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摘 要：分布式能源的大规模接入，给传统配电网带来了谐波污染、双向潮流、电压越限等问题。主动配电网（ADN）技术采用主动管理分布式电源、储能设备和客户双向负荷的模式，运行状态灵活可变。本文主要介绍了主动配电网的核心技术及其研究现状。
关键词：主动配电网；规划；运行控制；能源策略
中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）17-0054-02
1 引 言
随着分布式电源（DG）接入配电网的数量和可控负荷日渐增加，对传统配电网产生了很多负面影响，如谐波污染、接入点电压升高、系统双向潮流、系统电压波动等，这些问题也限制了DG接入的数量。根据CIGRE C6.11的定义，主动配电网是采用主动管理分布式电源、储能设备和客户双向负荷的模式，具有灵活拓扑结构的公用配电网。ADN为解决DG接入带来的电压升高问题、增加DG的接入容量、提升配电网的资产利用率提供了新的解决方案。本文对ADN相关技术研究的发展情况以及热点方向进行了综述，为研究者提供参考。
2 主動配电网规划
传统配电网属于无源网络，规划要实现的目标是在满足规划周期内负荷需求和确保满足各类基本指标的前提下，尽可能追求投资成本的最小化。然而根据这种思路开展的规划，对网内资源的配置无法做到最优配置，之所以出现这种情况，是因为传统配电网规划一般是在给定网络结构的前提下，对选定负荷预测值（选取最大容量裕度）来应对最严重工况的运行条件，以求得处理所有运行问题的最优解。分布式电源具有随机性和波动性的特点，传统配电网规划对于这类新型能源的控制缺少考虑。为解决DG接入带来的电压升高问题、增加DG的接入容量、提升配电网的资产利用率这些问题，主动配电网规划方案出现了。
图1描述了ADN规划的一般流程，主要分为五步：①以配电网中的历史数据，如分布式电源的数量，网内负荷，电价等进行不确定性建模，考虑的元素越多，模型就能越真实反映配电网的实际工况。然而规划模型维数及求解的复杂度的增加，也使得最优解的求取更加困难。在实际ADN规划过程中需要进行适当折中。②输入规划基础数据，如规划年、投资数据、待选集等。③建立双层数学模型。上层模型考虑配电网规划总体目标，实现年综合费用最小或投资费用最小，下层模型基于系统安全稳定运行前提上追求系统运行费用最小或事故DG切除量最小。④采用遗传算法、仿生算法等进行数学模型求解。⑤输出规划方案。[1]
规划问题是主动配电网研究的热点问题，规划方案的关注重点也各有不同。例如有研究者重点研究DG的选址和定容选择对经济效益的影响问题。ADN规划使用的不确定性建模方式较传统配电网规划方案风险和投资成本更低，但是计算量非常大，模型的简化、新算法的研究也是中外学者努力的方向。
ADN规划今后研究的主要方向有：①建模考虑不确定因素更全面，完善数学模型，如“电源-网-负荷”模型。②在中长期规划中对模型开展动态优化，以适应配电网的发展，帮助修正规划。③模型指标体系的完善，在建模中引入波特性、自给率等指标。
3 主动配电网的控制方式
ADN较传统配电网网络拓扑更灵活，但是结构也更加繁琐，接入点多且高度不对称，因此系统内电源、负荷的协调配合对于提高系统的安全性，保证系统经济运行来说至关重要，需要采用合适的控制方式进行处理，设计可靠的网络架构。ADN主要有三种控制方式，分别是集中式、分散式及混合分层式。[2]
3.1 集中式
集中式控制方式如图2所示，通过通信数据网将接入点采集到的电气量和状态信息数据送至中央控制器（distribution network central controller，DNCC）。中央控制器对接入的DG和其他设备下达指令，起对整个系统进行全局协调管理作用，并能够将配电网的电压和频率保持在合理的范围内。
集中式控制方式的好处在设备配置少，建设和维护成本低，但是缺点也很明显：由于采用集中控制方式，如果中央控制器出现故障，整个网络将会崩溃；随着监测通道增多，中央控制器接收的数据量会越来越大，可能出现瞬时并发量冲击导致系统崩盘，对控制器的硬件配置要求高；由于采取数据集中上送的方式，为增加可靠性，一般采取至少双通道互为备用的配置方式，因而在通信设备投资会增大；维护困难，开展系统维护时，需要将整个系统停电。
3.2 分布式
