主动配电网文献综述-初稿

主动配电网文献综述-

初稿

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

主动配电网文献综述

摘要：分布式电源( distributed generation, DG)和电动汽车的大量接入、智能家居的普及、需求侧响应的全面实施等显着增强了配电系统规划与运行的复

杂性，同时，未来的配电网对规划与运行的优化策略提出了更高的要求。作为

未来配电网的一种发展模式，主动配电网( active distribution network, ADN)开始受到人们的关注。本文主要探讨总结了主动配电网的国内外现状，主

动配网网工作原理，主动配电网的运行方式、标准、对应的国内外指标及计算

方法以及主动配电网的算法研究。

关键词：主动配电网，分布式发电，潮流算法，粒子群算法，混合算法

0 引言

近年来，全球范围内气候变暖及极端天气事件日益频发，严重威胁着人类

社会的可持续发展。根据国际发展援助研究协会（DARA）数据，在过去10 年间，气候变化每年平均造成超过万亿美元经济损失，约占全球GDP 的%。到2030年，该比例预计达到%[1]。在诸多因素中，人类过度排放温室气体被认为是导致全球气候变化的重要原因[1, 2]。

为应对上述挑战，英国政府于2003年首次提出了低碳经济（low-carbon economy）的发展理念：倡导通过技术创新、产业转型、新能源开发等多种手段提高能源供应多样性，降低对化石能源的依赖以减少碳排放，最终达到经济社

会发展与生态环境保护双赢的理想目标[2]。构建低碳经济模式，推进“经济-能

源-环境”协调可持续发展此后逐渐成为世界各国的普遍共识。我国在2009 年

明确提出了“2020年非化石能源占一次能源总消费量的15%，单位GDP 的CO2 排放比2005 年下降40%~45%”的低碳发展战略目标[3]，并在“十二五规划”中

制订了“2015年非化石能源占一次能源消费比重达到%；单位GDP 能源消耗降

低16%，单位GDP 二氧化碳排放降低17%”的阶段性任务。

以化石能源为主导的电源结构使得电力工业成为我国国民经济中最大的

CO2 排放部门。据权威统计，2012 年我国电力行业碳排放量达到亿吨，约占

全国总碳排放量的50%[4]，且近年来呈现加速增长趋势。因此，推动电力工业低碳化成为我国实现上述节能减排与生态文明目标的必然选择。

发展低碳电力系统的根本任务是要形成稳定的低碳电能供应机制，其关键

在于对可再生能源的有效开发与利用。对此，当前主要存在两种基本思路[4]：

一是大力发展长距离、大容量、低损耗的跨区输电线路（如特高压输电）以实

现可再生能源资源在更大区域范围内优化配置；二是从配用电环节入手，建立协调关联分布式可再生能源发电（Distributed Renewable Energy Generation, DREG）、配电网络与终端用电的集成供电系统，实现对可再生能源的就地消纳

与利用。较之前者，分布式配用电系统具有建设周期短、投资成本低、运行灵

活的优点，且抗风险能力更强，因此近些年在国内外获得广泛关注[5-7]。

在传统配电网中，电力潮流一般由上端变电站单一流向负荷节点，其运行

方式和规划准则相对简单。然而，分布式能源（Distributed Energy Resource, DER）的规模化接入与应用将对系统潮流分布、电压水平、短路容量等原有电气特性造成显着影响。而传统配电网在设计阶段并未考虑上述因素，因此难以满

足低碳经济背景下高渗透率可再生能源发电接入与高效利用的要求。在此背景下，国外学者在2008 年国际大电网会议（CIGRE）首次提出了主动配电网（Active Distribution Network, ADN）的概念[8]，旨在解决配电侧兼容大规

模间歇式可再生能源，提升绿色能源利用率以及一次能源结构等问题。

与主要关注用户侧的微电网（Micro-Grid, MG）不同，ADN 主要面向由电

力企业管理的公共配电网。它是智能配电网技术发展到高级阶段的产物，是一

种兼容电网、分布式发电（ Distributed Generation, DG）及需求侧管理等多类型技术的全新开放式配电系统体系结构。ADN 的技术理念将系统运行中的信

息价值及电网-用户之间的互动能力提升至一个新高度，强调在整个配电网层面内借助主动网络管理（Active Network Management, ANM）实现对各类可再生

能源的主动消纳及多级协调利用，最终促进电能低碳化转变及电网资产利用效

率的全方位提高[9, 10]。

相比管制背景下的传统配电网，ADN 无论在技术特性上，或是面临的外部

市场环境方面，均有着自身鲜明的特点；而我国电力工业低碳化发展的要求又

为ADN 的应用实施赋予了更多的内涵。ADN应该发挥何种作用以支撑节能减排

目标的实现对此，又需要采用怎样的科学规划方法才能确保企业投资经济效益

与社会环境效益的相协调这是当前亟待回答的重要命题。因此，研究与低碳经

济相适应的ADN 规划方法与发展模式，无疑具有重要的理论、战略和现实意

义。

本文将介绍主动配电网的国内外现状，主动配网网工作原理，主动配电网

的运行方式、标准、对应的国内外指标及计算方法以及主动配电网的算法研

究。

1 国内外技术现状

主动配电网（AND）是近几年来才提出的新名词。最早美国电力可靠性技术解决方案协会（CERTS）提出了“微网”的概念，微网是由微电源和负荷共同组成的系统，可同时提供电能和热量，其组成结构较ADN简单，也可以说是ADN

的一种特殊形式。

国外技术现状

目前对ADN的研究处于领先地位的主要有北美、欧盟和日本等。美国CERTS己在美国电力公司Walnut的微网测试基地成功验证了微网的初步理论；

欧盟推出了“Microgrids”和“More Microgrids”个主要项目，德国太阳能研究所建成的微网实验室规模最大，容量达到200kVA，该研究所还在其实验平台

设计安装了简单的能量管理系统；日本常规能源较为匿乏，在可再生能源幵发

和利用上投入较大，已在国内建立了多个微网项目，其微网实验系统的开发亦

处于世界领先水平。

据统计，截至2013年，世界范围内共有包括美国、澳大利亚、日本、意大利、德国、英国等在内的11个国家和地区开展了24个具有创新性的ADN项目[11]。其中，欧盟开展了ADINE、ADDERSS、GRID4EU等代表性的ADN示范项目：