1、智能化讓配電網主動起來徐丙垠 張新慧山東理工大學智能電網研究中心 山東淄博張周路12號，PC：255049e-mail: xuby摘要介紹了主動配電網的定義、技術內容、發展歷程。分析了主動配電網與有源配電網以及智能配電網概念之間聯系與區別。指出配電網的“智能化”與“主動化”是分不開的，“智能化”使配電網“主動”起來。提出主動配電網的特征包括分布式電源與負荷的主動調節與控制、具有完善的運行監控與信息化管理手段、具有可信容量、針對分布式電源與負荷的隨機性特點進行規劃設計等方面，是解決分布式電源大量接入、優化配電網運行的必由之路。關鍵詞：智能配電網，主動配電網，有源配電網，分布式電源1 引言分布式電

2、源的發展以及現代社會對供電質量與電網運行經濟性要求的提高，使配電技術面臨新的機遇與挑戰，“智能配電網”、“主動配電網”應運而生，引起了電力業界以及社會的廣泛關注，成為電力技術研究的熱點。隨著對智能電網技術研究與推廣應用的深入，人們對智能配電網有了較全面的理解并取得了基本的共識。而主動配電網則是一個相對較新的概念。那么，什么是主動配電網？主動配電網有哪些主要的特征？主動配電網與有源配電網、智能配電網有什么區別與聯系？是目前業界比較關心的問題。本文根據學習、研究智能配電網與主動配電網技術的心得，就此談幾點看法。2主動配電網的由來我們知道，傳統的中低壓配電網向用戶單方向分配電力，不包含分布式電源（分

3、布式發電與儲能裝置）；除無功補償電容器外，不使用其他的有功、無功調節以及電壓控制設備；沒有遠程運行監視與控制手段。因此，傳統的配電網是一個“被動”地從主網接收功率的電力網絡，其潮流根據負荷的需求自然分布，不能夠根據主網以及負荷的變化自動地調整運行方式與潮流，無法對異常運行狀態與故障進行有效地控制，難以保證供電質量、實現最優經濟運行。由于在調節、控制措施上的“被動”，限制了傳統配電網接納分布式電源的能力。為了不影響配電網的安全運行與供電質量，早期的分布式電源接入技術條件，對分布式電源的滲透率及其運行方式做出了嚴格的規定，如美國供電企業曾規定配電線路接入的分布式電源容量不得大于線路最大負荷的10%

4、；美國國際電氣電子工程師協會（IEEE）2003年發布的分布式電源并網技術導則（IEEE 1543）規定，分布式電源要運行在功率接近于1的狀態，不允許其主動地參與配電網電壓無功的調整。這種做法，不利于分布式電源的大量接入，也無法充分發揮其優化配電網運行方面的作用。分布式電源并網的實踐使人們認識到，要提高配電網接納分布式電源的能力、充分發揮其作用，必須轉變傳統的配電網規劃設計、保護、控制與管理方式，要讓它“主動”起來。進入新世紀，針對分布式電源大量接入、高度滲透帶來的問題，英國、意大利等國的學者開始探討配電網的主動控制與調節技術。2006年，國際大電網會議（CIGRE）成立C6.11工作組，專題

5、研究主動配電網問題，中國電科院的范明天教授作為中國代表參加了該工作組的活動；2008年該工作組發布了“主動配電網運行與發展”的研究報告1，正式提出了主動配電網（active distribution networks）的概念。CIGRE工作組的成立，標志著國際電力業界已在主動配電網問題上取得了一定的共識，極大地推動了國際上對主動配電網的研究工作。主動配電網技術，也受到了中國電力科研工作者的廣泛關注，一些學者通過學術會議報告、發布論文向國內業界介紹主動配電網技術及其發展情況2、3。中國“十二五”能源領域國家科技（863計劃）重點智能電網重點專項于2012安排了“主動配電網的間歇式能源消納及優化技

