主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃

主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃

傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃的主要任務(wù)是確定在規(guī)劃期內(nèi)何時(shí)、何地投建何種類型的輸電線路及其回路數(shù)，以滿足規(guī)劃周期內(nèi)的區(qū)域電力負(fù)荷需求，在確保達(dá)到線路載流能力、節(jié)點(diǎn)電壓水平、供電可靠性等各類基本技術(shù)指標(biāo)的前提下，追求系統(tǒng)投資成本的最小化。為適應(yīng)節(jié)能減排政策對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)展提出的新要求，近些年環(huán)境因素正被越來越多地考慮進(jìn)配電網(wǎng)規(guī)劃工作中，“成本最小化”已不再是決定規(guī)劃方案優(yōu)劣的唯一準(zhǔn)則。與此對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型無論在目標(biāo)函數(shù)或是約束條件上均得到一定程度地拓展 。

然而，傳統(tǒng)配電網(wǎng)屬于標(biāo)準(zhǔn)的無源網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)研究所采用的規(guī)劃方法針對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果采用必要的容量裕度即可應(yīng)對(duì)所有可能的系統(tǒng)運(yùn)行場(chǎng)景，并方便地找到各類準(zhǔn)則下的最優(yōu)解，因此相對(duì)簡(jiǎn)單。

主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃微電網(wǎng)規(guī)劃

DG的加入使配電網(wǎng)的內(nèi)涵發(fā)生了深刻的變革。為支持DG并網(wǎng)以充分挖掘其內(nèi)在環(huán)境效益，“微電網(wǎng)”技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。MG本質(zhì)上是能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，因此DG容量的優(yōu)化配置是MG規(guī)劃工作而臨的主要任務(wù)。有文獻(xiàn)以系統(tǒng)投資總成本最小為目標(biāo)，同時(shí)考慮DG裝機(jī)容量、系統(tǒng)備用、入網(wǎng)功率波動(dòng)等約束條件，研究了獨(dú)立MG中風(fēng)/光/儲(chǔ)的最優(yōu)配置方案;也有文獻(xiàn)基于全壽命周期成本，建立了含可再生能源的MG優(yōu)化規(guī)劃模型 。

從系統(tǒng)角度來看，MG大多接在用戶側(cè)，一般通過公共連接點(diǎn)與電網(wǎng)相連，因此其與上級(jí)配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性問題同樣備受關(guān)注。有文獻(xiàn)探討了含MG配電網(wǎng)的合理接線模式。

可見，相比傳統(tǒng)配電網(wǎng)，MG規(guī)劃主要以各類DG的無縫接入與互補(bǔ)利用為目標(biāo)，并在決策內(nèi)容方而新增考慮了DG的優(yōu)化配置。但是，由于MG未涉及用戶互動(dòng)與需求側(cè)管理，故相關(guān)方法仍屬于傳統(tǒng)意義上基于供應(yīng)側(cè)投資的傳統(tǒng)規(guī)劃模式 。

主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃的一般框架

需求側(cè)互動(dòng)及對(duì)可再生能源的主動(dòng)利用能力是主動(dòng)配電網(wǎng)區(qū)別于MG最為顯著的特征。技術(shù)要求上的差異對(duì)ADN規(guī)劃模式提出了全新的要求。

首先，對(duì)可再生能源主動(dòng)兼容的特征使主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃的優(yōu)化目標(biāo)變得更加多元，需要綜合考慮系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性及可再生能源利用效度等多方而因素;同時(shí)，在開放電力市場(chǎng)環(huán)境下，主動(dòng)配電網(wǎng)投資可能涉及配電公司、分布式發(fā)電投資商與需求側(cè)集成提供商在內(nèi)的多個(gè)獨(dú)立市場(chǎng)主體，這將使主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃問題由傳統(tǒng)意義上追求單一主體利益最大化向著復(fù)雜的多主體協(xié)調(diào)規(guī)劃方向轉(zhuǎn)變;此外，需求側(cè)資源、自動(dòng)化、通信資源的加入與ANM機(jī)制將為優(yōu)化過程帶來更多的決策變量與約束條件;最后，需求響應(yīng)(Demand Response, DR)與分布式可再生能源發(fā)電不確定性的疊加使主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)更加復(fù)雜多變，從而極大地影響規(guī)劃方案尋優(yōu)的可行空間。因此，對(duì)于主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃，忽略運(yùn)行(fit and forget)的傳統(tǒng)配網(wǎng)規(guī)劃方法已不再適用，而需要對(duì)系統(tǒng)可能遇到的各種不確定性工況進(jìn)行精細(xì)化運(yùn)行模擬才能確定最優(yōu)規(guī)劃方案，這無疑具有更高的復(fù)雜性。

