深度｜主动配电网内涵、现状及未来发展趋势

重要的成果在于最早提出一些主动配电网能量管理系统，一系列控制器和符合储能的系统，这也是它的一个解决目标，这个是当时的七个任务之间的关联关系，其中最基本的技术研究是主动配电网的信息控制策略研究，然后我们提出多级分层消纳模式，点、线、面三个层次分层消纳。在此基础上还有一些综合规划的技术和负荷储能的技术。负荷储能是解决两个问题，一个是功率性的储能，一个是能量性储能。功率储能就是解决瞬间的波动，功率可以一倍、两倍、三倍、五倍放电，能量储能就是持续很长一段时间，持续一段时间能量消耗控制。电能质量解决一些谐波，还有一些电能质量、电压突变的问题。后面两个就是协调控制和能量管理，主要就是解决主动配电网控制系统，怎么样来利用一些控制的手段、方法以及策略，来解决刚才所说的主动配网的这种灵活的主动化管理的机制。最后在示范工程做了一些应用。

相关的技术这里不展开讨论了。这里面形成了两网企业标准，一个是主动配电网信息控制系统设计导则，第二个是主动配电网供蓄能力指标计算与应用的技术导则。

第一个导则解决的是主动配电网控制系统的设备和系统怎么架构的。第二个是解决储能这个东西在配电网里面应用的时候，它的一个定量分析的方法，一般在应用储能的时候都知道它有很多特性，但是不知道用什么数学指标描述这件事情，定性的指标比较多，定量的指标比较小，所以在这里我们提出了供蓄能力指标，这样一个指标可以定量分析主动配电网从规划、设计到运行这些指标。相关两个标准，南网起标已经在进入征求意见阶段，同时我们今年申请了一个中国电机工程协会的团体标准已批准立项，还有一个是国标也在写作过程中，是关于主动配电网的能源互联的标准，这些标准对技术发展会有重要的指导作用。

这个示范工程是铝业公司，两个都是做铝业的公司，对能源消耗比较大，是中国航天旗下的一个佛山的神舟光伏电力有限公司，依托佛山市广成铝业有限公司和金世界铝业公司屋顶投资建设的金太阳示范项目。在广成铝业和金世界两个铝业的屋顶，建设了一个5.5兆瓦的一个光伏，在这个并网的一开始存在很大问题，光伏运行经常会停，光伏的消纳率不够完整，每年停机大概300多个小时，其中有的时候工厂强制停机，有的是因为各种事故停机。所以我们需要解决两个问题，一个是功率可靠性，一个是光伏的消纳率。

在广成铝业和金世界铝业，我们把相应的控制过程解决了。解决过程中解决了两个问题，一个是解决光伏发电的消纳问题，光伏消纳问题有两个，一个是当配网停电的时候它也要停，就是外面电网停电的时候光伏可以顶上，它不行，因为它没有一定的支撑能力，当配电网停电它也要停，所以我们后面通过一些储能的协调控制解决了这个问题，当大电网停电的时候它可以通过孤岛运行就地的解决消纳问题。另外就是用电设备期间也可以引起光伏发电逆变器的波动，导致光伏停机，解决它的一个电能质量波动带来的问题。第二个是光伏发电的优化问题，就是说在光伏发电过程中，我们把它的利用效率可以通过电力市场交易的机制，通过削峰填谷减少它的功率倒送，尽量把电就地使用，所以我们利用一个主动能量管理的技术，实现区域内就地消纳为主，所以这是点、线、面的层层消纳方式。我们把相应的主动配电网的863研究成果做了很多的工程应用，包括消纳模式的切换，有功率、无功率的控制，最优极化曲线，负荷储能的有效性，还有孤岛负电这几个技术指标，解决了它的消纳率，以及可靠性问题得到了充分的验证。

这是我们在12年的立项项目，15年得到科技部的验收。这个是国内最早的主动配电网概念，当时这个概念11年立项的时候，专家审核的时候大家都觉得我们在玩概念，很多专家不了解什么是主动配电网，一开始有些概念要说服大家是很艰难的，开始专家有很多的问题，我们通过逐步讲解，使很多专家能够勉强同意立项，但我们结束的时候就不一样了，我们本来是12年立项，15年才结束。在14年的时候又有一个项目开始，这个时候主动配电网的概念已经广泛接受了，还不等我们项目结束，科技部又诞生了第二个主动配电网的项目，叫做“多源协同的主动配电网运行关键技术研究及示范”，提出这个项目之后，一个是国网的，一个是南网的，这个项目后来是两家平分，国网做一部分，南网做一部分，它是在主动配电网的概念比较清晰之后，在它的调节手段和对各种分布式电源种类和类型，还有控制能力和应变手段有很多进一步完善之后深入进行的。