6、術研究與應用”課題，2013年又立項了“多源協同的主動配電網運行關鍵技術研究及示范”課題，標志著中國已展開對主動配電網技術的深入研究。 目前，國際業界對主動配電網的內含、特征與技術內容等，還沒有取得完全一致的意見。CIGRE C6.11工作組報告對主動配電網的定義是：主動配電網具有對包括發電機、負載和儲能裝置在內的分布式資源組合進行控制的系統；配電運行人員能夠應用靈活的網絡拓撲，調整潮流的分布；分布式資源可以根據適當的監管政策以及用戶接入協議，向系統提供一定程度的輔助服務支撐（英文原文：Active distribution networks (ADNs) have systems in pl

7、ace to control a combination of distributed energy resources (DERs), defined as generators, loads and storage. Distribution system operators (DSOs) have the possibility of managing the electricity flows using a flexible network topology. DERs take some degree of responsibility for system support, wh

8、ich will depend on a suitable regulatory environment and connection agreement）。CIGRE C6.11的這個定義，應該是目前對主動配電網內含比較權威的描述。值得注意的是，在2012的CIGRE會議上，C6.11工作組將“主動配電網”改稱為“主動配電系統（active distribution systems）”，以更好地反映其對負荷進行控制的特征。3主動配電網與有源配電網在2004年IEEE年會上，英國曼切斯特大學的學者發表了名為“Active Management and Protection of Distrib

9、ution Networks with Distributed Generation”的論文4，是世界上最早公開發表的研究主動配電網技術的論文。其中“active”意為“主動、積極”，論文題目的中文翻譯為“含分布式電源配電網的主動管理與保護”。在2005年的18屆國際供電會議（CIRED）上，該校學者又發表了“Control of active networks”的論文5，根據論文的內容，其中“active networks”意為“有源網絡”，用來表示含分布式電源的配電網。2008年CIGRE C6.11工作組發布的研究報告使用了“active distribution networks （A

10、DN）”的術語 ，國內有學者根據報告的內容，將其翻譯為“主動配電網”。目前，圍繞著ADN是稱為“主動配電網”還是“有源配電網”，中國學術界還存在不同的意見，不少人對于到底使用哪一個術語更好，還感到很糾結。究其原因，一是因為“active”一詞本身就有“主動”、“有源”的含義，而且傳統上用來描述帶有電源的電路系統，如有源濾波器等；再就是從已發表的有關文獻來看，既有用它表示配電網能夠進行主動地調節與控制的，也有用它描述配電網接有分布式電源這一物理特征的。事實上，這兩個概念既有聯系又有區別。首先，它們反映了現代或未來配電網的兩個基本特征：一是“有源”，功率與故障電流雙向流動；再就是“主動”，即采用積

11、極、主動的控制、管理方法。主動配電網強調配電網具有主動的調節與控制能力的屬性，而有源配電網則是反映了配電網接有分布式電源的物理特征。有源配電網只有采取“主動”的控制與管理手段，才能有效地集成分布式電源，提高供電質量，實現優化運行；而主動配電網只有“有源”，才才能充分發揮出自身的優勢。因此，實際工作中，應該根據所描述的具體問題，決定是使用“主動配電網”還是“有源配電網”。隨著分布式電源大量的接入，配電網的潮流與故障電流特征出現了本質上的變化，其規劃、保護控制以及調度管理方法都與傳統配電網有著很大的區別，這就需要一個新的名詞或術語來描述這種新型的配電網。如果使用“含分布式電源的配電網”或“接入分布

12、式電源的配電網”，顯得比較冗長、繞口，而將其稱為“有源配電網”則比較恰當。一方面是比較簡捷，讀起來上口，例如，我們講“含分布式電源的配電網的繼電保護技術”，顯然不如“有源配電網繼電保護”來得方便；再就是很好地反映了配電網接入了分布式電源的物理特征。“主動配電網”一詞，強調的是配電網具有主動調節與控制能力，顯然，即使不含分布式電源的配電網，也可以“主動”起來，因此，把它來描述含分布式電源的配電網是不準確的。4主動配電網與智能配電網智能配電網是在智能電網技術發展的大背景下提出的，智能配電網是智能電網的重要組成部分。智能配電網主要目標是提高供電質量與運行效率，解決分布式電源的大量接入問題；其特征是自