主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃主動(dòng)配電網(wǎng)電力負(fù)荷預(yù)測(cè)

準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測(cè)是保證主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃可行性的基本條件。大規(guī)模分布式可再生能源發(fā)電及DSR的引入將對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷造成重要影響。從規(guī)劃角度，需針對(duì)各類分布式電源的運(yùn)行特性，同時(shí)考慮宏觀發(fā)展的不確定性，研究適用于主動(dòng)配電網(wǎng)的電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法。目前，學(xué)術(shù)界對(duì)該領(lǐng)域的研究還十分有限。

有文獻(xiàn)探討了智能電網(wǎng)下計(jì)及DR的負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，通過考慮不同類型用戶參與比例，提出了動(dòng)態(tài)電價(jià)機(jī)制下的負(fù)荷預(yù)測(cè)框架;也有文獻(xiàn)在傳統(tǒng)中長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮電力市場(chǎng)發(fā)展、智能電網(wǎng)技術(shù)以及能源政策等方而影響，提出了基于小波變換和線性回歸的聚類分析模型，用于辨識(shí)和預(yù)測(cè)交互環(huán)境下的終端負(fù)荷特性。

針對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃，負(fù)荷預(yù)測(cè)主要考慮歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)、宏觀經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和人口統(tǒng)計(jì)信息等方而因素。然而，ADN環(huán)境下的負(fù)荷預(yù)測(cè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注DR及DG對(duì)終端用電需求的影響，同時(shí)考慮電價(jià)政策、用電能效以及智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展等多方而的不確定性，研究滿足上述需求的新型智能負(fù)荷預(yù)測(cè)方法 。

主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃主動(dòng)配電網(wǎng)需求側(cè)資源的技術(shù)特性

要實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)基本規(guī)劃目標(biāo)，首先必須明確各類資源構(gòu)成要素的內(nèi)在技術(shù)特性。需求側(cè)資源作為納入ADN規(guī)劃的新增成分，與傳統(tǒng)概念上的“規(guī)劃資源”不同，它們一般并不會(huì)實(shí)際產(chǎn)生電能，而是與用戶的用電行為相伴而生，因此其實(shí)際運(yùn)行作用效果體現(xiàn)為有無需求側(cè)資源下系統(tǒng)電力電量的變化情況。這種虛擬性及不可預(yù)知性的特點(diǎn)使得對(duì)需求側(cè)資源運(yùn)行特性的辨識(shí)分析成為開展主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃的前提條件。

從文獻(xiàn)報(bào)道來看，當(dāng)前研究主要集中在對(duì)DSR可控性及其對(duì)負(fù)荷特性影響的分析上。其目的是為了明確不同應(yīng)用背景下各類負(fù)荷的可調(diào)控范圍，挖掘內(nèi)在規(guī)律關(guān)系，并實(shí)現(xiàn)對(duì)DR行為的定量模擬。

負(fù)荷的可調(diào)控性是DR的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。當(dāng)前研究普遍認(rèn)為：用戶負(fù)荷的可控能力主要受環(huán)境、習(xí)慣和生產(chǎn)等多方而因素影響，并據(jù)此分為不可控、功率可控以及時(shí)間可控三種類型 。不可控負(fù)荷多屬于與生產(chǎn)生活相關(guān)的必需負(fù)荷，且僅可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行，一般不具有可調(diào)節(jié)潛力;功率可調(diào)負(fù)荷以供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)相關(guān)負(fù)荷為主，易受環(huán)境和習(xí)慣的雙重影響；時(shí)間可控負(fù)荷則大多集中在工業(yè)或商業(yè)用電領(lǐng)域，其執(zhí)行時(shí)間對(duì)用電效用的影響不大，可在一定的時(shí)間段內(nèi)自由安排。

對(duì)于不同類型需求側(cè)資源，其響應(yīng)機(jī)理與觸發(fā)機(jī)制存在顯著差異，因此對(duì)系統(tǒng)電力電量的影響也不盡相同。為定量分析上述影響，負(fù)荷分解法曾被廣泛使用，其原理是通過將用戶負(fù)荷分解為若干典型成分，并計(jì)算用電活動(dòng)之間的同時(shí)率及延遲特性，以推測(cè)估計(jì)用戶參與DR之后的綜合負(fù)荷特性。該方法原理簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，但因本質(zhì)上屬于“自下而上”的分析模式，當(dāng)區(qū)域內(nèi)用戶類型較多時(shí)，實(shí)施過程將變得極為困難，因此在實(shí)際規(guī)劃應(yīng)用中存在一定缺陷。對(duì)于智能配電網(wǎng)，當(dāng)各類需求側(cè)資源以集成模式大規(guī)模接入后，其外在特性是獨(dú)立單元經(jīng)過級(jí)聯(lián)疊加后所產(chǎn)生的綜合效果，而這與復(fù)雜信息的特點(diǎn)有很大相似之處。因此，近年來學(xué)者們開始嘗試將信息論工具引入該領(lǐng)域的研究中：例如有文獻(xiàn)建立了包含控制中心、發(fā)電、用戶在內(nèi)的智能工程混合模型，利用模糊推理方法計(jì)算模擬電力市場(chǎng)環(huán)境下DR對(duì)負(fù)荷曲線的影響；也有文獻(xiàn)提出了基于含外生量的自適應(yīng)回歸的DR特性辨識(shí)模型，并利用該方法分析了供暖類負(fù)荷作為DSR的預(yù)期效果。