分布式控制方式如图3所示，不同于集中式控制方式，取消了中央控制器，设备接入路数不用受限。这种控制方式主要通过现场保护装置和智能终端配合来实现。故障清除和恢复供电也依靠现场分管的保护装置和智能终端。在这一领域，分布控制方式下的多代理技术应用是研究热点，如文献[3]提出了基于多代理技术的分布式控制方式，在配电网中设置数个具有自治能力的Agent单元，既能控制分管设备的协调运行，同时单元间具有社交能力，可以实现单元之间和外部系统的通信联系。
3.3 混合分层式
混合分层式管理（hybrid hierarchical management，HHM）如图4所示。该种控制方式采用多层式结构，综合了集中控制和分布控制的优点。最上层为能量优化管理层，通过控制器采集下层传递的数据，实现对配电网内电源、设备的投切操作和系统监控；中间层配置分管不同功能的控制设备，根据主控制器下达的命令，计算出策略参数并发布给底层控制器；底层控制器根据接收到的策略参数来控制配电网内设备。实际运行中，为保证系统运行安全，故障清除主要依靠保护装置实现，而设备恢复送电则依靠主控制器下达。
4 主动配电网的运行控制
分布式电源双向特性影响配网的潮流分布，随着接入数量增多，电源的间歇性投切会产生系统瞬时波动，影响系统电压调节。现阶段ADN运行控制的研究更趋向于务实和工程化，希望通过改善控制方式的以消除分布式电源接入后造成的电压问题并提高配电网运行经济性。例如在电压控制方面，针对目前配电网运行规定要求分布式电源采用最大功率点跟踪运行策略的现状，大量工作集中于如何利用现有配电网电压控制设备应对分布式电源接入的电压问题。文献[4]提出采用就地补偿方式，通过分布式控制策略管理现场无功补偿装置，以解决分布式电源出力突变情况下电压调节问题，并通过时域仿真方法验证了可行性。 5 主动配电网能源政策问题
ADN推广应用需要解决的除了技术问题之外，还受投资、体制等因素影响，能源政策的支持也决定了ADN技术发展前景。不同于传统电网建设，除了强制性的政策要求外，主动配电网建设还需要更多的市场激励政策，例如：
（1）用户激励。目前分布式电源主要通过降低购电费用以实现盈利，然而对于光伏、燃料电池等新型能源，现有制造水平经济效益较低，造成建设成本过高，回报慢情况。一些研究以微电网为例，论证了分布式电源建设投入远超收益回报。缺乏用户激励机制的將导致分布式电源接入困难。
（2）电力运营商激励。传统电网公司在配网端的收益来自于售电、报装容量费以及辅助服务费。分布式电源的接入降低了电源持有者的购电成本，实际上减少了运营商的收入，会影响到运营商提高服务水平的积极性。
（3）需求侧响应服务激励。主动配电网的市场化需求下，设备的服务提供者不仅仅局限于传统电网公司，如何鼓励民间资本等第三方参与建设维护是主动配电网安全经济运行的关键问题。
6 结 语
ADN技术的应用可以使电网资产利用的高效性和对绿色能源的兼容性得到较大提高，然而ADN技术研究还处于示范阶段，本文基于主动配电网的特点，从ADN规划、控制管理方式、运行管理、能源政策激励四个方面综述了ADN技术的研究现状及存在问题，有如下结论：
（1）ADN规划由于考虑了主动管理，可以更加详细地将运行中的不确定性考虑到规划模型中，规划方案具有更强的适应性。然而不确定性的叠加，增加了规划方案的可行解求解难度，求解算法的研究仍是今后研究的热门方向。
（2）目前有关主动配电网的运行控制研究方向多集中于分布式电源与需求侧响应的控制手段，正常运行状态下的研究较为丰富，而在紧急、故障状态下的运行控制研究比较欠缺。研究热点也局限于主动配电网内部，而忽略了其与主网间联系的问题。
参考文献
[1]邢海军，程浩忠，张沈习，等.主动配电网规划研究综述[J].电网技术，2015，39（10）：2705～2711.
[2]赵 波，王财胜，周金辉，等.主动配电网现状与未来发展[J].电力系统自动化，2013，36（22）：12～18.
[3]YU L，CZARKOWSKI D，de LEON F.Optimal distributed voltage regulation for secondary networks with DGs[J].IEEE Trans on Smart Grid，2012，3（2）：959～967.
[4]Ranamuka D，Agalgaonkar A P，Muttaqi K m.Online voltage control in distribution systems with multiple voltage regulating devices[J].IEEE Transactions on Sustainable Energy，2014，5（2）：617～628.
