智能配电网规划与运行协同决策的思路及实践

为了在不进行网络扩建的条件下安全快捷地增加配电层级的RES接入容量，EWE于2013年提出利用RES灵活性的方法，即动态削减DG发电量的原则。通过概率潮流计算，得出了动态削减RES年发电量与增加RES接入容量的关系。如图4所示，动态削减5％的RES发电量可以使RES的接入容量增加一倍，该曲线成立的边界条件为RES容量大于负荷。

EWE比较了静态削减方法和动态削减方法，如图5所示。需要说明的是，动态削减的总量按照电量执行，而实际运行操作时削减的是功率。若削减量均为年发电量的5%，则从年持续负荷曲线和日负荷曲线可以看出这两种方法的区别。静态方法的削减量固定在400—500MW之间，而动态方法的削减量则在0—600MW区间内变化；显然，静态方式缺乏灵活性，因此不适于中压等级的负荷。

EWE自2014年11月开始对动态削减5%RES发电量方法进行现场测试，其原理如图6所示。根据变电站、开关、配变站所有设备的电流和电压测量值，可利用代理技术对MV网络的所有发电机组出力进行远程控制。EWE的试验结论以及对配网规划和运行协同决策的建议如下：

1）动态削减方法比静态削减负荷的方法更加有效，动态削减5%的发电量可使长期可再生能源并网容量增加1倍；EWE已开发出相应的代理技术和算法，此方法的技术可行性已在EWE的现场测试中得到验证。

2）为了实现动态削减，配网运营商必须能够直接通过谈判与RES发电机组签约，并且在任何时间都可以控制电流和RES发电机的电压，以便最大限度地提高网络运行效率。

3）EWE一年挂网试验的结果证明了这一结论的有效性。因此，该结论已被作为德国经济法修正案的依据。德国经济部还委托3个研究机构对此结论进行了验证，其中亚琛工业大学证明其适用于德国70%的配电网。

目前德国能源产业法已要求相关企业基于EWE提出的动态削减方法对规划结果进行修正，未来将进一步发展输、配电网之间的交互计划。

3.2 基于需求侧灵活性规划DG的接入容量

爱尔兰配电公司（ESBN）利用在规划时配置需求侧灵活性资源的方法，解决了高占比RES造成配网阻塞的问题。每个需求侧单元（demandsideunits，DSU）包含若干需求点（individualdemandsites，IDS），其中IDS代表与ESBN有入网协议的用户。当收到一个DSU请求时，可通过减少IDS需求量（相当于增加本地RES发电量）给予响应。DSU在电力市场中作为集总负荷（负值）出现，与ESBN没有合同关系，但与输电网运营商或市场运营商有合同关系。

从上述模式可知，配电系统运行人员应能实时调度DSU资源，确定IDS是否越限；如果越限，配网运行人员要向输电网运行人员发布一系列指令，明确哪些IDS不在被调度之列，而这些指令将随着时间推移间隔越来越长。

由于RES接入容量为变电站主变容量与其所带负荷之和，所以为了最大化RES接入容量，必须考虑变电站的最小负荷。利用DSU灵活性带来的问题是，如果一个给定负荷点的实际负荷小于预先假定的最小负荷，就会使变压器等网络元件中有更多计划外的有功潮流通过，从而可能造成网络阻塞。目前，阻塞管理问题已经受到监管机构的重视，但政策制定者们并没有区分阻塞是由市场行为所引起的，还是由灵活性资源运行（为延缓投资）而引起的。区分这两者的必要性尚有待商榷。

ESBN列出了一些阻塞管理措施，包括入网控制、网络扩展、实时干涉、优化无功配置、有计划的网络改造等，或者上述措施的综合应用。未来可能采用的阻塞管理模式参见表4。

提高智能配电网中可再生能源发电的占比可以采用网络增强改造（网络解）或主动配电网管理（非网络解）两种方法，后者更具经济成本效益，但需要电网规划与运行的协同决策。

本文根据CIRED2015圆桌会议3的讨论内容，介绍了欧洲各国在此方面具有代表性的思路和实践案例。由于RES发电的波动性和不确定性越来越强、未来电网越来越复杂，在协同决策过程中必须全面考虑来自规划、运行的各种变量以及风险因素，规划周期也将越来越短。基于ANM的规划和运行协同决策思路主要是利用动态削减DG出力和需求侧管理等灵活性资源，以及采用如动态设置线路容量和实时计算容量等方法来增加RES的接入容量并缓解网络阻塞。在整个决策过程中，利益相关者的反应非常重要，尤其是在接入RES的规划阶段；另外，运行经验可以反过来对规划模型和工具进行验证和调整。目前的技术导则一般是充分考虑设备运行时相关参数越限的风险，而今后在规划时则往往需要设定一定的风险程度，并制定相应的解决方案（例如在一定的时限内削减DG出力或负荷）予以规避。

本文所介绍的各国经验值得借鉴。例如，从宏观的总装机容量来看，德国规划可再生能源的装机容量高于负荷峰值的4倍，英国电网的数据也符合这一规律，但这些经验是否适用于中国还需根据配网实际情况进行具体分析。首先，规划与运行协同决策意味着具备可靠的信息量测、SCADA、EMS和DMS等系统，较高的配电自动化水平，以及丰富的主动配电网管理系统开发人力资源。其次，需要针对不同的系统规模和边界条件分析灵活性资源，并针对传统配电网升压改造方案和主动配电网投资费用方案进行成本效益分析。

作者简介

范明天，博士，教授，研究领域为城市电网规划、城市电网应急管理、配电自动化规划、优化计算方法等。

谢宁，博士，副教授，研究领域为电力系统分析与控制、电力系统经济运行、智能电网等。

王承民，博士，教授，研究领域为电力系统规划及经济运行、电力市场等。

张东南，硕士，研究领域为配电系统规划。

叶小忱，硕士，研究领域为智能配电网、主动配电网、可靠性分析

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