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摘要：面对资源环境压力与节能减排的双重压力，电力工业亟待低碳转型。主动配电网（ADN）有机整合先进信息通信、电力电子及智能控制等技术，为实现分布式可再生能源大规模并网与高效利用提供了一种有效解决方案，对支撑低碳经济发展具有重要战略意义。本文介绍了ADN技术特点及内涵理念,对ADN规划问题进行了探讨，提出了ADN规划一般性框架和发展主动配电网的相关建议。
关键词：主动配电网；环保低碳；关键技术
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3.85亿吨，约占全国总碳排放量的50%，且近年来呈加速增长趋势。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和利用。与主要关注用户侧的微电网（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（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(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。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。研究与低碳经济相适应的ADN规划方法与发展模式，具有重要的理论、战略和现实意义。
一、ADN的基本概念
1.ADN的基本含义
根据CIGREC6.1l工作组的工作报告，主动配电网可定义为：可以综合控制分布式能源（DG、柔性负载和储能）的配电网，可以使用灵活的网络技术实现潮流的有效管理，分布式能源在其合理的监管环境和接入准则基础上承担对系统一定的支撑作用。从本质上说：主动配电网是利用先进的信息、通信以及电力电子技术对规模化接入分布式能源的配电网实施主动管理，能够自主协调控制间歇式新能源与储能装置等DG单元，积极消纳可再生能源并确保网络的安全经济运行。
2.ADN的典型构成模式
各类DG（如风电、光伏等）和储能等单元通过电力电子元件转换成相应的交流或直流模式，再经过升压变压器并入系统；通信、自动化及其他相关电气设备以适当的连接方式实现与电力网的紧密集成；用户侧配以智能电表为代表的先进计量装置（AMI），用以实现对用电信息的实时采集及电网-用户之间的双向互操作。
3.ADN的发展历程
主动配电网是智能配电网技术发展的高级阶段技术。智能配电网技术的发展是一个长时间的过程，也是能量流和信息流不断融合的过程。智能配电网发展的早期阶段强调能量的价值，随着智能化程度的不断提高，更多地强调信息的价值。微网技术以分布式能源与用户就地应用为主要控制目标，限制了其应用范围。主动配电网在微网对于DG协调控制技术的基础上，注重信息价值的作用，并且采用自上而下的设计理念，同时关注局部区域的自主控制（如微网）和全网的最优协调，是一种可以兼容微网及其他新能源集成技术的开放体系结构，是智能配电网发展的高级阶段。此外，从规模效益来看，主动配电网是在整个配电网层面对可再生能源进行消纳，其对于可再生能源的接入半径更大，可接入的可再生能源容量规模更大，因此对绿色清洁能源的利用也更多。
4.ADN的主要特征
1）间歇式能源消纳；2）分布式发电的调度；3）分布式发电的保护；4）分布式发电的监控； 5）测量数字化；6）控制网络化；7）状态可视化；8）功能和结构一体化；9）信息互动化。
二、ADN的基本框架
1.ADN规划的基本框架
首先，对可再生能源主动兼容的特征使ADN规划的优化目标变得更加多元，需要综合考虑系统可靠性、经济性及可再生能源利用效度等多方面因素；同时，在开放电力市场环境下，ADN投资可能涉及配电公司、分布式发电投资商与需求侧集成提供商在内的多个独立市场主体，这将使ADN规划问题由传统意义上追求单一主体利益最大化向着复杂的多主体协调规划方向转变；此外，DSR、自动化、通信资源的加入与ANM机制将为优化过程带来更多的决策变量与约束条件；最后，需求响应与DREG不确定性的叠加使ADN运行状态更加复杂多变，从而极大地影响规划方案寻优的可行空间。因此，对于ADN规划，忽略运行的传统配网规划方法已不再适用，而需要对系统可能遇到的各种不确定性工况进行精细化运行模拟才能确定最优规划方案，这无疑具有更高的复杂性。
2.ADN规划的架构格局设想
1)大电网和微电网相辅相成、协调发展；2）多个电压等级构成多层次环网状的主要网络结构；3）交直流混合运行方式；4）物理配电网与信息系统高度融合。
三、ADN的关键技术
1.ADN分层分布协调控制技术
ADN的一大特征表现在DG单元及储能单元对于配电网运行人员来说是可控的，分布式能源与网络的运行调度，并非以往简单的连接。虽然目前DG的并网技术已趋于商业化应用，但多个DG的集成需要更复杂的协调控制。就地控制是第1层控制，用以实现单一DG、微网单元以及无功补偿装置的快速响应控制。局部区域控制是第2层控制，用以协调局部区域内多个DG以及分布式单元之间的调度运行，以保证区域局部目标的实现并降低它们之间的相互作用及对网络的影响。
