基于運維經(jīng)濟性的配電網(wǎng)可靠性方案研究

在新型電力系統(tǒng)建設(shè)改革的背景下，電力系統(tǒng)的運營管理正經(jīng)歷著深刻的改革，分布式光伏是新能源運營管理的重要模塊。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2022年分布式光伏新增裝機5111.4萬kW，占光伏新增裝機的58%，連續(xù)兩年成為電網(wǎng)市場的主體。光伏發(fā)電是目前配電網(wǎng)重要的運營管理對象。在配電網(wǎng)資源管理方面，要合理調(diào)整電力負荷以及分布式儲能，制定智能化、數(shù)字化和自動化的可靠性運營方案，調(diào)節(jié)配電網(wǎng)管理的模式，優(yōu)化提升配電網(wǎng)管理的可靠性和安全性。新型配電網(wǎng)建設(shè)運營的特征及運營管理面臨的挑戰(zhàn)1.新型配電網(wǎng)建設(shè)運營的特征

在新型電網(wǎng)建設(shè)管理體系中，分布式新能源電網(wǎng)體系符合綠色化建設(shè)特征。分布式光伏配電體系一直采用綠色低碳的運營模式，但在實際建設(shè)布局時具有不確定性。分布式新能源大規(guī)模進入配電網(wǎng)管理體系中，電網(wǎng)中管理單元的單體容量小、數(shù)量龐大，使規(guī)模大、分布廣的分布式光伏電網(wǎng)一直處在弱調(diào)度的狀態(tài)。當分布式光伏電網(wǎng)同步運行時，配電網(wǎng)絡(luò)過載的危險，也使配電網(wǎng)電壓越線問題高頻發(fā)生。新型分布式發(fā)電系統(tǒng)在建設(shè)中進入了有源階段。對于電網(wǎng)負荷密集的一線城市，如北京的分布式光伏裝機容量已非常高，超過集中式光伏，配電網(wǎng)的有源化進程不斷加快，有源化程度不斷提高，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)有源化程度已被雙向功率流動模式替代，是目前配電網(wǎng)運營管理的一大重點。分布式新能源與靈活性負荷已從被動接受指令轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向通信主動控制配電網(wǎng)。主動化成為目前分布式新能源配電網(wǎng)運營管理的重要特征，需要采用優(yōu)化的配電網(wǎng)運營調(diào)度的方法，提高配電網(wǎng)分布式消納水平，調(diào)節(jié)電網(wǎng)小時數(shù)，基于分布式光伏電網(wǎng)的主動化特征調(diào)節(jié)電網(wǎng)運行的成本以及收益，依照配電網(wǎng)的新能源消納以及靈活性配置方案做定量分析。在配電網(wǎng)運行仿真調(diào)度優(yōu)化的過程中采用定量分析規(guī)劃配電網(wǎng)的運營效益和模式。

分布式光伏配電網(wǎng)還具有數(shù)字化的特點，依照配電網(wǎng)數(shù)字通信化的模式，多家電力企業(yè)搭建了物聯(lián)網(wǎng)平臺與智能終端，同時搭建了電網(wǎng)的通信體系，高效管理配電網(wǎng)的各個運營單元，包括布置分布式光伏開關(guān)、負荷控制裝置。配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)化管理中融合了配電網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)以及智能終端技術(shù)，調(diào)控配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信渠道，提升整個配電網(wǎng)運營管理的自動化水平及效率。

2.遇到的問題和挑戰(zhàn)

