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  分布式电源的发展以及现代社会对供电质量与电网运行经济性要求的提高,使配电技术面临新的机遇与挑战,“智能配电网”、“主动配电网”应运而生。 主动配电网还是有源配电网? 布式电源的发展以及现代社会对供电质量与电网运行经济性要求的提高,使配电技术面临新的机遇与挑战, “智能配 电网”、“主动配电网”应运而生,引起了电 力业界以及社会的 广泛关注,成为电力技术研究的热点。随着对 智能电网技术研 究与推广应用的深入,人们对智能配电网有了较 全面的理解并 取得了基本的共识。而主动配电网则是一个相对较 新的概念。那么,什么是主动配电网?主动配电网有哪些主要的 特征?主动配电网与有源配电网、智能配电网有什么区别与联系? 是目前业界比较关心的问题。 主动配电网的由来 我们知道,传统的中低压配电网向用户单方向分配电力,不 包含分布式电源(分布式发电与储能装置);除无功补偿电容器外, 不使用其他的有功、无功调节以及电压控制设备;没有远程运行 DISTRIBUTION UTILIZATION供用电 特别策划监视与控制手段。因此,传统的配电网是一个“被动”地从主网 接收功率的电力网络,其潮流根据负荷的需求自然分布,不能够 根据主网以及负荷的变化自动地调整运行方式与潮流,无法对异 常运行状态与故障进行有效地控制,难以保证供电质量、实现最 优经济运行。 在调节、控制措施上的“被动”,限制了传统配电网接纳分布 式电源的能力。为了不影响配电网的安全运行与供电质量,早期的 分布式电源接入技术条件对分布式电源的渗透率及其运行方式做 出了严格的规定,如美国供电企业曾规定配电线路接入的分布式 电源容量不得大于线%;美国国际电气电子工程师 协会(IEEE)2003 年发布的分布式电源并网技术导则(IEEE 1543) 规定,分布式电源要运行在功率因数接近于 的状态,不允许其主动地参与配电网电压无功的调整。这种做法,不利于分布式电 源的大量接入,也无法充分发挥其优化配电网运行方面的作用。 分布式电源并网的实践使人们认识到,要提高配电网接纳分 布式电源的能力、充分发挥其作用,必须转变传统的配电网规划 设计、保护、控制与管理方式,要让它“主动”起来。进入新世纪, 针对分布式电源大量接入、高度渗透带来的问题,英国、意大利 等国的学者开始探讨配电网的主动控制与调节技术。2006 际大电网会议(CIGRE)成立C6.11 工作组,专题研究主动配电 网问题,中国电科院的范明天教授作为中国代表参加了该工作组 的活动;2008 年该工作组发布了《主动配电网运行与发展》的研 究报告 ,正式提出了主动配电网(ActiveDistribution Networks, ADN)的概念。该工作组的成立,标志着国际电力业界已在主动 配电网问题上取得了一定的共识,极大地推动了国际上对主动配 电网的研究工作。 主动配电网技术,也受到了我国电力科研工作者的广泛关注, 一些学者通过学术会议报告、发布论文向国内业界介绍主动配电 网技术及其发展情况 。“十二五”能源领域国家科技(863计划) 智能电网重点专项于 2012 安排了“主动配电网的间歇式能源消纳 及优化技术研究与应用”课题,2013 年又立项了“多源协同的主 动配电网运行关键技术研究及示范”课题,标志着我国已展开对 主动配电网技术的深入研究。 目前,国际业界对主动配电网的内涵、特征与技术内容等, 还没有取得完全一致的意见。CIGRE C6.11 工作组报告对主动配 电网的定义是:主动配电网具有对包括发电机、负载和储能装置 在内的分布式资源组合进行控制的系统;配电运行人员能够应用 灵活的网络拓扑,调整潮流的分布;分布式资源可以根据适当的 监管政策以及用户接入协议,向系统提供一定程度的辅助服务支 撑。CIGRE C6.11 的这个定义,应该是目前对主动配电网内涵比 较权威的描述。 值得注意的 CIGRE会议 上,C6.11 工作组 主动配电网”改称 主动配电系统(Active Distribution Systems 以更好地反映其对负荷进行控制的特征。