国网公司牵头的重点解决的是充分利用主动配电网的可控资源，研究可以实现主动规划、感知、管理、控制与服务的装置与系统，也是解决配电网的一些基本的问题。这个可控资源是三联供，一个是冷热电联供，一个是储能，还有一个是分布式电源的可控调节。另外需求响应和电能计算也有一部分，目标是提出高电能品质、高运行可靠性、清洁能源的高渗透率，和为主网提供一些备用服务调节能力。

南网的示范项目在种类和示范的类型上几乎把市面上可再生能源和分布式电源都涵盖在里面，包括风电、光伏、水电、冷热电联供、储能、电动汽车。还有用户的负荷主动管理，把用户作为一个可调节的资源，我们重点研究主动规划、主动控制和主动管理，解决的是高运行可靠性的多种可再生能源的高渗透率的过程。同时因为我们研究的示范工程正好是南方电网的一个培训中心，一个学校，我们还建了一套教学培训系统。在这个里面形成南方电网的企业标准，叫主动配电网规划设计导则，也形成了相应的一些规划成果。

第二个是开发了一系列主动配电网全局运行决策，负荷主动管理系统和一个教学培训系统，三个这样的系统作为支撑能量管理系统重要的支撑点。另外开发了一系列控制的设备和装置，这些设备包括风、光、储、水电，冷热电协同交互控制器，和充电桩的控制管理单元。同时还解决了含分布式电源的控电自动化，同时还开发了智能用户终端，就是把培训中心学生住的宾馆，作为一个单元节点，把它作为一个用户的双向互动交易的这么一个智能用户终端给开发出来，把用户端的概念也放到里面去。这个是我们的智能用户终端，是考虑分布式电源接头的配网终端智能升级，传统配网终端升级为能解决含分布式电源故障处理的过程，开发了相应的故障处理设备。

这是整个主动配电网网管技术集成示范的架构图，这里面的示范工程是三个变电站范围里面的五条配线之间的联动，在这里面有三联供，储能，一个洪峰水电站、小水电，里面有各种光伏、充电桩、三个变电站，另外负荷也是参与调节的，比较小一点，这个电动车也是参与调节的。在这里面分成两个层面的管理，一个是正常运行情况下，另一个是故障情况下，正常运行情况下解决的是全局优化的问题和运行方式优化的问题。就是把传统的配网自动化的技术进行升级，升级的主要出发点是考虑分布式电源结构的新能源的高消纳率，还有一个就是高可靠性，还有就是运行的高效率。以这几个为目标，解决有功优化的问题，包括峰谷差的降低，分布式电源的调节。另外解决电能质量和电压水平的稳定，无功优化调节。这个里面分成三个层次，一个是下面全局优化决策层，还有中间一个区域协同自治，我们有一个区协同交互控制器解决就地区域协同，这里面解决就地区域比微网范围要大一点，可以是几个微网的区域，也可以是单个微网的区域，也可以是没有微网，单个的风电直接接入的。这样一个区域协调控制器，使得我们把优化分两个时间尺度，一个全局优化尺度是每15分钟算一个调度最优的决策目标传下去，然后区域性的控制器解决的是秒级和分钟级别的快速跟踪响应过程，所以这样一个控制设备分成两个层次，优化层次结构非常清晰。

在故障情况下，我们解决一个孤岛运行，还有一个运行方式优化，可以灵活调节拓扑结构，使得我们的运行方式能够实现各种各样的间歇性电源，在不同运行工况下的有效消纳。

在故障情况下也是两个关键技术，金智科技前面已经做了很多智能分布式馈线自动化，作为一个配网自动化的升级。但是这里面又做了一个升级，以前的自动控制化可能没有考虑分布式电源，因为这种需求不足，但我们的示范工程里面把分布式电源并网的双向潮流，针对电流带来不确定性的变化，我们提出基于同步相位的纵联来解决它的分布式电源，通过相位的判据来解决这个问题，所以避开了短路电流大小的不确定性带来的问题，这是一个很大的突破。