13、動化、信息化、互動化，具有良好的自愈能力；其主要的支撐技術有計算機測量與控制技術、通信技術、電力電子技術等。從實現的目標、特征以及主要技術內容來看，智能配電網與主動配電網基本一致的，。“智能”與“主動”是分不開的，只有“智能化”，才能使配電網“主動”起來。有人認為，智能配電網是美國學者提出的概念，而主動配電網則是歐洲的說法。也有專家講，智能配電網是個比較空泛的概念，不是很嚴謹，但易于被社會各界所接受；而主動配電網是一個具有明確技術含義的術語，比較專業，適合在學術交流活動中使用。事實上，智能配電網與主動配電網并沒有本質上的不同，很大程度上是從不同的角度描述分布式電源大量接入的先進配電網。前者強調

14、的是利用現代計算機、通信與電力電子技術，讓配電網智能、靈活起來；而后者則是強調配電網具有主動的調節與控制能力。作為未來配電網的發展愿景，智能配電網的內含更為豐富、廣泛些，而主動配電網的內容則較為具體，主要落腳在“主動”這一特征上。需要指出，與主動配電網類似，智能配電網也不是僅限于分布式電源接入的配電網。就“智能配電網”、“主動配電網”與“有源配電網”這三個術語來說，“智能配電網”與“主動配電網”的含義比較接近，一些情況下甚至說是可以互相替代的；而“有源配電網”用于描述配電網包含分布式電源的物理特征，具有獨特的含義，不能與前二個術語等同使用。5主動配電網的主要特征顧名思義，主動配電網的關鍵是“主

15、動”。那么主動配電網到底在哪些方面要“主動”起來呢？首先，分布式電源要進行主動地調節與控制。在傳統配電網規劃設計中，分布式電源采用“即接即忘”的并網原則，即不把分布式電源作為一個常規的電源對待，而是把它看成一個被動的“負的”負荷，或者像有人所說的，是一個只提供“能量”而不輸出“功率”的設備，因此，可以忽略其對配電網運行狀態的影響。為此，要求分布式電源工作在功率因數接近于1的狀態，不允許其主動地參與系統調頻與電壓無功控制，不向系統提供輔助服務。顯然，這種被動的做法無法充分發揮分布式電源的作用。例如，分布式電源不輸出或吸收無功，通過安裝其他無功補償或調壓設備實現電壓控制，難以達到最佳的投資效果；在

16、系統頻率變化時，分布式電源不能夠自動調整其功率輸出，加大了電力系統調頻的困難。而主動配電網利用先進的計算機控制與通信技術手段，使分布式電源與配電網有效地集成，積極、主動地參與系統調頻與電壓無功控制，實現配電網乃至整個電力系統的優化運行，提高電力系統運行的安全性與供電可靠性，降低整體投資。第二，要讓負荷主動起來。電力系統的一部分負荷，如電動車、電熱水器、洗衣機、照明設備等，是功率可調或用電時間可平移的負荷，稱為可調負荷。從系統運行角度講，這些可調負荷是重要的功率平衡資源。鑒于此，國際上往往把分布式發電、儲能裝置以及可調負荷統稱為分布式資源（Distributed Resource，DR）。傳統的

17、配電網中，由于在規劃設計時很少考慮如何發揮可調負荷的作用以及缺少技術手段的緣故，負荷只是根據自身需要被動的從電網中吸收功率，使“可調負荷”這一資源被無謂的浪費掉了。而主動配電網具有完善的需求側響應技術措施與機制，能夠充分發揮可調負荷在系統功率平衡控制以及平滑電力系統負荷曲線的作用。第三，要具備主動的條件。通俗地理解，要有“主動”的本錢。主要體現在兩方面，一個是擁有可調資源，除了上面提到的分布式電源與可調負荷外，還有安裝一些有功與電壓無功調節設備，如靜止無功補償裝置（SVC）、靜止同步發生器（STATCOM）、統一潮流控制器（UPFC）等；再就是具備完善的調節、控制手段，即建有基于現代計算機與通