從以上情況來看，目前已有研究大多重點(diǎn)而向分析特定激勵(lì)模式下的DR特性，而針對(duì)負(fù)荷可調(diào)控性與影響因素之間的內(nèi)在關(guān)系，仍缺乏較為系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。此外，最新研究表明，用戶自身能效水平對(duì)負(fù)荷可調(diào)控能力具有復(fù)雜影響，而當(dāng)前研究同樣對(duì)此缺乏充分的考慮。

主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃主動(dòng)配電網(wǎng)典型集成模式

如前所述，主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃既包括線路改造、DG配置等基于供應(yīng)側(cè)的投資選擇，也包含眾多可供靈活選擇的需求側(cè)管理策略。資源類型的豐富使得主動(dòng)配電網(wǎng)集成模式可呈現(xiàn)多樣化特點(diǎn)，并產(chǎn)生不同的低碳效益。因此，需要深入分析影響主動(dòng)配電網(wǎng)投資效益的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，并在此基礎(chǔ)上研究適于不同應(yīng)用場(chǎng)景的主動(dòng)配電網(wǎng)資源集成模式。

該領(lǐng)域研究可主要分為規(guī)劃資源選擇以及組建方式確定等兩方而的基本問題 。

關(guān)于資源選擇，主動(dòng)配電網(wǎng)框架下的DER包含DG，分布式儲(chǔ)能(Electrical Energy Storage，EES)及需求側(cè)資源等。其中，DG既包括燃?xì)廨啓C(jī)等傳統(tǒng)能源DG，也包括以光伏、風(fēng)能發(fā)電等為代表的可再生能源DG。傳統(tǒng)能源DG的輸出功率可控，但其發(fā)電會(huì)產(chǎn)生一定的碳排放，故可作為系統(tǒng)備用機(jī)組。分布式可再生能源發(fā)電幾乎不產(chǎn)生排放，但受天氣環(huán)境影響，通常具有隨機(jī)性和間歇性特點(diǎn):風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性好，但其反負(fù)荷調(diào)節(jié)特性使得大規(guī)模并網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響;光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配置靈活，但全壽命周期成本較高。EES設(shè)備可分為能量型和功率型兩種類型，前者包括鉛酸蓄電池、鋰電池以及釩液流電池等，主要用于維持系統(tǒng)功率平衡；后者則包括超級(jí)電容和飛輪儲(chǔ)能等，用于平抑系統(tǒng)瞬時(shí)功率波動(dòng)。相似地，需求側(cè)資源也存在多種形式，包括可中斷負(fù)荷與響應(yīng)負(fù)荷等:前者基于雙邊合同形式，在必要情況下電網(wǎng)公司可直接中斷相關(guān)用戶電力供應(yīng)，但其調(diào)用頻率及時(shí)間均有嚴(yán)格限制;后者主要基于動(dòng)態(tài)電價(jià)機(jī)制，用戶具有更大靈活性，但其運(yùn)行機(jī)制相對(duì)復(fù)雜。

關(guān)于組建方式，主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃需要確定的內(nèi)容包括電網(wǎng)接線模式、電能傳輸方式及通信方式等。除了典型輻射狀結(jié)構(gòu)之外，環(huán)式、樹狀、網(wǎng)狀等新型接線模式將為主動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)集成提供更加靈活豐富的選擇；直流配電方式具有損耗小、成本低、供電可控性及可靠性高等優(yōu)勢(shì)，是未來智能配電網(wǎng)發(fā)展的主要趨勢(shì)，但考慮到設(shè)備特性和實(shí)現(xiàn)難度等，交流傳輸模式在現(xiàn)階段仍舊占據(jù)主要地位;此外，要實(shí)現(xiàn)ANM，還必須借助強(qiáng)大的信息和通信技術(shù)。主動(dòng)配電網(wǎng)通信方式主要包括光纖、無線微功率、電力線載波等，而不同方式具有各自適用范圍及優(yōu)勢(shì)。