第3层控制是主动配电网的全局优化管理系统，用以实现全局优化范围的信息采集，通过智能优化算法作出全局优化控制策略。
2.ADN全局优化能量管理技术
ADN的核心价值在于对配电网的主动管理，即通过引入DG及其他可控资源（如柔性负载、无功补偿及需求响应等）加以灵活有效的协调控制技术和管理手段实现配电网对可再生能源的高度兼容及对已有资产的高效利用。ADN的全局优化能量管理系统收集全网各符合点的实时运行数据、开关状态信息、网络拓扑信息、DG的运行工况以及储能单元的电荷状态信息等，通过全局智能优化算法得出满足各项技术约束条件下的有功功率全局优化控制策略和无功功率全局优化控制策略。其中，有功功率优化控制策略是指在满足负荷有功需求的基础上尽可能多地利用可再生能源以及追求经济性最优，必要时可以调整运行方式；无功功率优化控制策略指在满足负荷无功需求以及确保电压质量的基础上使得网络上的无功潮流最优，必要时可以调节变电站内的OLTC分接头位置。
3.ADN成本效益分析
主动配电网受其实施成本较高的制约离真正部署与应用还有一段距离。目前还缺乏有效的方法对主动配电网技术进行合理的可行性分析。
四、ADN的发展展望
1.ADN电力负荷预测
准确的负荷预测是保证ADN规划可行性的基本条件。大规模DREG及DSR的引入将对系统负荷造成重要影响。从规划角度，需针对各类DER的运行特性，同时考虑宏观发展的不确定性，研究适用于ADN的电力负荷预测方法。目前，学术界对该领域的研究还十分有限。针对传统配电网规划，负荷预测主要考虑历史负荷数据、气候数据、宏观经济数据和人口统计信息等方面因素。然而，ADN环境下的负荷预测应重点关注DR及DG对终端用电需求的影响，同时考虑电价政策、用电能效以及智能电网技术发展等多方面的不确定性，研究满足上述需求的新型智能负荷预测方法。
2.ADN需求侧资源的技术特性
DSR作为纳入ADN规划的新增成分，与传统概念上的“规划资源”不同，它们一般不会实际产生电能，而是与用户的用电行为相伴而生，因此其实际运行作用效果体现为有无DSR下系统电力电量的变化情况。这种虚拟性及不可预知性的特点使得对DSR运行特性的辨识分析成为开展AND规划的前提条件。目前已有研究大多重点面向分析特定激励模式下的DR特性，而针对负荷可调控性与影响因素之间的内在关系，仍缺乏较为系统的数学模型。此外，最新研究表明，用户自身能效水平对负荷可调控能力具有复杂影响，而当前研究同样对此缺乏充分的考虑。
3.ADN典型集成模式
ADN规划既包括线路改造、DG配置等基于供应侧的投资选择，也包含众多可供灵活选择的需求侧管理策略。资源类型的丰富使得ADN集成模式可呈现多样化特点，并产生不同的低碳效益。因此，需要深入分析影响ADN投资效益的关键驱动因素，并在此基础上研究适于不同应用场景的ADN资源集成模式。目前，针对不同应用背景和环境特点，各种DG究竟适合与哪些类型的DSR相结合，如何与电网架构相匹配，又需要采用何种通信方式，仍缺乏系统的设计原则。在低碳经济背景下，ADN集成模式除了需要考虑系统供电可靠性、电能质量、投资运行成本等经济因素之外，还要综合权衡电网建设的生态环境影响。
4.ADN优化规划方法
ADN强调通过应用各类信息、通信、控制技术对系统供需侧资源实施主动管理，从整个公用配电网层面实现DREG大规模并网及对可再生能源的积极利用。目前对于ADN规划方法的研究主要关注DREG与电网运行之间的相互协调问题，并开始注意到综合规划思想的重要价值；但是，对于ADN主动兼容绿色能源的技术特性尚缺乏充分认识，也未能上升到低碳经济的高度揭示相关规划结果的深刻意义。此外，通信设备作为ADN关键组成部分，当前研究同样缺乏对该方面配置策略的深入讨论。
5.ADN的发展建议
1）结合我国国情，制定科学、合理的发展政策。2）规划先行，开展大数据背景下智慧城市的综合资源规划和能源互联网的研究与实践。3）综合利用多种科技创新成果和灵活的管理控制方式，协同攻关技术难题。4）提升配电网调度的灵活性，实现对接入大规模分布式能源配电网的主动管理。
五、总结
主动配电系统是未来配电网发展的新形态，将会是局部区域各种能源的交换中心，是未来配电系统发展的重要方向。目前对于主动配电网的研究大部分还处于理论阶段，未来应进一步加强新模型、新方法、新技术的研究。我国主动配电网的研究还处于起步阶段，结合我国电网和经济社会情况，主动配电网的未来发展应集中在规划方法、灵活的网络拓扑、主动管理技术、用户侧需求响应和管理的双向协调整合、柔性配电和交直流混合微网技术、储能技术和电力电子智能装备等方面，以提升配电网调度的灵活性，提升配电网对大规模分布式能源的接纳能力。
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【作者简介】吴越（1992.06-），女，汉族，江苏省南通市人，本科学历，南通供电公司职工，主要研究方向：电力系统及其自动化。