能源互聯網時代主動配電網大規模投資建設,亟需合理、適合的規劃模式才能充分發揮基建設備利用率。無理的規劃方案不僅無法滿足用戶及電網發展的必然要求,還會出現線路鋪設冗余、電網基建設備資產閑置等眾多問題?,F階段,主動配電網規劃主要考慮靜態網架規劃,變電站規劃,變電站-網架綜合規劃以及多階段配電網擴展規劃。
針對ADN分布式電源的間歇性以及負荷的不確定性,其規劃目標主要基于網絡升級改造費用、網絡損耗費用、停電損失費用等年綜合費用。對于考慮DG的多階段配電網規劃,趙立軍研究了分布式光伏與儲能的聯合規劃特性,生成光伏、負荷的典型運行場景,得到了滿足配電網需求的光伏、儲能電池的規劃方案;
蔣會哲綜合考慮電源成本、網損、環境成本等因素,以總成本最小為目標,建立了可再生能源在配電網接入節點和容量后的選址定容優化模型;為提高分布式發電消耗比,Fengming進行了風速、照明強度和電網負荷的不確定度分析,以年綜合成本最低為目標函數,進行了分布式發電位置和容量規劃模型;J.Rajalakshmi在含DG的配電網中建立了以網損功率最小、能源成本最小、經濟和環境效益最大的配電網規劃模型,用于確定DGs的選址定容。

針對考慮“源-荷”協調的主動配電網投資規劃研究,曾順奇以配電網年綜合成本最小為目標,構建ADN多層優化規劃,通過對內部DG、可中斷負荷、現有網架結構的協同優化,保證了電網設計公司最大盈利;姜琦借助電力系統“源-網-荷-儲”一體化思想,建立了考慮ADN綜合運行成本的擴展規劃模型,實現了新能源高消納和社會效益最大化的雙重目標;
MingWu通過負荷以及EDG發電的時序性特性,從投資水平和運營水平兩個層面進行主動配電網投資規劃部署;ChangsenFeng以“源-網-荷-儲”利益最佳和投資運營成本最小化為目標,構建ADN的多階段長期擴建規劃模型。
綜上所述,當前主動配電網負荷需求管理機制與投資規劃方案的相關研究已經取得了相對可喜的成果。然而,伴隨能源互聯網時代發展,主動配電網內部呈現多元柔性可控負荷,傳統意義上的主動配電網規劃研究還存在如下問題:當前考慮用戶意愿對主動配電網負荷控制影響大多只集中于單個柔性負荷接入后影響,缺乏對于微電網充放電、電動汽車多類型用戶負荷柔性控制分析;傳統主動配電網規劃僅依據負荷預測結果直接進行線路的規劃設計,規劃建設成本較高,資源利用效率差、浪費現象嚴重。

能源互聯網視角下的主動配電網規劃理論基礎
主動配電網基本概念。為降低對化石能源的依賴,提高可再生能源高滲透率比與高效利用率,ADN以其供需雙側主動管控特征,掀起了智能電網發展新浪潮。主動配電網充分利用可控柔性資源,逐步滿足對電源側的主動規劃、管控,改變了傳統配電網被動的運行、管控模式。主動配電網的核心特征在于有源性與主動性,有源性表示為其包含的風電機組、光伏發電機組、儲能設備等分布式能源;
主動性主要體現在其對網架內各類資源的主動控制和協調管理。在電源側,并網型微電網內部利用可再生能源自給供能,功率不足時向ADN購電,功率富余時蓄電池充電或向ADN輸電;在用電側,結合用戶對用電滿意度的不同需求,對電動汽車接入數量與微電網負荷進行調度管控。
主動配電網主要特征。能源互聯網是由分布式能源發電系統、能源傳輸、能源協調運行系統以及智能電網數據管理、信息采集等多系統構成的能源互聯平臺。能源互聯網視角下的主動配電網內分布式可再生電源、電動汽車、儲能等可調度負荷資源劇增,對傳統配電網投資規劃帶來沖擊,如何實現多源電力負荷間互動平衡與協調規劃;大量負荷資源分散性接入電網,使得能源管理模式發生改變,如何提高供用雙方高度配合,都是當前ADN發展關鍵性研究。