目前來看，針對(duì)不同的應(yīng)用背景和環(huán)境特點(diǎn)，各種DG究竟適合與哪些類型的需求側(cè)資源相結(jié)合，如何與電網(wǎng)架構(gòu)相匹配，又需要采用何種通信方式，仍缺乏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。在低碳經(jīng)濟(jì)背景下，主動(dòng)配電網(wǎng)集成模式除了需要考慮系統(tǒng)供電可靠性、電能質(zhì)量、投資運(yùn)行成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素之外，還要綜合權(quán)衡電網(wǎng)建設(shè)的生態(tài)環(huán)境影響。這需要科學(xué)完善的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系提供支撐。

主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃主動(dòng)配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃方法

主動(dòng)配電網(wǎng)強(qiáng)調(diào)通過應(yīng)用各類信息、通信、控制技術(shù)對(duì)系統(tǒng)供需側(cè)資源實(shí)施主動(dòng)管理，從整個(gè)公用配電網(wǎng)層而實(shí)現(xiàn)DREG大規(guī)模并網(wǎng)及對(duì)可再生能源的積極利用。綠色低碳目標(biāo)，ANM機(jī)制及復(fù)雜的外在不確定因素使得迫切需要研究專門針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的新型規(guī)劃方法。對(duì)此，目前國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)少量研究成果。

有文獻(xiàn)提出了主動(dòng)配電網(wǎng)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型，通過構(gòu)建預(yù)想場(chǎng)景集，對(duì)線路容量、聯(lián)絡(luò)開關(guān)及DG配置進(jìn)行綜合優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)投資運(yùn)行總成本最??；針對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)向主動(dòng)配電網(wǎng)過渡的問題。也有文獻(xiàn)以投資經(jīng)濟(jì)性及分布式電源運(yùn)行效率最優(yōu)作為目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)考慮功率平衡、開關(guān)配置、分布式電源運(yùn)行、負(fù)荷增長(zhǎng)等約束條件，提出了一種多目標(biāo)規(guī)劃模型;

從上述狀況看，目前對(duì)于主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃方法的研究主要關(guān)注分布式可再生能源發(fā)電與電網(wǎng)運(yùn)行之間的相互協(xié)調(diào)問題，并開始注意到綜合規(guī)劃思想的重要價(jià)值；但是，對(duì)于主動(dòng)配電網(wǎng)主動(dòng)兼容綠色能源的技術(shù)特性尚缺乏充分認(rèn)識(shí)，也未能上升到低碳經(jīng)濟(jì)的高度揭示相關(guān)規(guī)劃結(jié)果的深刻意義。此外，通信設(shè)備作為主動(dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵組成部分，當(dāng)前研究同樣缺乏對(duì)該方而配置策略的深入討論。

針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃，首先需要全而分析系統(tǒng)在生產(chǎn)運(yùn)行各環(huán)節(jié)中存在哪些影響可再生能源利用效率的阻滯因素;在此基礎(chǔ)上，通過研究相關(guān)因素的作用機(jī)理，提出與之對(duì)應(yīng)的規(guī)劃策略。不同于其他市場(chǎng)商品，電能的生產(chǎn)、輸送、分配與使用幾乎是在同時(shí)完成的。受此特性制約，電力系統(tǒng)對(duì)可再生能源的利用效率實(shí)際取決于電網(wǎng)對(duì)可再生電能的輸送能力以及用戶對(duì)此的使用能力兩個(gè)方而。具體地講，線路容量及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)共同影響電網(wǎng)系統(tǒng)的輸電能力，這是由規(guī)劃階段的資源投資配置情況所決定的;而需求側(cè)對(duì)可再生電能的使用能力則屬于系統(tǒng)運(yùn)行階段的范疇，更多地取決于用戶自身負(fù)荷特性與用電習(xí)慣。不同阻滯因素出現(xiàn)的階段不同，決定了各自的時(shí)間尺度不同。對(duì)于ADN規(guī)劃，如何有機(jī)“串聯(lián)”上述因素，統(tǒng)籌考慮它們對(duì)可再生能源利用的影響，以實(shí)現(xiàn)全壽命周期內(nèi)系統(tǒng)綜合效益最優(yōu)，是建模工作的一個(gè)關(guān)鍵難點(diǎn)。此外，由于主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃需要細(xì)致考慮系統(tǒng)可能遇到的各種運(yùn)行工況，決策過程而臨更多的不確定性因素。根據(jù)事件邊界的可辨識(shí)與否，不確定性要素可表現(xiàn)出不同的數(shù)理特性:對(duì)于隨機(jī)因素，一般可用基于統(tǒng)計(jì)得到的概率密度函數(shù)進(jìn)行描述；對(duì)于模糊因素，則通常需要借助隸屬度函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)驗(yàn)性邏輯的表達(dá)。因此，需要開發(fā)針對(duì)含多類型不確定性因素規(guī)劃問題的新型求解算法。