收稿日期：2018-5-15
作者简介：黄宇华（1987-），男，壮族，广西钦州人，助理工程师，本科，主要从事变电运行相关工作。
关键词：主动配电网；规划；运行控制；能源策略
中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）17-0054-02
1 引 言
随着分布式电源（DG）接入配电网的数量和可控负荷日渐增加，对传统配电网产生了很多负面影响，如谐波污染、接入点电压升高、系统双向潮流、系统电压波动等，这些问题也限制了DG接入的数量。根据CIGRE C6.11的定义，主动配电网是采用主动管理分布式电源、储能设备和客户双向负荷的模式，具有灵活拓扑结构的公用配电网。ADN为解决DG接入带来的电压升高问题、增加DG的接入容量、提升配电网的资产利用率提供了新的解决方案。本文对ADN相关技术研究的发展情况以及热点方向进行了综述，为研究者提供参考。
2 主動配电网规划
传统配电网属于无源网络，规划要实现的目标是在满足规划周期内负荷需求和确保满足各类基本指标的前提下，尽可能追求投资成本的最小化。然而根据这种思路开展的规划，对网内资源的配置无法做到最优配置，之所以出现这种情况，是因为传统配电网规划一般是在给定网络结构的前提下，对选定负荷预测值（选取最大容量裕度）来应对最严重工况的运行条件，以求得处理所有运行问题的最优解。分布式电源具有随机性和波动性的特点，传统配电网规划对于这类新型能源的控制缺少考虑。为解决DG接入带来的电压升高问题、增加DG的接入容量、提升配电网的资产利用率这些问题，主动配电网规划方案出现了。
图1描述了ADN规划的一般流程，主要分为五步：①以配电网中的历史数据，如分布式电源的数量，网内负荷，电价等进行不确定性建模，考虑的元素越多，模型就能越真实反映配电网的实际工况。然而规划模型维数及求解的复杂度的增加，也使得最优解的求取更加困难。在实际ADN规划过程中需要进行适当折中。②输入规划基础数据，如规划年、投资数据、待选集等。③建立双层数学模型。上层模型考虑配电网规划总体目标，实现年综合费用最小或投资费用最小，下层模型基于系统安全稳定运行前提上追求系统运行费用最小或事故DG切除量最小。④采用遗传算法、仿生算法等进行数学模型求解。⑤输出规划方案。[1]
规划问题是主动配电网研究的热点问题，规划方案的关注重点也各有不同。例如有研究者重点研究DG的选址和定容选择对经济效益的影响问题。ADN规划使用的不确定性建模方式较传统配电网规划方案风险和投资成本更低，但是计算量非常大，模型的简化、新算法的研究也是中外学者努力的方向。
ADN规划今后研究的主要方向有：①建模考虑不确定因素更全面，完善数学模型，如“电源-网-负荷”模型。②在中长期规划中对模型开展动态优化，以适应配电网的发展，帮助修正规划。③模型指标体系的完善，在建模中引入波特性、自给率等指标。
3 主动配电网的控制方式
ADN较传统配电网网络拓扑更灵活，但是结构也更加繁琐，接入点多且高度不对称，因此系统内电源、负荷的协调配合对于提高系统的安全性，保证系统经济运行来说至关重要，需要采用合适的控制方式进行处理，设计可靠的网络架构。ADN主要有三种控制方式，分别是集中式、分散式及混合分层式。[2]
3.1 集中式
集中式控制方式如图2所示，通过通信数据网将接入点采集到的电气量和状态信息数据送至中央控制器（distribution network central controller，DNCC）。中央控制器对接入的DG和其他设备下达指令，起对整个系统进行全局协调管理作用，并能够将配电网的电压和频率保持在合理的范围内。
集中式控制方式的好处在设备配置少，建设和维护成本低，但是缺点也很明显：由于采用集中控制方式，如果中央控制器出现故障，整个网络将会崩溃；随着监测通道增多，中央控制器接收的数据量会越来越大，可能出现瞬时并发量冲击导致系统崩盘，对控制器的硬件配置要求高；由于采取数据集中上送的方式，为增加可靠性，一般采取至少双通道互为备用的配置方式，因而在通信设备投资会增大；维护困难，开展系统维护时，需要将整个系统停电。
3.2 分布式
分布式控制方式如图3所示，不同于集中式控制方式，取消了中央控制器，设备接入路数不用受限。这种控制方式主要通过现场保护装置和智能终端配合来实现。故障清除和恢复供电也依靠现场分管的保护装置和智能终端。在这一领域，分布控制方式下的多代理技术应用是研究热点，如文献[3]提出了基于多代理技术的分布式控制方式，在配电网中设置数个具有自治能力的Agent单元，既能控制分管设备的协调运行，同时单元间具有社交能力，可以实现单元之间和外部系统的通信联系。
