主动配电网规划技术

负荷出险概率极低，不出现或者出现的时间极短。显然，以预测的最大负荷为依据的传统规划过于保守，经济型明显偏低。

与传统规划不同，主动规划需要收集更多、更详细的符合数据，并建立不同类型的负荷模型，利用稿率统计，进行预测分析，从而得到基于概率的负荷预测数据。显然，已预测的概率负荷作为规划参考更为科学，也更贴切实际，避免了过于乐观或保守。需要注意的是，主动规划中负荷预测所采用的负荷模型并不是一个固定运行状态下负荷模型，而是一个时间模型，如：典型的日常模式、典型的节假日模式等。利用这样的时间模型才能与各种类型的分布式发电进行多时间尺度的综合计算，从而反映负荷与分布式发电间的耦合关系，以及它们在各种需求考虑的系统运行工况下对备选规划方案的影响。

不难看出，主动规划中的负荷预测完全改变了传统规划的基础，逐渐从原来的宏观统计估计过渡到微观建模分析，其实显得复杂程度大幅增加。毫无疑问，主动规划的负荷预测更加依赖于大量的数据统计与分析，而这些数据的收集必须依赖于远程自动抄表（Automatic meter reading， AMR）系统的完善部署。

3.3.4 数学模型

当粗放的传统规划转变为精细的主动规划时，各类响应负荷、分布式发电、储能配置、电动汽车等多种分布式电源的加入，增加了规划问题的复杂程度。同时，这些新变量的特性与时间相关，其模型都是时间函数，这使得传统的时间断面规划方式掩盖了这些变量的时变特性，而由时间断面到多时间尺度的变化又进一步增加了主动规划的难度。因此与传统规划相比，主动规划是一个相对复杂更加难以求解的组合优化问题，其数学模型的特点如下：

（1） 需要大量数据。 （2） 满足多时间尺度。 （3） 适应不确定性。

（4） 多目标，多变量，多约束。

3.3.5网络解与非网络解的平衡

网络解（Network Solutions）与非网络解（No-network Solutions）的平衡也是规划方案技术性和经济性平衡，两者的平衡直接决定了待建配电网结构和功能，是整个规划的核心和关键，也是电网公司主动管理水平的重要体现。

网络解属于配电网的升级改造，即“硬手段”，通过网络建设增加系统的运行裕度，包括配置变电站点与电网结构的优化布局等：而非网络解属于系统的主动管理，即“软手段”，通过配电人员的优化运行控制，有效的降低了负荷对系统稳定运行裕度的要求，包括发电机优化调度、需求侧集成、无功管理、变压器分接头的控制、系统重新配置、存储优化运行等。 一般而言，网络解实际上增加了系统的运行裕度，相应也提高了系统的可靠性，但其成本高；非网络解是通过主动管理技术来确保系统稳定运行，系统的可靠性依赖于配网调度人员的运行水平，其实现成本低。此外，网络解的规划周期较长（短、中、长），而非网络解的规划周期（分、时、日、年）远小于网络解。当然非网络解必须依靠智能信息通信技术（ICT）和高级量测技术（AMI）的发展。显然，网络解与非网络解的平衡协调是规划过程中重点需要解决的问题，需要在规划方案形成过程中进行综合考虑，这将直接决定最终规划方案的效

果。

国际上，主动配电网规划所面对的主要问题是，在成熟的配电网络通过非网络解的方法来提高配电网的供电能力供电可靠性；而当前中国的主动配电网规划需要解决的问题是，在满足负荷的快速增长的同时应对各类分布式电源（电源、负荷、储能）的高渗透率的接入，即在处理网络解的同时还要处理非网络解。

3.3.6风险与经济性的平衡

配电网规划的风险往往来自于不确定性，而主动规划的根本就是基于不确定性的动态平衡规划。因此，主动规划意外着更大的风险。传统配电网规划已预测最大负荷为依据，以网络解为唯一手段进行确定性规划，与之相比，主动规划的风险主要来源有:

(1) 概率性负荷预测

(2) 众多不确定性变量，如：响应负荷、分布式电源、电动汽车等。 (3) 概率性模型与计算。

(4) 网络解与非网络解的综合协调。

其中，网络解和非网络解的综合协调尤为关键。非网络解涉及主动管理，而主动管理的类型选择、实施方式、应用效果等都需要在规划过程中予以明确。不同的主动管理决定了网络解与非网络解不同的协调方式，也意味着不同的风险水平。因此，需要根据实际情况进行选择。

然而，风险与经济性往往是相互关联的。一般，风险越高意外着规划的经济型越好，而风险越低意外着经济性较差。主动规划通过完善的ICT配置和高级的主动管理水平有效的平衡力风险和经济性。

3.3.7可靠性评估

长期以来，我国的电力系统规划工作者在对系统规划设计方案进行分析比较决策时，对于供电可靠性的考虑，大多数是凭借经验，以定性分析为主，而没有从系统结构、可能的运行方式、随即发生的设备故障等诸多方面通过整体分析计算系统的可靠性、缺乏定量的科学决策依据，导致将来投运的系统难以在技术和经济上达到整体最优，而可靠性评估则为规划方案的科学决策提供了量化的分析方法。

电力系统可靠性是指电力系统按可接受的标准和所需数量不间断的向电力用户提供电能的能力的量度。对电力系统的可靠性评价，就是通过一套定量指标来量度电力供应企业为用户提高连续不断的、质量合格的电能的能力，包括对系统充裕性和安全性两方面的衡量，分别对应静态可靠性评估和动态可靠性评估。电力系统规划阶段一般对规划方案进行静态可靠性评估。

电力系统可靠性分析计算方法主要分为解析法和模拟法两大类。

（1）解析法：将设备或系统的寿命过程在假定条件下进行合理的理想化，然后通过建立可靠性数学模型，经过数值计算获得系统各项可靠性指标，其计算结果可信度高，具体方法有网络法和状态空间法。但是，当系统规模大、结构复杂，并且一些假定条件不成立时，采用解析法比较困难，此时可选择模拟法。

（2）模拟法：主要代表是蒙特卡洛（Monte Carle）模拟法，它是一种随机模拟方法，其基本思想是将系统中每台设备的概率参数在计算机上用随机数表示，建立一个概率模型或随即过程，使其参数为问题所要求的解，然后通过对模型或过程的观察或抽样实验来计算所求参数的统计特征，最后给出所求的可靠性指标近似值，与解析法相比，模拟法更加灵活和简单，不受系统规模和复杂程度的限制，但往往需要较长的计算时间。

主动规划方案的可靠性评估，涉及众多不确定性变量，因此，采用模拟法更为合适，其可靠性评估规程参考如图3-23所示。

选择用于评价规划方案的可靠性指标 开始 规划期的随机网络负 荷值 规划期的随机网络负荷值 系统状态的年度序列 随机选择时间 线路/变压器故N[基于最小网损的网架结构 N Y 故障状态（检查孤立节点） Y 潮流 违反约束条件 Y 主动管理 Success N[N[满足精确度要求？ 更新可靠性指标 N[违反约束条件 Y 是否成功？ Y Failure N[节电序列及其持续时间 Y 结束 图3-23主动规划方案的可靠性流程参考

3.3.8 风险管控

配电系统的基本建设目标：提供符合要求的电压和电能质量的电力，以满足电力用户持续供电的需求。然而，在过去20年间，越来越多的变化使得配电网规划变得越来越具有挑战，如：分布式发电的大规模并网、电动汽车的规模化应用等，配电规划人员必须清楚地认识到规划中的不确定性因素，并且有效的避免潜在风险，以适应新形势下的配电规划需求。配电网规划人员面临的挑战及应对措施如表3-7所示。