主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃主動(dòng)配電網(wǎng)投資的成本一效益分析

投資的成本效益分析是主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)而臨的另一關(guān)鍵問題。各類新型設(shè)備和運(yùn)行控制方式的將顯著改變配電系統(tǒng)的固有成本效益構(gòu)成。同時(shí)市場(chǎng)環(huán)境下參與主體的多元化使主動(dòng)配電網(wǎng)投資決策還必須合理兼顧各方利益訴求。

有文獻(xiàn)通過全而分析智能電網(wǎng)下的市場(chǎng)參與格局，構(gòu)建了考慮不同主體內(nèi)在交互聯(lián)系的智能電網(wǎng)投資綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;針對(duì)智能電網(wǎng)技術(shù)的主要受益者一一終端電力用戶，也有文獻(xiàn)重點(diǎn)從安全性、優(yōu)質(zhì)性和高效性等三方而對(duì)其需求進(jìn)行了詳細(xì)的探討。

從以上情況來看，現(xiàn)有研究主要集中在對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃投資主體的多元化特性和協(xié)調(diào)決策方法的探討上，而對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)相關(guān)屬性在實(shí)際決策中的邏輯差異及禍合關(guān)系缺乏必要的考慮。另外，對(duì)于通信、配電自動(dòng)化等主動(dòng)配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的成本效益，目前也尚未見到成熟的評(píng)價(jià)計(jì)算模型。

近年來，全球范圍內(nèi)氣候變暖及極端天氣事件日益頻發(fā)，嚴(yán)重威肋、著人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)國(guó)際發(fā)展援助研究協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，在過去10年間，氣候變化每年平均造成超過1.2萬億美元經(jīng)濟(jì)損失，約占全球GDP的1.6 %。到2030年，該比例預(yù)計(jì)達(dá)到3.2%。在諸多因素中，人類過度排放溫室氣體被認(rèn)為是導(dǎo)致全球氣候變化的重要原因。

為應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，英國(guó)政府于2003年首次提出了低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念：倡導(dǎo)通過技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、新能源開發(fā)等多種手段提高能源供應(yīng)多樣性，降低對(duì)化石能源的依賴以減少碳排放，最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙贏的理想目標(biāo)。構(gòu)建低碳經(jīng)濟(jì)模式，推進(jìn)“經(jīng)濟(jì)一能源一環(huán)境”協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展此后逐漸成為世界各國(guó)的普遍共識(shí)。我國(guó)在2009年明確提出了“2020年非化石能源占一次能源總消費(fèi)量的15%，單位GDP的二氧化碳排放比2005年下降40%-45%”的低碳發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，并在“十二五規(guī)劃”中制訂了“2015年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到11.4%；單位GDP能源消耗降低16%，單位GDP二氧化碳排放降低17%”的階段性任務(wù)。

以化石能源為主導(dǎo)的電源結(jié)構(gòu)使得電力工業(yè)成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中最大的二氧化碳排放部門。據(jù)權(quán)威統(tǒng)計(jì)，2012年我國(guó)電力行業(yè)碳排放量達(dá)到3.85億t，約占全國(guó)總碳排放量的50%，且近年來呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此，推動(dòng)電力工業(yè)低碳化成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)上述節(jié)能減排與生態(tài)文明目標(biāo)的必然選擇。

發(fā)展低碳電力系統(tǒng)的根本任務(wù)是要形成穩(wěn)定的低碳電能供應(yīng)機(jī)制，其關(guān)鍵在于對(duì)可再生能源的有效開發(fā)與利用。對(duì)此，當(dāng)前主要存在兩種基本思路：一是大力發(fā)展長(zhǎng)距離、大容量、低損耗的跨區(qū)輸電線路(如特高壓輸電)以實(shí)現(xiàn)可再生能源資源在更大區(qū)域范圍內(nèi)優(yōu)化配置；二是從配用電環(huán)節(jié)入手，建立協(xié)調(diào)關(guān)聯(lián)分布式可再生能源發(fā)電(Distributed Renewable Energy Generation, DREG)、配電網(wǎng)絡(luò)與終端用電的集成供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生能源的就地消納與利用。較之前者，分布式配用電系統(tǒng)具有建設(shè)周期短、投資成本低、運(yùn)行靈活的優(yōu)點(diǎn)，且抗風(fēng)險(xiǎn)能力更強(qiáng)，因此近些年在國(guó)內(nèi)外獲得廣泛關(guān)注。

