主動配電網規(guī)劃技術

3.3主動配電網規(guī)劃技術3.3.1主動規(guī)劃的需求配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分輸電網和用戶之間的重要中間環(huán)節(jié)傳配電網規(guī)劃中，配電網與用戶穩(wěn)定地扮演著“供”與“需”的關系。但近年來，隨著經濟的不斷發(fā)展和社會用電需求的增長大負荷利用小時數不斷上升負荷問題日益突出，在此過程中電的運行負擔在急劇加重控荷等新型負荷的出現也對配電網的運行控制提出來新的要求。另一方面，大量分布式電源（能備）和可控負荷等分布式能源資源（）始接入網，極大地增加了配電網的運行與控制的不確定性。傳統(tǒng)配電網在規(guī)劃時沒有考慮分布式電源接入配電網的影響基電力潮流從變電站單向流向負荷點這一前提而設計的是針對某個負荷預測值采用最大容量裕給定網絡結構）來應對最嚴重工況的運行條件（即使最嚴重工況為小概率事件在劃階段就可以找到處理所有運行問題的最優(yōu)解此為了保證網絡的安全性和可靠性傳統(tǒng)的配電網絡對付負載的不確定性通常依賴于他的大容量和靈活的網絡結構用對簡單的運行模式和控制方法。然而隨著配電網中EDR滲透率的快速增長，配電網的規(guī)劃方法和運行模式變得越來越復雜，投資效益也大受影響，促使配電網規(guī)劃從被動規(guī)劃向主動規(guī)劃轉變。與傳統(tǒng)規(guī)劃不同動劃時將電網的規(guī)劃建設和靈活管控結合滿電力需求和系統(tǒng)安全的前提下，利用靈活管控技術來協(xié)調大規(guī)模間歇式能源出力與負荷用電的匹配度，在不失可靠性的同時達到降低統(tǒng)建設費用的效果現整體的經濟性確配用電的持續(xù)發(fā)展對于電力企業(yè)和電力用戶都能負擔得起此動規(guī)劃是一種將主動管理引入到規(guī)劃過程中的動態(tài)規(guī)劃。3.3.2主動規(guī)劃與傳統(tǒng)規(guī)劃傳統(tǒng)配電網規(guī)劃的目的是在規(guī)劃階段解決運行問題，如容量匹配，而不考慮控制問題；而主動配電網的規(guī)劃應該綜合考慮運行問題和控制問題，已實現最優(yōu)的技術經濟性。（統(tǒng)劃程統(tǒng)電網規(guī)劃的主要內容包括電市場和用戶處收集信息；預測需求確性的網絡分析備選方案研究評估備選方案所選方案的設計。傳統(tǒng)配電網規(guī)劃的3-21所示。定義規(guī)劃研究邊界條件備選規(guī)劃案確定性的網絡計算費用評估

Y

是否滿足約束條件

N

網絡升級N是否可接受此規(guī)劃方案

Y結束圖3-21配電網的傳統(tǒng)規(guī)劃流程傳統(tǒng)配電網規(guī)劃的規(guī)劃設計針對最大的需求情況不考慮或很少考慮運行中的調節(jié)問題。這種方法對于以前的無源配電網是比較經濟有效的對于有源配電網來說無法充分的發(fā)揮分布式電源可調節(jié)負荷的作用，達不到最優(yōu)的技術經濟效果。（主規(guī)劃流程。針對傳統(tǒng)配電網規(guī)劃的不足配網的主動規(guī)劃采用一直協(xié)規(guī)劃的思想更加重視用戶和電源通過多時間尺度來體現用戶和電源的變化特性備方案的評估和計算過程中，重點考慮了主動管理的作用，通過綜合協(xié)調網絡解（一次網架建設）和非網絡（動管理控制）來足規(guī)劃約束，這將極大的降低規(guī)劃方案的成本提電網設備的利用率。此外，為了確保主動管理作用的實現，基ICT的二次系統(tǒng)與一次系統(tǒng)的同步設計是規(guī)劃方案實現的基礎和關鍵。主動規(guī)劃的流程如圖所示。定義規(guī)劃研究邊界條件用戶的數據建模電源的備規(guī)劃方案概率性的網絡計算多目標備選方案的評估

是否接Y違反約束的風險

是否考慮了主動管理

N

主動管理（非網絡YN

是否可接受此規(guī)劃方案

Y

網絡解和非網絡解的協(xié)調結束圖3-22配網的主動規(guī)流程如圖3-22所采主管理方（非網絡解方案規(guī)方案進行技術經濟評在非網絡解方案和網絡解方案之間進行平衡及對不確定性風險進行分判約束越界的不可接受風險正規(guī)劃方案至獲得滿意的結果多目標方案進行評估而確保了主動規(guī)劃方案的技術性和經濟性。（）統(tǒng)規(guī)劃主動規(guī)劃的比較，見表3-6。對比項網絡擴容