“主动配电网”与“有源配电网” IEEE年会上,英国曼切斯特大学的学者发表了名 为“Active Management DistributionNetworks DistributedGeneration”的论文 ,是世界上最早公开发表的研究主动配电网技术的论文。其中“active”意为“主动、积极”,论文 题目的中文翻译为“含分布式电源配电网的主动管理与保护”。 18届国际供电会议(CIRED)上,该校学者又发表 了“Control activenetworks”的论文 ,根据论文的内容,其中“active networks”意为“有源网络”,用来表示含分布式电源的 配电网。2008 CIGREC6.11 工作组发布的研究报告使用了“active distribution networks (ADN)”的术语 ,国内有学者根据报告的内 容,将其翻译为“主动配电网”。 目前,围绕着 ADN 是称为“主动配电网”还是“有源配电网”, 国内 学术界还存在不同的意见,不少人对于到底使用哪一个术语 更好,还 感到很纠结。究其原因,一是因为“active”一词本身就 有“主动”、 “有源”的含义,而且传统上用来描述带有电源的 电路系统,如有源 滤波器等;再就是从已发表的有关文献来看, 既有用它表示配电网能 够进行主动地调节与控制的,也有用它描 述配电网接有分布式电源这 一物理特征的。事实上,这两个概念 既有联系又有区别。首先,它们 反映了现代或未来配电网的两个 基本特征:一是“有源”,功率与故障 电流双向流动;再就是“主 动”,即采用积极、主动的控制、管理方法。 主动配电网强调配 电网具有主动的调节与控制能力的属性,而有源配 电网则是反映 了配电网接有分布式电源的物理特征。有源配电网只有采取 “主动” 的控制与管理手段,才能有效地集成分布式电源,提高供电质 实现优化运行;而主动配电网只有“有源”,才能充分发挥出自身的优势。因此,实际工作中,应该根据所描述的具体问题,决 定是 使用“主动配电网”还是“有源配电网”。 随着分布式电源大量的接入,配电网的潮流与故障电流特征 出现 了本质上的变化,其规划、保护控制以及调度管理方法都与 传统配电 网有着很大的区别,这就需要一个新的名词或术语来描 述这种新型的 配电网。如果使用“含分布式电源的配电网”或“接 入分布式电源的配 电网”,显得比较冗长、绕口,而将其称为“有 源配电网”则比较恰当。 一方面是比较简捷,读起来上口,例如, 我们讲“含分布式电源的配电 网的继电保护技术”,显然不如“有 源配电网继电保护”来得方便;再 就是很好地反映了配电网接入 了分布式电源的物理特征。“主动配电 网”一词,强调的是配电 网具有主动调节与控制能力,显然,即使不含分 布式电源的配电网, 也可以“主动”起来,因此,把它来描述含分布 式电源的配电网 19 20供用电 2014.01 特别策划“智能配电网”、“主动配电网”与“有源配电网” 这三个术语来说,“智能配电网”与“主动配电网” 的含义比较接近,一些情况下甚至说是可以互 相替代的;而“有源配电网”用于描述配电网 包含分布式电源的物理特征,具有独特的含义, 不能与前两个术语等同。 是不准确的。 主动配电网与智能配电网 智能配电网是在智能电网技术发展的大背景下提出的,智能 配电网是智能电网的重要组成部分。智能配电网主要目标是提高 供电质量与运行效率,解决分布式电源的大量接入问题;其特征 是自动化、信息化、互动化,具有良好的自愈能力;其主要的支 撑技术有计算机测量与控制技术、通信技术、电力电子技术等。 从实现的目标、特征以及主要技术内容来看,智能配电网与 主动配电网基本一致。“智能”与“主动”是分不开的,只有“智 能化”,才能使配电网“主动”起来。有人认为,智能配电网是 美国学者提出的概念,而主动配电网则是欧洲的说法。也有专家讲, 智能配电网是个比较空泛的概念,不是很严谨,但易于被社会各 界所接受;而主动配电网是一个具有明确技术含义的术语,比较 专业,适合在学术交流活动中使用。事实上,智能配电网与主动 配电网并没有本质上的不同,很大程度上是从不同的角度描述分 布式电源大量接入的先进配电网。