网应拥有完备的潮流调节和电压控制手段（因分布式电源并网会对原有网络造成各方面影响）。

b．与配网并行运行的通信网络的可靠性和带宽要有质的提升，优化调控软件要适合多目标快速搜索需求，以实现对整个网络的实时最优调节。

c．继电保护和自动装置的配置应与单电源放射式网络有所区别，在同等故障情况下，要求主动配电网具有更高的供电可靠性。

2主动配电网的设计要求

主动配电网的设计，既有与传统配网一脉相承的一面，又有其独特之处。对主动配电网的设计要求总结如下。

a．负荷预测层面。配网设计是为了满足供电需求，因此其设计基础仍是负荷预测。不过与传统配网相比，进行主动配电网设计时的负荷预测在深度和广度上均发生巨大变化，如下表1所示。

b．一次网架设计层面。因主动配电网是在传统配网基础上发展起来的，为了保证建设经济性和过渡平滑性，在设计时应充分考虑对原有网络的继承；另外，如何吸纳微电网（分布式电源+储能系统）也是一次网架设计的重点。如下图1进行展示。

c．大二次设计层面。主动配电网环境下，线路故障时的短路电流将不再是单向，这就要求配置适当数量的方向保护；其次，主动配电网的交互数据是海量的，要实现对其有效和及时处理，需要设计足够的通信带宽和科学的调度架构。此外，要保证大二次系统相关硬件接口具有足够的升级空间。

d．预留接口方面。主动配电网的实施是分步进行的，其技术也在不断更新之中。为了满足发展需要，主动配电网的一次网架、大二次系统在设计时均应考虑适量的预留接口。

3基于一体化思维的主动配电网设计方法

主动配电网体系复杂，对于其设计应本着“分步推进”和“一步一反馈”的渐进优化原则；另外主动配电网包含一次接线、分布式电源、数据采集、继电保护、配网自动化等多个层次，且各层次相互耦合，因此应以一体化思维来考虑各层次的协同优化。要落实以上期望，关键是制定合理的设计流程、理清具体的设计任务节点、明确各任务节点之间的作用关系等。

3.1主体流程

进行主动配电网的一体化设计，首要的工作就是站在顶层设计角度对各层次内容进行统筹，捋清其逻辑关系，然后做出主体流程划分，如下图2所示。

各主体步骤的简要说明如下。

a．步骤①应承接配电网规划方案，主要完成分布于区内的正负负荷的预测（负的负荷指DG出力）、上级电源接入分析、地理分布图绘制等。

b．步骤②是整个设计的灵魂，要综合国家标准、现场实际等因素，明确一次设备选用准则、网络结构改动原则、DG接入规定（如渗透率如何控制）、大二次设备（继保+通信+自控体系）配置标准、接口预留考量等。

c．步骤③～⑦则是在步骤②的指引下，分步进行主动配电网核心内容的设计。在这些步骤完成后，所形成的网络应该满足灵活、可控、可扩展等要求。

3.2任务节点

主体步骤从大的方面规定了主动配电网设计工作的行进方向，但并不能据此就开展设计工作，还需将各步骤转化为“任务节点”式的表达形式。在一体化设计环境下，任何一个任务节点都不是独立的，即都有输入—输出限制。以某10kV网络一次设计为例（相当于图2中步骤③，可将其称为任务节点3；类似的，步骤①、②可分别对应任务节点1、2等），其任务节点的表述如下表2所示。在任务节点三要素中，“节点内容”是核心，其一般需要细化才具备可操作性。本文认为可用其来逐项展示任务节点的节点内容。下图3为以任务节点1为例的“彗星图”。

显然，绘制“彗星图”的要点是要求不漏项。

3.3任务节点之间的互动

在完成主动配电网的各任务节点的建立后，就要设计一套体系，将各任务节点有机串联，并体现出完善的过程控制，这样才能实现一体化优化设计的目标。结合多年工作经验，设计出如下图4所示的任务节点推进体系（以4节点为例）。

图4中任务节点的推进体系解读：①以带数字圆圈表示“任务节点”，以带文字线段表示过程控制；②整个任务推进呈现“前向单链式”趋势，即任一节点的设计基础依赖前面节点的输出（后节点输出不能作为前节点输入）；③对于基础工作（指图4中节点1，也可称之为基础节点），其输出之前应经过认真核对和确认无误；④基础节点的输出被确认后，可进行中间任务（如节点2）的设计，节点2的初步结果应反馈至节点1进行校核，只有校核通过才能对节点2的输出进行确认并导向下一节点；⑤若中间节点的初步输出经反馈校核不合格（如节点3的输出反馈到节点2），则需要进行修改，而修改不是全盘否定，其带有一定继承性，因此修改后结果处于节点3；⑥当某个任务节点所涉及的内容比较庞杂，可进一步绘制第二层次的任务推进体系。任务节点推进体系具有“自上而下”和“分层构筑”的特点。“自上而下”是指：全局→局部，总体→个别，框架→细节。“分层构筑”是指：任务节点推进方式可根据任务情况灵活设置，总体目标是使设计达到精细化、全面化和清晰化。

4结论

本文在介绍主动配电网特性基础上，分析了主动配电网的设计要求。然后以一体化思维为指导，以“分步推进”、“过程管控”为手段，建立起方法明确、体系科学、操作性强的主动配电网设计方法，使主动配电网的一次接线、DG接入、继保配置、自控设计、通信建设、灵活调度等各层面能在设计时进行有效协同优化，从而提升主动配电网的设计水平。下一步将运用计算机手段将所研究成果建设成为信息化系统。

参考文献：

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