表3-6

配電網的傳統(tǒng)規(guī)劃與主動規(guī)劃的比較傳統(tǒng)配電網規(guī)劃主動配電網規(guī)劃（1非固定式接入改造一次網絡（2儲能（3需求側管理功率因數

對負荷與分布式電源的功率因數做出規(guī)定

電壓無功控制（1儲能無功源

輸電系統(tǒng)（2SVC（3分布式電源控制策略與自動化程度

（1基本不考慮（2就地控制

（1集成控制（2分層控制（1容量需求規(guī)劃參數（2網損耗（3短路水平

容量需求網絡損耗節(jié)能調壓參數分布式電源出力調整系數（5短路水平（1增容規(guī)劃選擇方案

增容分階段平衡

分階段平衡峰荷管理儲能（1分布式電源的類型（2短路電流計算模型分布式電源模型

潮流（3出力負荷（4不同的控制模型（5無功調整需求側集成

只考慮大用戶的削峰填谷貢獻

不同類型用戶的參與隨機行為（1需要篩選出需要詳細分析的部分網絡分析工具

無（2潛在的事故風險需要詳細的模型與其他分析的配合集成通信網絡建模高級配電應用3.3.3

無無中長期負預測

（1多種需求（2隨即現象（1量化收益（2綜合應用分析無論是配電網的傳統(tǒng)規(guī)劃還是主動規(guī)劃，負荷預測都是整個規(guī)劃的基礎和依據。當前，配電網規(guī)劃中采用的中長期負荷預測方法主要有三類：根據負荷自身隨時間變化的規(guī)律設計的方法，如：基于歷史負荷數據的回歸模型預測方法和小波分析方法等方法主要是用于供電面積較平穩(wěn)或者經濟發(fā)展平穩(wěn)的地區(qū)的負荷預測，并且擁有詳細的歷史資料。根據區(qū)域經濟增長與用電負荷的相關情況而制定的負荷預測方法，如：彈性系數法和產品（產值）單耗法等，該方法主要適用于經濟總量或者單位產品（總值）能耗較為準確估計的區(qū)域，這些區(qū)域一般具有良好的產業(yè)規(guī)劃和平穩(wěn)的經濟增長特性?；谪摵山y(tǒng)計結論而制定的負荷預測方法合密度類比法均用電量等，這些方法適用于具有良好前期行業(yè)用地規(guī)劃的地區(qū)何需要做飽和負荷預測的地區(qū)是對同類的行業(yè)、產業(yè)或者區(qū)域符合密度具有詳細統(tǒng)計資料，具有可類比性。然而上述各種方法都屬于傳統(tǒng)劃的負荷預測方法主預測的是規(guī)劃期的最大負荷，而后續(xù)所有的規(guī)劃流程都是以此為依據，設計最小的系統(tǒng)容量來滿足規(guī)劃的所有約束，是電網即使在最大負荷發(fā)生的情況下，仍能正常運行。但是際行中所測的最大負荷出險概率極低不現或者現的時間極短然以測的最大負荷為依據的傳統(tǒng)規(guī)劃過于保守，經濟型明顯偏低。與傳統(tǒng)規(guī)劃不同主動規(guī)劃需要集更多更詳細的符合數據并立不同類型的負荷模型，利用稿率統(tǒng)計，進行預測分析，從而得到基于概率的負荷預測數據。顯然，已預測的概率負荷作為規(guī)劃參考更為科學，也更貼切實際，避免了過于樂觀或保守。需要注意的是，主動規(guī)劃中負荷預測所采用的負荷模型并不是一個固定運行狀態(tài)下負荷模型個時間模型如典的日常模式、典的節(jié)假日模式等。利用這樣的時間模型才能與各種類型的分布式發(fā)電進行多時間尺度的綜合計算而映負荷與分布式發(fā)電間的耦合關系及們在各種需求考慮的系統(tǒng)運行工況下對備選規(guī)劃方案的影響。不難看出主動規(guī)劃中的負荷預完全改變了傳統(tǒng)規(guī)劃的基礎漸原來的宏觀統(tǒng)計估計過渡到微觀建模分析其顯復雜程度大幅增加無疑問主動規(guī)劃的負荷預測更加依賴于大量的數據統(tǒng)計與分析，而這些數據的收集必須依賴于遠程自動抄表（Automaticmeter，）統(tǒng)的完善部署。3.3.4