前者强调的是利用现代计算机、 通信与电力电子技术,让配电网智能、灵活起来;而后者则是强 调配电网具有主动的调节与控制能力。作为未来配电网的发展愿 景,智能配电网的内含更为丰富、广泛些,而主动配电网的内容 则较为具体,主要落脚在“主动”这一特征上。 需要指出,与主动配电网类似,智能配电网也不是仅限于分 布式电源 接入的配电网。就“智能配电网”、“主动配电网”与 “有源配电网”这三 个术语来说,“智能配电网”与“主动配电网” 的含义比较接近,一些情况 下甚至说是可以互相替代的;而“有 源配电网”用于描述配电网包含分布式 电源的物理特征,具有独 特的含义,不能与前两个术语等同使用。 主动配电网的主要特征 顾名思义,主动配电网的关键是“主动”。那么主动配电网 到底在哪 些方面要“主动”起来呢? 首先,分布式电源要进行主动地调节与控制。在传统配电网 规划设计 中,分布式电源采用“即接即忘”的并网原则,即不把 分布式电源作为一 个常规的电源对待,而是把它看成一个被动的 “负的”负荷,或者像有人 所说的,是一个只提供“能量”而不 输出“功率”的设备,因此,可以忽略 其对配电网运行状态的影响。 为此,要求分布式电源工作在功率因数接近于 的状态,不允许其主动地参与系统调频与电压无功控制,不向系统提供辅 助服务。 显然,这种被动的做法无法充分发挥分布式电源的作用。例如, 分布式电源不输出或吸收无功,通过安装其他无功补偿或调压设 备实现电 压控制,难以达到最佳的投资效果;在系统频率变化时, 分布式电源不能够 自动调整其功率输出,加大了电力系统调频的 困难。而主动配电网利用先 进的计算机控制与通信技术手段,使 分布式电源与配电网有效地集成,积 极、主动地参与系统调频与 电压无功控制,实现配电网乃至整个电力系统 的优化运行,提高 电力系统运行的安全性与供电可靠性,降低整体投资。 第二,要让“负荷”主动起来。电力系统的一部分负荷,如 电动车、电热水器、洗衣机、照明设备等,是功率可调或用电时 间可平移的负荷,称为可调负荷。从系统运行角度讲,这些可调 负荷是重要的功率平衡资源。鉴于此,国际上往往把分布式发电、 储能装置以及可调负荷统称为分布式资源(Distributed Resource, DR)。传统的配电网中,由于在规划设计时很少考虑如何发挥可 调负荷的作用以及缺少技术手段的缘故,负荷只是根据自身需要 被动的从电网中吸收功率,使“可调负荷”这一资源被无谓的浪 费掉了。而主动配电网具有完善的需求侧响应技术措施与机制, 能够充分发挥可调负荷在系统功率平衡控制以及平滑电力系统负 供用电 DISTRIBUTION UTILIZATIONDISTRIBUTION UTILIZATION供用电 特别策划荷曲线的作用。 第三,要具备“主动”的条件。通俗地理解,要有“主动” 的本钱。主要体现在两方面,一个是拥有可调资源,除了上面 提到的分布式电源与可调负荷外,还有安装一些有功与电压无 功调节设备,如静止无功补偿装置(SVC)、静止同步发生器 (STATCOM)、统一潮流控制器(UPFC)等;再就是具备完善 的调节、控制手段,即建有基于现代计算机与通信技术的测量、 控制与保护系统。 第四,能够不依赖主网“主动”地给全部或部分负荷供电, 具有可信容量。所谓可信容量,是指配电网能够利用接入的分布 式发电与储能装置供电,并且满足供电可靠性要求的可用容量。 按照常规的配电网规划设计方法,尽管其中接入了分布式电源, 但仍然主要依赖主网提供备用容量、保证电压的稳定。主动配电 网具有丰富的可调资源与完善的调节、控制手段,为获得可信容量、 使其成为一个真正意义上的微电网创造了条件。有了可信容量, 就可以减少配电网对主网的容量需求,这对于提高电力系统设备 的利用率、降低系统的整体投资具有十分重要的意义。 第五,针对“主动”的特点,进行配电网的规划设计。根据 国际大电网会议工作组的问卷调查结果,90% 的供电企业仍然是 采用传统的配电网规划设计方法,不考虑或很少考虑分布式电源 和可调负荷的集成;配电网容量针对最大的负荷需求设计,并不 计及运行中主动地功率调节控制作用。