在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，電力潮流一般由上端變電站單一流向負(fù)荷節(jié)點(diǎn)，其運(yùn)行方式和規(guī)劃準(zhǔn)則相對(duì)簡(jiǎn)單。然而，分布式能源(Distributed Energy Resource,DER)的規(guī)?；尤肱c應(yīng)用將對(duì)系統(tǒng)潮流分布、電壓水平、短路容量等原有電氣特性造成顯著影響。而傳統(tǒng)配電網(wǎng)在設(shè)計(jì)階段并未考慮上述因素，因此難以滿足低碳經(jīng)濟(jì)背景下高滲透率可再生能源發(fā)電接入與高效利用的要求。在此背景下，國(guó)外學(xué)者在2008年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議首次提出了主動(dòng)配電網(wǎng)(Active Distribution Network，ADN)的概念，旨在解決配電側(cè)兼容大規(guī)模間歇式可再生能源，提升綠色能源利用率以及一次能源結(jié)構(gòu)等問題。

與主要關(guān)注用戶側(cè)的微電網(wǎng)(Micro-Grid， MG)不同，主動(dòng)配電網(wǎng)主要而向由電力企業(yè)管理的公共配電網(wǎng)。它是智能配電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到高級(jí)階段的產(chǎn)物，是一種兼容電網(wǎng)、分布式發(fā)電(Distributed Generation， DG)及需求側(cè)管理等多類型技術(shù)的全新開放式配電系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。主動(dòng)配電網(wǎng)的技術(shù)理念將系統(tǒng)運(yùn)行中的信息價(jià)值及電網(wǎng)一用戶之間的互動(dòng)能力提升至一個(gè)新高度，強(qiáng)調(diào)在整個(gè)配電網(wǎng)層而內(nèi)借助主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理(Active Network Management，ANM實(shí)現(xiàn)對(duì)各類可再生能源的主動(dòng)消納及多級(jí)協(xié)調(diào)利用，最終促進(jìn)電能低碳化轉(zhuǎn)變及電網(wǎng)資產(chǎn)利用效率的全方位提高。

相比管制背景下的傳統(tǒng)配電網(wǎng)，主動(dòng)配電網(wǎng)無論在技術(shù)特性上，或是而臨的外部市場(chǎng)環(huán)境方而，均有著自身鮮明的特點(diǎn);而我國(guó)電力工業(yè)低碳化發(fā)展的要求又為主動(dòng)配電網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)施賦予了更多的內(nèi)涵。主動(dòng)配電網(wǎng)應(yīng)該發(fā)揮何種作用以支撐節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。對(duì)此，又需要采用怎樣的科學(xué)規(guī)劃方法才能確保企業(yè)投資經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)環(huán)境效益的相協(xié)調(diào)，這是當(dāng)前急待回答的重要命題。因此，研究與低碳經(jīng)濟(jì)相適應(yīng)的ADN規(guī)劃方法與發(fā)展模式，無疑具有重要的理論、戰(zhàn)略和現(xiàn)實(shí)意義。

首先闡述了主動(dòng)配電網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)及其低碳潛力的實(shí)現(xiàn)途徑;通過與傳統(tǒng)配電網(wǎng)及微電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步提出了主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃一般性框架；在此基礎(chǔ)上，提煉了5方面值得研究的關(guān)鍵問題，并深入分析了其中的科學(xué)難點(diǎn)；最后，針對(duì)相關(guān)領(lǐng)域，給出了未來研究工作展望及建議 。

主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃ADN基本技術(shù)理念

根據(jù)CIGRE C6.11的定義，主動(dòng)配電網(wǎng)是采用主動(dòng)管理分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備和客戶雙向負(fù)荷的模式，具有靈活拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的公用配電網(wǎng)，其基本構(gòu)成模式如圖1所示。

圖1中，各類DG(如風(fēng)電、光伏等)和儲(chǔ)能單元通過電力電子元件轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的交流或直流模式，再經(jīng)過升壓變壓器并入系統(tǒng)；通信、自動(dòng)化及其他相關(guān)電氣設(shè)備以適當(dāng)?shù)倪B接方式實(shí)現(xiàn)與電力網(wǎng)的緊密集成；此外，用戶側(cè)配以智能電表為代表的先進(jìn)計(jì)量裝置(Advanced Metering Infrastructure， AMI)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)用電信息的實(shí)時(shí)采集及電網(wǎng)-用戶之間的雙向互操作。