18、信技術的測量、控制與保護系統。第四，能夠不依賴主網主動地給全部或部分負荷供電，具有可信容量。所謂可信容量，是配電網能夠利用接入的分布式發電與儲能裝置供電，并且滿足供電可靠性要求的可用容量。按照常規的配電網規劃設計方法，盡管其中接入了分布式電源，但仍然主要依賴主網提供備用容量、保證電壓的穩定。主動配電網具有豐富的可調資源與完善的調節、控制手段，為獲得可信容量、使其成為一個真正意義上的微電網創造了條件。有了可信容量，就可以減少配電網對主網的容量需求，這對于提高電力系統設備的利用率、降低系統的整體投資具有十分重要的意義。第四，針對主動的特點，進行配電網的規劃設計。根據國際大電網會議工作組的問卷調查結

19、果，90%的供電企業仍然是采用傳統的配電網規劃設計方法，不考慮或很少考慮分布式電源和可調負荷的集成；配電網容量針對最大的負荷需求設計，并不計及運行中主動地功率調節控制作用。這種做法對于以前的無源、被動配電網是比較經濟有效的，而對于有源配電網來說，則無法充分地發揮分布式資源的作用，達不到最優的技術經濟效果。主動配電網的規劃，不再僅僅考慮一個簡單的配電網運行狀態斷面（Snapshot），而是要全面地考慮分布式電源與負荷的時變特征，識別出功率變化的“日模式”，采用隨機分析方法，解決配電網規劃中的不確定問題，制定最佳解決方案。6主動配電網技術展望近年來，分布式電源正在世界范圍內迅速發展，正在電力技術帶

20、來一場深刻的變革。例如在德國，到2012年8月底僅光伏裝機容量就超過了30GW，基本上都是從中低壓配電網接入的，部分配電網光伏裝機容量超過了其平均負荷的3倍。2012年5月25日中午，德國全國光伏發電功率達到21GW，約占當時全國發電總功率的40%。中國國家能源發展十二五規劃提出要大力發展分布式能源。2012年11月，國家電網發布了支持分布式光伏并網的一系列措施。中國將迎來一個分布式電源大發展的時期。分布式電源的大量接入、高度滲透，使配電網成為一個電力分配與交換網絡，給其規劃設計、保護控制與運行管理帶來一系列挑戰。實現智能化，讓配電網主動起來，是解決分布式電源與配電網的集成問題，提高配電網供電

21、質量與運行效率的必由之路。目前，主動配電網技術還在理論探討、技術研發與應用試點階段。相信隨著時間的推移，業界對主動配電網定義、技術特征及其主要技術內容，將取得廣泛的共識；在虛擬發電廠（VPP）、需求側響應、柔性配電等主動配電網的關鍵技術上將取得實質性突破，形成完整的技術體系。隨著主動配電網技術的發展，未來的配電網將廣泛應用現代計算機控制與通信技術，具有很高智能化程度，可以靈活地拓撲結構，對電網運行狀態進行主動地調節與控制；能夠有效地集成分布式電源，支撐高達100%分布式電源滲透率；充分發揮分布式電源與可調負荷的作用，最大程度的減少對主網的容量需求，并可為電力系統提供調頻與電壓無功控制服務；具有

22、良好的自愈能力，供電質量顯著提高，能夠為特殊用戶提供不間斷地優質電力；線損顯著地降低，設備利用率大幅地提高，具有很高的經濟性。參考文獻1. CIGRE Task Force C6.11, Development and operation of active distribution networks，2008.2. 范明天，張祖平，蘇傲雪，蘇劍. 主動配電系統可行性研究，中國電建工程學報，Vol.33 No.22, 2013年8月。3. 尤毅，劉東，于文鵬，陳飛，潘飛. 主動配電網技術及其進展,電力系統自動化，Vol.36, No.18, 2012年9月。4. Ahmed Shafiu, T

23、homas Bopp, Ian Chilvers, Goran Strbac, Nick Jenkins, Haiyu Li. Management and protection of distribution networks with distributed generation, 2004 IEEE PES General meeting.5. Ahmed SHAFIU, Vincent THORNLEY, Nick JENKINS, Goran STRBAC Adam MALOYD, Control of active networks, 18th International Conference on Electricity Distribution Turin, June 2005.Smartization Makes Distribution Networks ActiveXU Bingyin Zhang XinhuiThe Smart Grids Research center of Shandong University of Technology12, Zhangzhou Road, Zibo, Shandong. PC:255049e-mail: xubyAbstractThe concepts, technic