这种做法对于以前的无源、 被动配电网是比较经济有效的,而对于有源配电网来说,则无法 充分地发挥分布式资源的作用,达不到最优的技术经济效果。主 动配电网的规划,不再仅仅考虑一个简单的配电网运行状态断面 (Snapshot),而是要全面地考虑分布式电源与负荷的时变特征, 识别出功率变化的“日模式”,采用随机分析方法,解决配电网 规划中的不确定问题,制定最佳解决方案。 主动配电网展望 近年来,分布式电源在世界范围内迅速发展,正为电力技术 带来一场深刻的变革。例如在德国,到 2012 月底仅光伏装机容量就超过了 30GW,基本上都是从中低压配电网接入的,部分 配电 网光伏装机容量超过了其平均负荷的 中午,德国全国光伏发电功率达到 21GW,约占当时全国发电总 功率的 40%。 中国国家能源发展”十二五”规划提出要大力发展 分布式能源。2013 年下半年国家接连出台分布式能源政策,以支 持分布式能源的发展。中 国将迎来一个分布式电源大发展的时期。 分布式电源的大量接入、高度 渗透,使配电网成为一个电力分配 与交换网络,给其规划设计、保护控 制与运行管理带来一系列挑战。 实现智能化,让配电网主动起来,是解 决分布式电源与配电网的 集成问题,提高配电网供电质量与运行效率的 必由之路。 目前,主动配电网技术还在理论探讨、技术研发与应用试点 阶段。相信随着时间的推移,业界对主动配电网定义、技术特征 及其主要技术内容,将取得广泛的共识;在虚拟发电厂(VPP)、 需求侧响应、柔性配电等主动配电网的关键技术上将取得实质性 突破,形成完整的技术体系。 随着主动配电网技术的发展,未来的配电网将广泛应用现 代计算机 控制与通信技术,具有很高智能化程度,可以灵活地 改变拓扑结构,对 电网运行状态进行主动地调节与控制;能够 有效地集成分布式电源,支 撑高达 100% 分布式电源渗透率;充 分发挥分布式电源与可调负荷的作用, 最大程度的减少对主网 的容量需求,并可为电力系统提供调频与电压无 功控制服务; 具有良好的自愈能力,供电质量显著提高,能够为特殊用 有很高的经济性。徐丙垠,山东理工大学智能电网研究中心主任,博士 生导师,教授,主要从事智能配电网、配电网自动化、 电力线路故障监测方向的研究。 李天友,国网福建省电力公司副总工程师,博士,高 级工程师,主要从事配电技术研究。 薛永端,中国石油大学(华东)教授,主要从事配电自 动化及其故障检测、智能配电网故障自愈技术的研究。 21 参考文献 AhmedShafiu, Thomas Bopp, Ian Chi vers,Goran Str bac, Nick Jenkins HaiyuLi distributionnetwor ks distributed generation, 2004 IEEE PES Gener al meeting. AhmedSHAFI VincentTHOR NLE NickJENKI NS, Goran STRBAC Adam MALOYD, Control activenetworks, 18th International Confer ence Electricity Distribution, Turin, June 2005. CIGRE Task Force C6.11, Development operation activedistribution networks,2008. 主动配电系统可行性研究,中国电机工程学报,Vol.33, No.22, 2013.8,12-18. 电力系统自动化,Vol.36,No.18, 2012.8,10-16.

  这让人联想到经典的“三元悖论”,也称“三难选择”,即在开放经济条件下,本国货币政策的独立性、汇率政策、资本的自由流通不能同时实现,最多只能同时满足两个目标,需要通过放弃另外一个目标来实现调控目的。但汇率必须是固定的这一前提,让上述三方面的因素变得更加难以调和。


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