主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)的“主動(dòng)性”特征主要體現(xiàn)在系統(tǒng)運(yùn)行控制方式上。在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，用電活動(dòng)屬于“被動(dòng)”要素，即使系統(tǒng)中含有DG，也主要而向電能就地消納，運(yùn)行者通常不會(huì)對(duì)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的電氣設(shè)備進(jìn)行主動(dòng)控制。而在主動(dòng)配電網(wǎng)下，通過先進(jìn)的ICT及自動(dòng)化技術(shù)，可以對(duì)區(qū)域內(nèi)供應(yīng)側(cè)與需求側(cè)資源實(shí)施主動(dòng)管理，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)特定運(yùn)行目標(biāo)(如網(wǎng)損、資產(chǎn)利用效率或綠色能源消納等)的最優(yōu)。正是由于以上原因，主動(dòng)配電網(wǎng)在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理模式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、潮流特性及模擬計(jì)算要求等諸多方而均與傳統(tǒng)配電網(wǎng)存在顯著差異 。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)下缺少必要的技術(shù)與管理手段，不具備提供差異化供電服務(wù)的能力，因此相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)單一;而ICT等高級(jí)智能技術(shù)的引入使得主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)靈活可變，能夠滿足定制電力要求，其對(duì)應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是動(dòng)態(tài)多元的。在管理模式上，基于智能通信平臺(tái)，主動(dòng)配電網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)需求側(cè)資源(Demand Side Resource， DSR)的整合及對(duì)系統(tǒng)資產(chǎn)的分散式管理。此外，相對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)，主動(dòng)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加靈活，具有有源、網(wǎng)狀、并網(wǎng)方式可選等新特點(diǎn)，并由此造成系統(tǒng)潮流特性由單向固定向著雙向不確定方向的巨大轉(zhuǎn)變。在模擬計(jì)算方而，傳統(tǒng)配電網(wǎng)一般只需對(duì)典型系統(tǒng)斷而進(jìn)行確定性模擬即可滿足規(guī)劃或運(yùn)行任務(wù)的基本要求，而ADN則需采取分布并行式的建模方法，細(xì)致考慮時(shí)間窗口內(nèi)的各類不確定因素，實(shí)施精確化的運(yùn)行模擬。

主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)可行性與低碳潛力分析

針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)外已實(shí)施了一系列具有典型代表意義的研究示范項(xiàng)目。目前已有示范工程涵蓋了需求側(cè)響應(yīng)、主動(dòng)控制與管理、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、電能質(zhì)量、信息通信等多方而關(guān)鍵技術(shù)，相關(guān)成果從工程實(shí)踐層而驗(yàn)證了主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)的可行性與可推廣性。從低碳潛力的角度看，通過主動(dòng)配電網(wǎng)能夠：①提高配電網(wǎng)對(duì)高滲透率DREG的接納能力，增加電源結(jié)構(gòu)中低碳電源的比例；②提高可再生能源利用效率，降低對(duì)化石能源發(fā)電的依賴，進(jìn)而有效減少溫室氣體排放；③通過ICT及需求側(cè)管理手段，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)-用戶雙向互動(dòng)，激勵(lì)需求側(cè)主動(dòng)參與電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并引導(dǎo)用戶合理用電；④推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)及服務(wù)的發(fā)展，促進(jìn)交通出行用能的低碳化轉(zhuǎn)變。此外，主動(dòng)配電網(wǎng)還能夠有效提高電網(wǎng)資產(chǎn)利用效率，延緩擴(kuò)容需求，改善配電系統(tǒng)投資運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性。因此表明，主動(dòng)配電網(wǎng)是支撐低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一條可行的重要技術(shù)路徑。

當(dāng)前，我國(guó)正處于社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和智能電網(wǎng)加速建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期，主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃戰(zhàn)略的制定應(yīng)與低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)相適應(yīng)并優(yōu)先解決以上所述的各方而關(guān)鍵問題。針對(duì)該領(lǐng)域，建議未來一段時(shí)期內(nèi)重點(diǎn)開展以下研究工作 ：

1)系統(tǒng)研究主動(dòng)配電網(wǎng)下規(guī)劃資源的技術(shù)特征，探討適用于不同應(yīng)用需求的主動(dòng)配電網(wǎng)典型資源集成模式；構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)碳排放替代能力估算模型，以綜合評(píng)估不同集成模式下二氧化碳減排的技術(shù)潛力與預(yù)期效益。

2)深入開展針對(duì)促進(jìn)可再生能源高效利用的主動(dòng)配電網(wǎng)綜合規(guī)劃方法的研究與應(yīng)用。需要從技術(shù)、管理、市場(chǎng)機(jī)制等不同維度分析阻礙可再生能源高效利用的潛在因素及其作用機(jī)制；分析DR， ANM等主動(dòng)配電網(wǎng)可行技術(shù)對(duì)提升配電系統(tǒng)整體運(yùn)行效益及可再生能源消納能力的影響；在計(jì)及各類復(fù)雜不確定性因素的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮電網(wǎng)網(wǎng)架、分布式電源、通信及自動(dòng)化設(shè)備的優(yōu)化配置，研究而向促進(jìn)可再生能源主動(dòng)利用的主動(dòng)配電網(wǎng)綜合資源規(guī)劃方法，重點(diǎn)解決不同低碳阻滯因素所對(duì)應(yīng)時(shí)間尺度不統(tǒng)一的問題。