3.3 混合分层式
混合分层式管理（hybrid hierarchical management，HHM）如图4所示。该种控制方式采用多层式结构，综合了集中控制和分布控制的优点。最上层为能量优化管理层，通过控制器采集下层传递的数据，实现对配电网内电源、设备的投切操作和系统监控；中间层配置分管不同功能的控制设备，根据主控制器下达的命令，计算出策略参数并发布给底层控制器；底层控制器根据接收到的策略参数来控制配电网内设备。实际运行中，为保证系统运行安全，故障清除主要依靠保护装置实现，而设备恢复送电则依靠主控制器下达。
4 主动配电网的运行控制
分布式电源双向特性影响配网的潮流分布，随着接入数量增多，电源的间歇性投切会产生系统瞬时波动，影响系统电压调节。现阶段ADN运行控制的研究更趋向于务实和工程化，希望通过改善控制方式的以消除分布式电源接入后造成的电压问题并提高配电网运行经济性。例如在电压控制方面，针对目前配电网运行规定要求分布式电源采用最大功率点跟踪运行策略的现状，大量工作集中于如何利用现有配电网电压控制设备应对分布式电源接入的电压问题。文献[4]提出采用就地补偿方式，通过分布式控制策略管理现场无功补偿装置，以解决分布式电源出力突变情况下电压调节问题，并通过时域仿真方法验证了可行性。 5 主动配电网能源政策问题
ADN推广应用需要解决的除了技术问题之外，还受投资、体制等因素影响，能源政策的支持也决定了ADN技术发展前景。不同于传统电网建设，除了强制性的政策要求外，主动配电网建设还需要更多的市场激励政策，例如：
（1）用户激励。目前分布式电源主要通过降低购电费用以实现盈利，然而对于光伏、燃料电池等新型能源，现有制造水平经济效益较低，造成建设成本过高，回报慢情况。一些研究以微电网为例，论证了分布式电源建设投入远超收益回报。缺乏用户激励机制的將导致分布式电源接入困难。
（2）电力运营商激励。传统电网公司在配网端的收益来自于售电、报装容量费以及辅助服务费。分布式电源的接入降低了电源持有者的购电成本，实际上减少了运营商的收入，会影响到运营商提高服务水平的积极性。
（3）需求侧响应服务激励。主动配电网的市场化需求下，设备的服务提供者不仅仅局限于传统电网公司，如何鼓励民间资本等第三方参与建设维护是主动配电网安全经济运行的关键问题。
6 结 语
ADN技术的应用可以使电网资产利用的高效性和对绿色能源的兼容性得到较大提高，然而ADN技术研究还处于示范阶段，本文基于主动配电网的特点，从ADN规划、控制管理方式、运行管理、能源政策激励四个方面综述了ADN技术的研究现状及存在问题，有如下结论：
（1）ADN规划由于考虑了主动管理，可以更加详细地将运行中的不确定性考虑到规划模型中，规划方案具有更强的适应性。然而不确定性的叠加，增加了规划方案的可行解求解难度，求解算法的研究仍是今后研究的热门方向。
（2）目前有关主动配电网的运行控制研究方向多集中于分布式电源与需求侧响应的控制手段，正常运行状态下的研究较为丰富，而在紧急、故障状态下的运行控制研究比较欠缺。研究热点也局限于主动配电网内部，而忽略了其与主网间联系的问题。
参考文献
[1]邢海军，程浩忠，张沈习，等.主动配电网规划研究综述[J].电网技术，2015，39（10）：2705～2711.
[2]赵 波，王财胜，周金辉，等.主动配电网现状与未来发展[J].电力系统自动化，2013，36（22）：12～18.
[3]YU L，CZARKOWSKI D，de LEON F.Optimal distributed voltage regulation for secondary networks with DGs[J].IEEE Trans on Smart Grid，2012，3（2）：959～967.
[4]Ranamuka D，Agalgaonkar A P，Muttaqi K m.Online voltage control in distribution systems with multiple voltage regulating devices[J].IEEE Transactions on Sustainable Energy，2014，5（2）：617～628.
收稿日期：2018-5-15
作者简介：黄宇华（1987-），男，壮族，广西钦州人，助理工程师，本科，主要从事变电运行相关工作。