數學模型當粗放的傳統(tǒng)規(guī)劃轉變?yōu)榫毜闹鲃右?guī)劃時，各類響應負荷、分布式發(fā)電、儲能配置、電動汽車等多種分布式電源的加入加了規(guī)劃問題的復雜程度同時這些新變量的特性與時間相關模都是時間函使得傳統(tǒng)的時間斷面規(guī)劃方式掩蓋了這些變量的時變特性而由時間斷面到多時間尺的變化又進一步增加了主動規(guī)劃的難度此傳統(tǒng)規(guī)劃相比，主動規(guī)劃是一個相對復雜更加難以求解的組合優(yōu)化問題，其數學模型的特點如下：需要大量數據。滿足多時間尺度。適應不確定性。多目標，多變量，多約束。3.3.5網絡解與非網絡解的衡網絡解（）非網絡解（）平衡也是規(guī)劃方案技術性和經濟性平衡者平直接決定了待建配電網結構和功能整規(guī)劃的核心和關鍵，也是電網公司主動管理水平的重要體現。網絡解屬于配電網的升級改造，即“硬手段網絡建設增加系統(tǒng)的運行裕度，包括配置變電站點與電網結構的優(yōu)化布局等網絡解屬于系統(tǒng)的主動管理手段通過配電人員的優(yōu)化運行控制效降低了負荷對系統(tǒng)穩(wěn)定運行裕度的要求括電機優(yōu)化調度求集成功理壓器分接頭的控制統(tǒng)重新配置儲化運行等。一般而言網絡解實際上增加了統(tǒng)的運行裕度應也提高了系統(tǒng)的可靠性但其成本高非網絡解是通過主動管理術來確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行統(tǒng)的可靠性依賴于配網調度人員的運行水平，其實現成本低。此外，網絡解的規(guī)劃周期較長（短、中、長網絡解的規(guī)劃周分于絡解非網絡解必須依靠智能信息通信技）和高級量測技術AMI的發(fā)展。顯然，網絡解與非網絡解的平衡協(xié)調是規(guī)劃過程中重點需要解決的問題要在規(guī)劃方案形成過程中進行綜合考慮將直接決定最終規(guī)劃方案的效果。國際上動電網規(guī)劃所面對主要問題是成熟的配電網絡通過非網絡解的方法來提高配電網的供電能力供電可靠性當前中國的主動配電網規(guī)劃需要解決的問題是滿足負荷的快速增長的同時應對各類分布式電源（電源、負荷、儲能）的高滲透率的接入，即在處理網絡解的同時還要處理非網絡解。3.3.6風險與經濟性的平衡配電網規(guī)劃的風險往往來自于不確定性動規(guī)劃的根本就是基于不確定性的動態(tài)平衡規(guī)劃。因此，主動規(guī)劃意外著更大的風險。傳統(tǒng)配電網規(guī)劃已預測最大負荷為依據，以網絡解為唯一手段進行確定性規(guī)劃，與之相比，主動規(guī)劃的風險主要來源:概率性負荷預測眾多不確定性變量，如：響應負荷、分布式電源、電動汽車等。概率性模型與計算。網絡解與非網絡解的綜合協(xié)調。其中網解和非網絡解的綜合調尤為關鍵網絡解涉及主動管理而主動管理的類型選擇實方式應效果等都需要在規(guī)劃過程中予以明確不同的主動管理決定了網絡解與非網絡解不同的協(xié)調方式意味著不同的風險水平因此需要根據實際情況進行選擇。然而風與經濟性往往是相互聯(lián)的一般，風險越高意外著規(guī)劃的經濟型越好，而風險越低意外著經濟性較差動規(guī)劃通過完善的配置和高級的主動管理水平有的平衡力風險和經濟性。3.3.7可靠性評估長期以來我國的電力系統(tǒng)規(guī)劃作者在對系統(tǒng)規(guī)劃設計方案進行分析比較決策時于供電可靠性的考慮，大多數是憑借經驗，以定性分析為主有系統(tǒng)結構可的運行方式即生的設備故障等多方面通過整體分析計算系統(tǒng)的可靠性乏量的科學決策依據導致將來投運的系統(tǒng)以在技術和經濟上達到整體最優(yōu)可性評估則為規(guī)劃方案的科學決策提供了量化的分析方法。電力系統(tǒng)可靠性是指電力系統(tǒng)按可接受的標準和所需數量不間斷的向電力用戶提供電能的能力的量度電系統(tǒng)的靠性評價是過一套定量指標來量度電力供應企業(yè)為用戶提高連續(xù)不斷的、質量合格的電能的能力，包括對系統(tǒng)充裕性和安全性兩方面的衡量，分別對應靜態(tài)可靠性評估和動態(tài)可靠性評估系規(guī)劃階段一般對規(guī)劃方案進行靜態(tài)可靠性評估。電力系統(tǒng)可靠性分析計算方法主要分為解析法和模擬法兩大類。（）析：設備或系統(tǒng)的壽命過程在假定條件下進行合理的理想化，然后通建立可靠性數學模型經數值計獲得系統(tǒng)各項可靠性指標計算結果可信度高具方法有網絡法和狀態(tài)空間法。但是，當系統(tǒng)規(guī)模大、結構復雜，并且一些假定條件不成立時，采用解析法比較困難，此時可選擇模擬法。（）擬法：要代表是蒙特卡洛Carle）擬法，它是一種隨機模擬方法，其基本思想是將系統(tǒng)中每臺設備的概率參數在計算機上用隨機數表示一概率模型或隨即過程使其參數為問題所要的解后過對模型或過程的觀察或抽樣實驗來計算所求參數的統(tǒng)計特征最給出所的可靠性指標近似值解析法相比模擬法更加靈活和簡單，不受系統(tǒng)規(guī)模和復雜程度的限制，但往往需要較長的計算時間。主動規(guī)劃方案的可靠性評估，涉及眾多不確定性變量，因此模法更為合適，其可靠性評估規(guī)程參考如圖所。開始選擇用于評價規(guī)劃方案可靠性指標規(guī)劃期的隨機網絡負荷值系統(tǒng)狀態(tài)的年度序列隨機選擇時間線路變壓器故

