智能配电网规划的方法和工具是什么

目前，分析网络运行状态唯一实用、灵活的工具是电网数字仿真软件。文献［19］指出了对输电网、工业客户自有网络和开关设备进行实时仿真时的主要技术障碍。这类网络的复杂程度往往超出了单处理器仿真软件的实时计算能力，因此通常需要采用简化和特殊的仿真方法。文章从输电线路建模、网络并行处理分块以及高频开关设备仿真精度几个方面来分析一些特殊的仿真方法，指出与经典电磁暂态程序相比，实时仿真软件的步长应设计得相对较大，以实现对大规模电网的仿真。另外，为了优化操作，可以采用多并行处理器，但其副作用是可能造成处理器之间的信号交换延迟。研究结果表明输电网更适宜于分块给多个处理单元并行仿真，但同样的方式可能会在小规模工业网络仿真中引起共振；从选取合适的仿真步长和提高数字信号采集精度的角度来看，该文认为高频设备仿真的关键元件之一是入网的电压源转换设备。

随着电动汽车（EV）等新型负荷的应用普及，负荷与网络之间的交互动态性越来越强，因此配电网建模的关键之一是分析此类负荷对电网所产生的谐波效应。文献［20］介绍了美国电科院的配电网仿真软件（OpenDSS）中最新开发的谐波时序仿真功能。文章针对负荷模型中R-L并联、串联支路比例分别为1∶0、1∶1、19∶1三种情况，分别分析了EV接入/退出电网时呈现的谐波特性；用户可以在OpenDSS中设置R-L并联、串联支路比例，从而选择最适合其需求的负荷模型来进行谐波研究。

为了构建精确可靠的低压配电网电气连接模型，需要同时在配变站和用户处安装智能电表，这在过去很长一段时间内是既困难又不经济的解决方案，但随着技术的发展，现在已经能够开发出专门用于低压馈线测量的、易于安装的仪表装置，图6为施耐德电气研发的一种低压馈线无线仪表装置。利用此装置提供的数据、变电站现场数据，施耐德电气进一步开发出一种专利算法，为电力部门和用户提供更为精确的低压网络电气接线图。此算法的基本思想是，输入一条馈线的电能等于该条馈线所连用户总用电量与其线损之和，据此可以确定所有低压电网用户和每条馈线/每相之间的连接关系。

图6施耐德电气开发的馈线仪表装置

3电气计算和分析方法

本节介绍在CIRED2015-S5中提出的一些在配电网规划中广泛涉及的电气计算和分析的新方法。

3.1潮流和短路计算

由于分布式电源注入的功率和电动汽车等新型负荷消耗的功率都有很强的不确定性，传统确定性的潮流计算方法显得越来越不适用，未来能够准确描述电网状态的必然是基于概率分析的方法。文献［22］提出的方法即此，首先用单独的概率密度函数来描述PV单元、热电联产、常规负荷、电动汽车等元素的运行特性，以此反映其注入/消耗功率在时间上的随机性；其次，用这些函数的加权和来描述某个节点的运行特性，权重为各元素对该节点的影响程度；最后分别用概率潮流方法和蒙特卡洛方法计算全网潮流，计算结果以概率分布表示。

传统的短路计算方法只考虑直接连网的旋转设备，但是随着DG的应用越来越广泛，配电系统的故障电流分布将发生显著变化，因此必须在短路计算方法中对DG给予合理考虑。文献［23］研究了考虑逆变型DG（InverterInterfacedDG，IIDG）接入电网的2种稳态短路电流计算方法—叠加电流源法和基于潮流法，在不同的DG占比和分布场景下对这2种方法进行了测试，并进行交叉验证，确定它们的适用范围和相关性。在此研究基础上可形成具有实用价值的简化计算方法，以供在DG占比较高的配电系统规划中进行更有效的一次设备选型和二次设备参数整定计算使用。

3.2低压网络对DG容量接纳能力的分析

分布式电源在低压网络的普及会带来很多问题，如使电压上升、造成网络阻塞和网损增加等，文献［24］提出了一种基于概率的模型方法分析分布式光伏发电大量接入对低压电网影响。首先根据智能电表每15min测量的数据来确定每个节点一天96个点的日负荷曲线；然后利用蒙特卡洛法从这些参数集合中随机生成一个网络状态，进行潮流计算，利用其结果评估在给定研究时段内每个节点的过电压概率和电压不平衡风险。配电网运行人员可以利用这些量化的风险针对因接入PV而引起的过电压事件制定相应的控制策略，从而提高低压网络接纳PV的能力。

当前，居民低压网络通常是开环运行的，文献［25］展示了如何通过馈线闭环运行来提升低压电网对新装PV容量接纳能力的方法。文章以英国西北部15个实际的地下低压居民片区中的馈线为例，比较了每条馈线分别以闭环和开环2种方式运行时的特性，发现当环接低压馈线时，若采用馈线对数与用户数为2∶1的独特方式，则改善馈线接纳能力的效果最明显；但该文也指出，此结论不一定有普适性，要针对具体情况做具体分析。

3.3网损的计算和分析

欧洲某些电网企业因追求利益最大化而推迟对电网基础设施的投资，这对降低网络损耗是不利的。为了扭转这种趋势，一些国家采取了新的监管指令，按照网损的减少或增加对配电系统运营商给予相应的奖励和惩罚。

配电部门的特点各异，因而在降损方面的潜在需求也各异，文献［26］研究了设置合理降损目标的方法。文中降损目标并非一个固定的值，而是采用所谓数据包络分析（dataenvelopmentanalysis）方法根据电力部门与其他同行相比的效率高低来确定；其背后的思想是：如果网损造成一个配电公司的效率低下，那么应强制其降损，但需根据其管辖区域的特征而定，不能设置一个不合理的目标。

在测量数据不足时可通过减少计算次数来简化大规模配电系统的网损评估过程。文献［27］介绍了不同的网损计算方法，这些方法无需掌握详细的网络模型和负荷测量值，而是利用一年中不同阶段负荷模式的行为特征；这些方法也无需掌握低压网损的特性，而是根据某个具体的中压/低压配变站和所接负荷的特征推知低压网络的网损期望值。类似地，文献［28］提出了一种基于计量经济学方法的网损预测方法。根据预计的电能增加情况，无需对网络模型进行潮流计算即可预测配电网络中的用电情况和网损。论文指出，对于中、低压网络的整体损耗而言，用此计量经济模型评估网损可获得与潮流解一样良好的精度。

以网损最小为目标构建优化模型，可以实现不同的配电网规划和运行要求。文献［29］在保证网损和馈线之间的电流不平衡最小以及电压分布性能最优的前提下，基于选择性粒子群算法构建中压配电网的最佳拓扑结构。将此优化方法应用于乌克兰Mariupol地区一个实际的6kV网络（包含284条支路和274个节点），功率损耗由7.4%减少至6.2%，年电能损耗由5%减少至4.2%，最小节点电压则由0.79p.u.增加至0.88p.u.。

除了技术分析，还必须对降损技术进行经济性比较。文献［30］对实施于英国南部Wight岛11kV配电网络的降损措施进行了可行性研究和成本效益分析，这些措施包括配置储能、网络电压升级、网络自动重构或降压节能等。算例分析结果显示，使网损最小的方案是变压器自动切换，或变压器自动切换配合网络闭环运行。

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