如何实现灵活高效智能配电网的思路与实践-第3页-北极星输配电网

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2.2 提高需求侧灵活性

需求侧灵活性主要指利用需求侧响应和管理措施来提高电网运行效率。在CIRED2015-RT5上，来自欧洲造纸工业协会的研究人员介绍了德国造纸工业在参与需求侧响应以提高需求侧灵活性方面的经验。从能源使用的视角来分析造纸工业，这是一个可再生的、可循环的、革新的、以生物为基础的工业，具有系统效率和制造经验。与其他策略（如电网扩建等）相比，需求侧响应是满足欧洲能源政策要求、更具成本效益和更易实现的解决方案。其总体思路是：①尽可能离网满足基本工业负荷需求；②尽可能维持平稳的工业负荷需求；③提高设备和流程的效率；④通过分时电价、可中断服务、自动负荷管理来减少或转移峰荷期的电量。

德国造纸业的需求侧响应模式分为3级，如表1所示。第一级响应最先启动，5min后被第二级响应取代，德国工业（5分钟级）可以响应的功率理论估计值为9 000MW，其中约700MW来自造纸工业；15min后由第三级响应取代第二级。从技术和经济的角度来看，最令人关注的模式是第二级响应，其次是第三级响应。需要说明的是：

1）正向响应指通过增加发电量和/或减少用电量来平衡功率，负向响应指通过增加用电量和/或减少发电量来平衡功率。

2）造纸厂参与需求响应必须经过资格预审（通常需要几个月的时间），以确定其响应时间和提供的功率等级。

3）对于最小功率阈值的要求，可以通过服务供应商和大能源公司绑定用户来满足；最多只允许5家参与提供可削减负荷服务，通常一家造纸厂所能提供的可削减负荷不超过50MW。

4）借助这种需求响应方式，可以实现对单独功率和电量价格的竞拍。

根据德国的实践经验，目前在提高需求侧灵活性从而实现节能降损方面还存在很多挑战。首先，来自造纸厂内部的挑战有：①为了减少功率消耗，尤其对于那些能源消耗较大的中间产品而言，需要内部有充裕的容量和额外的储能容量；②为了进一步提高灵活性，可能需要一定的投资（用于储能，电热式蒸汽锅炉等）；③对内部生产过程（制浆，造纸或纸板）的干扰必须越小越好，然而对于第二级响应来说，15min如此短的反应时间通常是一个很大的挑战。其次，来自外部的挑战有：①对于每次增加（部分情况下也包括减少）功率消耗，都要支付较高的过网费以作惩罚；②在负荷变化较为剧烈的情况下，最大负荷利用小时数无法满足至少7000h的要求，而这是对享受单独工业用户净费率的最低要求；③在预测耗电量和实际耗电量不一致时，必须支付额外的平衡电量费用。

为了应对这些挑战，首先，不仅要在政治层面对工业需求侧灵活性的潜力给予足够重视，而且要在需要的时段消除监管壁垒来创造额外的电力需求，具体做法是：①修正电网价格法规，以避免用户在协助维持电网稳定运行时受到任何惩罚，即参与响应的用户不支付额外的过网费；②采用每日竞价方式；③将提供备用裕度的最短时间减至1h。其次，对在线发电维持当前的激励机制，以保证能够在离网状态下满足工业基本负荷的需求。第三，实施需求侧响应的目的应和节能降损的目标一致；理想情况下，当参与需求侧响应计划时，从电网获取电力的能效应为100%。第四，对于监管者和电网运行人员的要求是，当用户（如一家造纸厂）参与需求侧响应时，必须能够清楚预测其每年应被合理调度的总时数。最后，无论从技术还是流程来看，参与需求侧响应都会对工业运作方式产生显著的影响，因此必须对相关的研究、发展和创新给予大力支持。

2.3 提高电网侧灵活性

电网侧灵活性主要指改变网络运行状态来提高电网运行效率。在CIRED2015-RT5上，意大利国家电力公司（ENEL）介绍了如何通过对中压网络开关进行优化配置管理来提高运行灵活性从而降低网络损耗的思路，以及针对米兰配电网实现的具体案例分析。配电网多为闭环结构，开环运行，控制馈线上的常闭分段开关和馈线之间的常开联络开关就能改变电网的运行状态；不同的状态对应不同的网络损耗，显然提高电网侧运行灵活性的目的就是找到网损最小的运行状态。ENEL提出从工具（如配电管理系统）、算法和开关切换方案几个角度出发提高配电网运行效率的思路。

网络优化配置是一个以网损最小为目标的优化问题，必须满足的约束包括电压约束、支路过载约束、变压器过载约束、供电约束（满足负荷需求且不能有孤岛）、网络拓扑约束（辐射状，即不能有环路）等。要实现优化配置就需要获取配电网的电气量、网络拓扑、开关状态等数据，在配电管理系统（DMS）服务器上运行优化算法，根据结果发出控制信号对开关进行控制。其核心就是开发应用在DMS中的优化配置算法，包括最优潮流、支路交换法、人工智能算法（如遗传算法、人工神经网络法）和模拟退火法（SA）等。

ENEL所研究的米兰配电网案例基本情况是：中压线路总里程14 768km，共25 014个中低压变电站，中压用户数为5 892，低压用户数超过17万，年供电量988 740万kWh，优化前的初始损耗为267.5GWh/a。运行图5所示的优化配置算法得到187个推荐开关切换方案，通过筛选得到20个相对较优的方案，筛选的原则是判断这些方案是否满足中性点补偿系统、自动化系统、反向供电、限制故障电流、电压等要求，是否符合用户分布的均一性、供电质量等标准，是否适应存在不可解列的用户、预先签订的操作协议等运行条件。通过验证最终确定5个方案，仅仅通过这5个方案每年就可减少损耗230万kWh，减损效果达到0.86%。由此可见，通过优化网络配置能够有效提高中压配电网的运行效率。

图5意大利国家电力公司提出的确定最优开关切换方案算法流程

延伸阅读：智能配电网规划的方法和工具是什么

原标题：实现灵活高效智能电网的思路与实践

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