相較于傳統配電網,能源互聯網背景下的主動配電網具備如下特征:(1)能源資源多元化能源互聯網背景產生大量分散性可調度負荷能源。其中發電側包含以風光為主體的清潔能源、儲能/電動汽車/微電網等“源-荷”兩用類負荷;需求側包含可中斷負荷、可轉移負荷、電動汽車、儲能等智能負荷。這些電源與負荷多具備靈活不確定型特征,加大了ADN規劃負荷預測與發電預測的工作難度。
(2)能源管理更加高效主動配電網規劃過程中產生大量負荷及用戶行為信息數據,能源互聯網依托信息網絡,基于云平臺、大數據平臺、區塊鏈技術靈活管控可調度負荷資源,積極開展供給側分布式清潔能源的高消納、需求側智慧用能以及電力增值服務,使得供需雙方能源資源管理更加靈活高效。
(3)電網結構更加靈活傳統的主動配電網規劃大多采用預測最大負荷方案規劃法,這種規劃方案未考慮可調度負荷資源的削峰填谷作用,預測未來飽和負荷后直接進行選址定容,造成局部電網投資浪費。新形勢下的ADN具備靈活自主管控能力,借助能源互聯網信息平臺,根據用戶實際用電需求,適時適量接入DG、儲能補償裝置。同時,實時預測DG出力調整節點電壓,在保障電力系統穩定運行的基礎上實現網架的靈活重構。

(4)負荷調控更加智能能源互聯網綜合運用先進的信息技術與智能管理技術,提高了主動配電網電力系統內各電能量節點關聯度,實現了能量的雙向互動。ADN借助能源互聯網平臺對“源-荷”兩側的可調度資源進行自主協調調度,實現資源協同互動和資源的智能化柔性管控。
(5)能源價值得到提升主動配電網內存在多元可調度負荷資源,通過依靠能源互聯網物聯網、互聯網、高級量測技術、大數據技術的普及和應用,供電企業可以通過分析用戶行為特征,實現用戶節能與電價定制服務,提高可再生能源高滲透率與用能價值。
主動配電網負荷預測理論基礎
傳統配電網負荷預測。負荷預測指配電網設計公司通過實地勘察、收集、整理規劃區域內空間地理信息以及歷史負荷相關數據信息后,分析日前負荷發展趨勢,通過搭建科學合理的預測模型進而推測出未來用戶用電信息的過程。確保主動配電網負荷的精確預測,是保障配電網供用雙側電力平衡的基礎,為后期配電網設計網架、電源以及變電站的選址定容提供了強有力的技術支撐。

同時,對電網企業、電網使用者的經營決策提供信息和依據。根據預測周期時長,傳統配電網負荷預測可劃分為四大類:預測周期小于1h的超短期負荷預測、預測周期1d/week的短期負荷預測、周期以月或年為單位的中期負荷預測、預測未來5年以上負荷發展趨勢的長期負荷預測。不同類別、不同時限的負荷預測其影響因子與方法選取大相徑庭,因此,實際ADN負荷預測過程中,只有結合實際情況綜合考慮規劃區域供需要求,才有可能使得預測結果更貼近實際。
主動配電網負荷預測。傳統配電網負荷預測大多僅收集用戶側單側相關負荷信息,然而,主動配電網由分布式電源、電動汽車、儲能設備等源性負荷資源以及可調節負荷資源組成。因此,傳統配電網負荷預測流程,主動配電網負荷預測流程存在較大差異性。
從預測角色角度出發,主要包含對微電網內風、光、儲、電動汽車的源性負荷進行發電預測,以及對常規用戶、工商業用戶等常規負荷預測。從負荷預測流程來看:第一,確定預測對象。由于主動配電網內存在多種用電類型,且不同用戶需收集數據存在較大差異性。因此,針對區域電網中負荷總體構成,采用分層分區的方法進行負荷預測。針對風光儲等源性負荷,主要考慮氣象、節假日、生產計劃等外部數據與負荷本身調節能力;針對常規用戶負荷,主要考慮各可調資源的運行狀態與調節能力歷史數據。