N[

規(guī)劃期的隨機網絡負荷值基于最小網損的網架結構N

Y故障狀檢查孤立節(jié)點Success[

Y潮流違反約束條件N[違反約束條件

YY

主動管理是否成功？N[滿足精確度要求？

更新可靠性指標

Failure

Y節(jié)電序列及其持續(xù)時間

N[Y結束圖3-23主動規(guī)劃方案的靠性流程參考3.3.8

風險管控配電系統(tǒng)的基本建設目標供合要求的電壓和電能質量的電力滿電力用戶持續(xù)供電的需求。然而，在過去年間，越來越多的變化使得配電網規(guī)劃變得越來越具有挑戰(zhàn)，如：分布式發(fā)電的大規(guī)模并網汽車的規(guī)?；瘧玫龋潆娨?guī)劃人員必須清楚地認識到規(guī)劃中的不確定性因素，并且有效的避免潛在風險，以適應新形勢下的配電規(guī)劃需求。配電網規(guī)劃人員面臨的挑戰(zhàn)及應對措施如表3-7所。表3-7新的挑戰(zhàn)新能源的規(guī)?；⒕W負荷預測和建模多時間尺度的需求主動需求對規(guī)劃的影響可靠性作為一個明確設目標，而不是一個隱含的設計概論配電的范圍擴大了，需系統(tǒng)論方法更大的不確定性其他一些“非傳統(tǒng)”的險3.3.9規(guī)劃工具

配電網規(guī)劃人員面臨的挑戰(zhàn)和應對措施應對措施建立分布式發(fā)電的統(tǒng)計型，在規(guī)劃過程中計及其可用率，進行含分式發(fā)電的連續(xù)潮流計算，以映新能源發(fā)電對規(guī)劃方案的影響，避免規(guī)劃案過于保守對負荷進行分類建模，:基本負荷、可控負荷可切負荷、利用AMR收集的海量數據進行大數據究，建立不同模式的負荷模型，如：日常模，節(jié)假日模式，避免負荷預測結及模型的過于粗糙利用規(guī)劃過程中的快間尺度的循環(huán)過程配合時間尺度的算，避免單時刻計算掩蓋了類分布式資源的時變特性導致規(guī)劃方案的不明確需要考慮到主動需類型、方式及預期結果，在規(guī)劃計算過程中綜合協(xié)調網絡解和非網絡解確保規(guī)劃方案所對應的風險是可接受的可靠性需要在規(guī)劃過程明確，才能與經濟性進行有效的協(xié)調，使得劃方案在可接受的可靠性下濟性最優(yōu)，及兼顧了可靠性和經濟性采用能夠模擬范圍更廣深度更深的系統(tǒng)分析方法，而且要更全面的慮企業(yè)的支出和運營采用更多的場景分析和率分析，考慮的范圍更大采用風險評估方法，包對概率結果進行分析的方法，以及對概率結的風險與費用進行優(yōu)化的方配電決策支持工具可以幫助電力企業(yè)規(guī)劃人員從眾多方案中選出合適的方案決配電系統(tǒng)的配置擴容計劃及運等問題與測特定系統(tǒng)性能的仿真程序不同策支持工具可用于在所有可行的設計方案中分辨出應選擇的方案算機程序實現的決策支持工具具有兩個相關有獨立的優(yōu)點一，這些工具是自動化的自執(zhí)行某些規(guī)劃功能，從