3)研究開放電力市場(chǎng)環(huán)境下主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃新格局，分析各相關(guān)主體的參與權(quán)限、對(duì)應(yīng)投資的成本收益與決策影響之間的禍合關(guān)系；構(gòu)建反映多主體成本效益的主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，重點(diǎn)考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、供電服務(wù)質(zhì)量、資源利用率、低碳效益等方而屬性；研究基于多方合作博弈的主動(dòng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃?rùn)C(jī)制及輔助決策方法，在靈活兼顧各方利益的前提下促進(jìn)碳減排目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

日益凸顯的生態(tài)環(huán)境問題及我國(guó)節(jié)能減排的宏觀戰(zhàn)略目標(biāo)需電力能源工業(yè)加速推進(jìn)低碳化轉(zhuǎn)型。作為智能配電網(wǎng)發(fā)展到高級(jí)階段的產(chǎn)物，主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)能夠極大提升配電系統(tǒng)對(duì)可再生能源消納及資產(chǎn)高效利用的能力，對(duì)于支撐我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。主動(dòng)配電網(wǎng)自身技術(shù)特點(diǎn)及運(yùn)行方式的變化對(duì)已有配電網(wǎng)規(guī)劃模式提出了全新要求，其關(guān)鍵在于相關(guān)規(guī)劃技術(shù)的突破和發(fā)展。當(dāng)前主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃所涉及的關(guān)鍵研究問題包括需求側(cè)資源特性分析、電力負(fù)荷預(yù)測(cè)、系統(tǒng)資源集成和優(yōu)化配置、投資效益評(píng)價(jià)及決策方法等。其中，復(fù)雜不確定因素與多主體的市場(chǎng)參與格局是貫穿上述研究的難點(diǎn)。盡管目前主動(dòng)配電網(wǎng)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展尚處于起步階段，離實(shí)現(xiàn)成熟商業(yè)化還有很大距離，但可以預(yù)見，伴隨智能電網(wǎng)技術(shù)的突破及世界各國(guó)對(duì)可再生能源產(chǎn)業(yè)支持力度的不斷加大，主動(dòng)配電網(wǎng)勢(shì)必以其在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等方而的綜合優(yōu)勢(shì)而擁有廣闊的發(fā)展前景。

本書系統(tǒng)闡述了主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)，主要內(nèi)容包括：概述，傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，分布式電源接入配電網(wǎng)的基本原則和典型設(shè)計(jì)，主動(dòng)配電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和構(gòu)建原則，主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃，主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)，主動(dòng)配電網(wǎng)控制方案設(shè)計(jì)，主動(dòng)配電網(wǎng)主站設(shè)計(jì)。

●章 概述

●1.1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)典型特征

●1.2 傳統(tǒng)配電網(wǎng)面臨的主要挑戰(zhàn)

●1.3 從無源到有源

●1.4 從被動(dòng)到主動(dòng)

●1.5 主動(dòng)配電網(wǎng)的典型特征

●1.6 主動(dòng)配電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

●參考文獻(xiàn)

●第2章 傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)

●2.1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)理念

●2.2 傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃目的、流程及標(biāo)準(zhǔn)

●2.3 電網(wǎng)現(xiàn)狀評(píng)估

●2.4 空間負(fù)荷預(yù)測(cè)

●2.5 高壓配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)

●2.6 中壓配電網(wǎng)設(shè)計(jì)

●2.7 方案制定基本方法

●參考文獻(xiàn)

●第3章 分布式電源接入配電網(wǎng)基本原則和典型設(shè)計(jì)

●3.1 分布式發(fā)電

●3.2 分布式能源種類......2100433B

本書系統(tǒng)介紹了配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法。主要內(nèi)容包括：總論、配電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)、配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分、高壓配電網(wǎng)規(guī)劃、中壓配電網(wǎng)規(guī)劃、低壓配電網(wǎng)規(guī)劃、配電網(wǎng)無功規(guī)劃、二次系統(tǒng)規(guī)劃、電源接入、電能質(zhì)量、潮流計(jì)算、短路電力計(jì)算、供電可靠性計(jì)算、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、配電網(wǎng)設(shè)備設(shè)施、農(nóng)村電網(wǎng)改造升、主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃、、交直流混合配電網(wǎng)規(guī)劃、網(wǎng)格化規(guī)劃。書中還給出了規(guī)劃設(shè)計(jì)常用的技術(shù)方法、計(jì)算公式、數(shù)據(jù)資料、圖標(biāo)曲線，可供查用、參考。