第二,構建主動配電網的多類型負荷預測模型。由于各類別可調節負荷資源存在較大差異性,因此,為今后主動配電網負荷預測模型研究中,需要針對多類型用戶用電差異,構建適應于自身用電特征的負荷預測模型,以保證測結果準確度。第三,預測方法選取層面。由于基于需求管理的主動配電網負荷存在較大差異性,因此,多采用空間負荷密度法,以規劃區域地理位置為網格化,分層分區構建負荷參與電網調節的可調節負荷資源預測模型。
主動配電網負荷調度理論基礎。為提高能源行業能源利用效率,需要在主動配電網規劃過程中考慮針對需求側管理的負荷調度機制。需求側管理通過分析終端用電行為信息,實現高效用能的一種用電管理活動。基于需求管理進行的負荷優化調度在保證電網安全穩定運行的基礎上,保障了多方利益主體獲利。考慮DSK的主動配電網規劃,可有效提高電網基建設備利用率。
主動配電網需求管理分析。電力需求側管理主要由以實時電價、分時電價、階梯電價為主力的價格引導機制和通過補貼與時段優惠手段實現負荷轉移的激勵引導機制兩部分構成。受用戶用電意愿的影響,主動配電網不同用戶對需求管理機制反應敏感程度存在較大差異。主要考慮基于分時電價的價格需求管理機制和基于可中斷負荷的激勵需求管理機制對負荷的影響。

主動配電網內部功率雙向流動,DSK通過與終端用戶雙向信息交流和分時電價的鼓勵引導,調整電網系統整體運行狀態,對可再生能源利用率、多源互補、電網供用電平衡、削峰填谷有積極影響。在電力系統運行過程中DSK以信息導向實時監控供用電信息、整合數據雙向信息提高主動配電網規劃靈活性。
主動配電網負荷優化調度。相較于傳統配電網,主動配電網集成了豐富的可控資源、可調度性及靈活性大大增強。主動配電網優化調度策略通過對可控資源主動管理,提高了MG的清潔消納,保障了電網經濟安全運行。ADN負荷優化調度過程中,調度中心借助互聯網信息管理平臺,收集需求側多元用戶負荷信息,通過分析MG、EV、ES、EDG等用戶用能特征,在需求管理技術的支撐下,建立ADN多源一體化無功優化模型,以實現整體優化調度效益最大。
能源互聯網背景下的主動配電網負荷調度過程中存在多利益主體,源-荷雙側功率具備較強不確定性。高比例分布式電源與儲能設備、柔性負荷、微電網負荷的接入,使得主動配電網調度更加靈活。因此,單純考慮源側出力或者荷側用電的不確定性,已經無法滿足調度部門的需求。

主動配電網規劃理論基礎
主動配電網規劃總體框架。現階段能源互聯網中,主動配電網優化規劃多數采用綜合協調規劃技術,除計算可再生DG的電源規劃以及電網設備選址定容,用戶側需求響應作為全新電力資源也歸于ADN綜合協調規劃中,新能源和需求側響應勢必會給配電網添加很多不確定性因素。
能源互聯網背景下的主動配電網規劃需同時兼顧以可再生能源為主的發電預測與多元負荷預測,結合規劃區域內歷史數據信息與分布式電源、電動汽車、儲能等源性負荷進行預測確定變電站選址定容與電源定點規劃;規劃目標綜合用戶需求響應、信息通信進行“多源多網多荷多儲”一體化建模,不僅實現電源、網架規劃,還要因地制宜,制定不同規劃區域內多類資源協同規劃方案;規劃后評價在保證安全可靠運行的同時,必要考慮不同能源主體利益需求。
能源互聯網下主動配電網規劃多數采用綜合協調規劃技術,除可再生分布式能源布局規劃、ESS以及電網設備選址定容規劃,用戶側需求響應作為全新電力資源也歸于ADN綜合協調規劃中。能源互聯網下主動配電網規劃總體結構。

主動配電網規劃建設流程。能源互聯網背景下,主動配電網規劃通過多源協同技術,支持規模分布式負荷資源高比例滲入,實現負載均衡。主動配電網規劃建設的目標就是以最小的投資運行成本達到最佳獲利。其中,投資運行成本即主動配電網規劃建設中的線路成本、網架擴建成本、變電站成本、用戶滿意度成本等。
現階段我國配電網規劃投資建設的科研精力投入較少,電網基建設備投資設計經驗欠缺,導致電網公司網架路線設計不合理,建設成本逐年增大,投資回收期較長。
主要分為主動配電網負荷預測、主動配電網負荷優化調度、主動配電網規劃建設三部分,從能源互聯網視角下的主動配電網主要特征、負荷優化管理機制、優化規劃等角度,闡述了論文的理論基礎。能源互聯網視角下的主動配電網供需雙側呈現不確定性與互動性,為后續的能源互聯網視角下的主動配電網負荷優化調度模型構建以及配電網規劃建設分析奠定了理論基礎。