第二个问题解决的也是我们孤岛的运行问题，这个孤岛运行跟传统的微网的孤岛不太一样，微网的孤岛就是一个点接入。当我们在这个基础上提出一个新技术，在国际上也是领先的，我们今年春天去了CIGREC6的年会，C6工作组的组长说全世界范围内都想找这种微网的孤岛运行和配网协同配合方面的案例，但找不到很好的案例，介绍了一个是法国的还是德国的案例，都比我们这个规模小，而且是一个点的并网。我们这个好在什么地方？大家可以看我这个孤岛区，第一个这个区域可以动态灵活划分，是动态区域管理。第二我这个点是主动配网管理，不是一个PCC接入点，而是PCC点有多个，就是它形成一个孤岛区域，可能是在这个地方形成的一个孤岛，但是可能在这个地方形成一个恢复；也可能在这边形成一个孤岛，这边有多个恢复，所以它的并网切换点是可以根据电网实际的动态拓扑和动态分区灵活选择，这一点在全世界都没有解决，我们这次主动配电网这方面的技术可以说在国际上有一定的领先性。跟这个专家交流的时候，这个专家希望把我们这个成果尽快的在CIGREC6里面作为一个专题案例，给他们做一个介绍和交流。这就是我们在主动配电网关键技术方面的进步，虽然我们起步比欧洲晚，他们09年开始有概念，我们12年才立项，比他们晚三年。但是我们在主动配电网控制和协调的能力方面，我们跟国际上是同步和接轨的，部分技术还是有一定的领先，最难的地方我们把它赶上去。

示范工程相应的电网的结构图，这个是洪峰水电站的区域，这个是我们培训中心的，这是三个变电站，五条区域里面。整个分布式电源渗透率大概在35%左右，35%当然跟国际比还是不行，但是国内很难找到30%这样的示范点，我们在这样35%的示范点的情况下，所有的运行方式优化的程序和各种控制完美结合。这个项目当时验收的时候得到了科技部专家的高度评价，这是示范现场的，这是调度中心协同，这是我们两个长时间尺度全局优化决策运行的相应的技术框图，包括云新方式优化，和全局运行的决策优化，在这里面通过馈线控制误差，在这里面提出一些概念，包括FC馈线控制误差的技术指标在国际上也是率先提出来，也是把这个分解到各个分布式单元里面进行有效的协同控制。就是主动配电网这套协同控制管理，通过我们这两个863项目的研究和成果的逐步产业化，我们已经形成了比较完整的解决方案和体系。

这个是负荷主动管理的优化，把这个负荷用户作为可调节资源，让用户参与互动，用户可以通过在PAD选择参不参与调节，可以参加也可以不参加。如果参与了，就可以在一定范围里面根据我们电网的运行方式，算出这个负荷有多少调节能力，作为需求响应的调节能力，我们在这儿把它跟主动配电网控制有效协同起来。

这个照片是这两天刚拍的，就是这两天在国展中心里面的工博会，是南方电网唯一的示范工区，这个就是示范工区的一个全景模型，在这个工博会做了一个展示，今天早上南网电视台记者还做了一个采访。科技部分管高科技863的一个处长他也到现场做了观摩和参观，当时这个项目验收得到专家高度肯定，后来科技部为了这个项目在863专门在网站上出了一个通报，南方电网专门出了一个文件，很难得为一个项目全网发了一个通报表彰的文件，在这个基础上我们正在申报南方电网的重点实验室，把这个项目成果后续再做研究。

稍微总结一下，在这里面刚才说到，从总的装机容量上和示范规模上不像其它的项目那么大，但是它的种类，示范分布电源的种类，有多种类型的多能互补、冷热电联供，包括储能、光伏、电动车的双向驱动，还有用户侧的参与条件管理，所以这一整套相当于是多能互补和能源互联很多关键技术，都在这里面做了充分的实现、示范以及应用，很多关键技术应该说都解决掉了。因为麻雀虽小五脏俱全，相关的技术可以直接挪到多能互补和增量研究项目，它们完全可以做到这方面的应用。