表3-7 配电网规划人员面临的挑战和应对措施

新的挑战 应 对 措 施 建立分布式发电的统计模型，在规划过程中计及其可用率，进行含分布式发新能源的规模化并网 电的连续潮流计算，以反映新能源发电对规划方案的影响，避免规划方案过于保守 对负荷进行分类建模，如:基本负荷、可控负荷、可切负荷、利用AMR收集负荷预测和建模 的海量数据进行大数据研究，建立不同模式的负荷模型，如：日常模式，节假日模式，避免负荷预测结果及模型的过于粗糙 利用规划过程中的快、慢时间尺度的循环过程配合，实现多时间尺度的计算，多时间尺度的需求 避免单时刻计算掩盖了各类分布式资源的时变特性导致规划方案的不足 明确需要考虑到主动需求类型、方式及预期结果，在规划计算过程中，综合主动需求对规划的影响 协调网络解和非网络解，确保规划方案所对应的风险是可接受的 可靠性作为一个明确设计目标，而不是一个隐含的设计概论 配电的范围扩大了，需要系统论方法 业的支出和运营 更大的不确定性 其他一些“非传统”的风险 险与费用进行优化的方法 采用更多的场景分析和概率分析，考虑的范围更大 采用风险评估方法，包括对概率结果进行分析的方法，以及对概率结果的风可靠性需要在规划过程中明确，才能与经济性进行有效的协调，使得规划方案在可接受的可靠性下经济性最优，及兼顾了可靠性和经济性 采用能够模拟范围更广、深度更深的系统分析方法，而且要更全面的考虑企3.3.9规划工具

配电决策支持工具可以帮助电力企业规划人员从众多方案中选出合适的方案，用于解决

配电系统的配置、扩容计划及运行等问题。与预测特定系统性能的仿真程序不同，决策支持工具可用于在所有可行的设计方案中分辨出应选择的方案。在计算机程序实现的决策支持工具具有两个相关有独立的优点：第一，这些工具是自动化的，可自动执行某些规划功能，从而降低所需的工作量，改变规划工程的一致性；第二，这些工具能应用标准的优化方法选出最佳的方案而不仅只是可行的方案。

然而，主动配电网规划是一个复杂的组合优化问题，涉及众多目标及众多的不确定因素，目前国际上主动配电网规划工具的开发仍处于探索阶段。当前，仅有一些与主动配电网具体应用相关的分析工具如表3-8所示。

表3-8 主动配电网相关分析工具列表

功能 具体应用 使能技术 DER互连与控制系统 延缓投资 动态输送容量 信息通信技术（ICT）） DER互连与控制系统 动态潮流 分布式发电资源的协调调度 虚拟电厂 ICT 市场仿真 基于市场的多代理控制 分布式保护 DER互连与控制系统 潮流 孤岛 储能系统（ESS） 稳定性分析 ICT 电磁暂态程序 先进的计量基础设施（AMI） 动态潮流 友好互动的用电设备 概率潮流 成本/消费减少 家庭区域网络 市场仿真 ICT 经济性评估 基于市场的多代理控制 AMI 友好互动的用电设备 主动需求 削峰 家庭区域网络 ICT 基于市场的多代理控制 AMI 友好互动的用电设备 直接负荷控制 家庭区域网络 ICT 基于市场的多代理控制 分布式传感器 配电管理系统(DMS) 无功电压协调控制 ICT 可遥控的电压调节装置 配电管理 DER 分布式传感器DMS 最优潮流 ICT 可遥控的电压调节装置 分布式自动化 网络自动重构 （ICT） 高级保护 稳定性分析工具 DG与间歇式能源故障穿越

低电压穿越技术 电磁暂态仿真工具 分析 市场仿真 经济性评估 短路电流与保护的动态动态潮流 概率潮流 经济性评估 动态潮流 动态潮流 概率潮流 经济性评估 动态潮流 概率潮流 经济性评估 工具 动态潮流 概率潮流 资产模拟程序