為有效運營和控制新型配電網(wǎng)，針對新型配電網(wǎng)的分布式能源消納、電壓穩(wěn)定及供電質(zhì)量等安全問題做主動調(diào)節(jié)，制定配電網(wǎng)運營管控方案，為此，要對配電網(wǎng)的運營問題做細致分析，詳細了解新型配電網(wǎng)資源調(diào)節(jié)以及管控中的問題。新型配電網(wǎng)在日常運營時面臨電力負荷數(shù)量龐大、單體容量較小的問題，配電網(wǎng)電力負荷運行時遇到了多學科仿真問題，在實際運營時面臨的力負荷需求有著巨大的差別，給新型配電網(wǎng)可靠運營調(diào)控帶來了巨大的挑戰(zhàn)。在做新型配電網(wǎng)可靠運營方案時需要重點分析以下三個問題：1）新型配電網(wǎng)在調(diào)控運營時要探究如何進行實時通信控制、靈活調(diào)整和滿足海量負荷與配調(diào)系統(tǒng)之間的問題。2）配電網(wǎng)運營體系中要探索電力負荷在電力系統(tǒng)中的參與方式，國內(nèi)對于電力負荷的參與主要是邀約制、價格激勵等方式，對于靈活電力負荷調(diào)整的電網(wǎng)需求，配電網(wǎng)運營體系需要思考如何制定和推廣電力負荷在電力系統(tǒng)中的參與方式。3）配電網(wǎng)需要思考如何運用負荷響應(yīng)配電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)控算法，既能夠保證電力系統(tǒng)的指標，又能夠?qū)崟r高效地保障各類電力資源的調(diào)整效果，在配電網(wǎng)運營方案中要思考調(diào)控算法及制定資源利用模式。在我國，新型配電網(wǎng)運營體系已成為目前重點思考和探索的方向，新型電網(wǎng)建設(shè)要圍繞著上述三個問題進行配電網(wǎng)運營方案的制定和調(diào)整，優(yōu)化運營系統(tǒng)的資源管理、算法調(diào)控和通信控制等，既能解決電網(wǎng)運營系統(tǒng)的市場化問題，又能保障配電網(wǎng)運營系統(tǒng)的負荷隱私以及安全問題。新型配電網(wǎng)運營系統(tǒng)的模式制定策略1.配電網(wǎng)集中分布式協(xié)同自治調(diào)控模式的制定新型配電網(wǎng)具有可調(diào)節(jié)資源多、數(shù)量龐大及單體容量小的特點，運營管理需要優(yōu)化調(diào)度所有的資源，針對資源分布及電力負荷容量管理的模式設(shè)計集中式及分布式的運營模式。新型配電網(wǎng)運行時需要調(diào)度海量分散的可調(diào)度負荷，分布式新能源電網(wǎng)利用調(diào)整電壓等級負荷的方式設(shè)計分布式優(yōu)化策略，配電網(wǎng)以自動化的調(diào)控管理系統(tǒng)達成集中式整體狀態(tài)管理，實現(xiàn)整個配電網(wǎng)的優(yōu)化管理。配電網(wǎng)運營系統(tǒng)設(shè)計要重點控制低壓負荷情況，優(yōu)化電源與配電網(wǎng)自動化設(shè)置，設(shè)置中間層級并優(yōu)化配電網(wǎng)的中間層級，最終構(gòu)成終端負荷-中間負荷管理單元-配電網(wǎng)自動化-主配的互聯(lián)網(wǎng)及配調(diào)-臺區(qū)-終端的集中分布式調(diào)控模式，提升整個配電網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化運行與管理水平。

為了支撐新型配電網(wǎng)的運營管理，搭建了海量的可調(diào)節(jié)負荷與配電網(wǎng)運營體系的終端設(shè)備，用來支撐配電網(wǎng)的云端、管控以及架構(gòu)調(diào)控工作。這些智能終端設(shè)備可很好地運用在配電網(wǎng)自動化體系中，靈活地調(diào)控電源與負荷情況，優(yōu)化管理，提升新型配電網(wǎng)集中硬件管理水平。采用臺區(qū)智能終端和物聯(lián)網(wǎng)平臺的模式進行配電網(wǎng)的運營管理，可在每一個臺區(qū)內(nèi)將智能終端布置在分布式光伏以及用戶周圍，形成一個可調(diào)節(jié)負荷耦合的自治體，在每一個自治體中對耦合的分布式光伏的運營情況進行實時感知，優(yōu)化調(diào)整，預測功率。在智能終端及物聯(lián)網(wǎng)平臺上，感知光伏的分布態(tài)勢，精準預測電力功率，對不同類型的可調(diào)節(jié)負荷的可塑性、可調(diào)節(jié)電荷進行動態(tài)和量化的評估?；谥悄芙K端的自治體，配電網(wǎng)的運營系統(tǒng)能夠內(nèi)部自治調(diào)節(jié)、優(yōu)化聚合，根據(jù)可塑性平臺調(diào)整光伏的隨機波動性。基于智能終端的協(xié)同自治調(diào)控模式設(shè)計體系如圖1所示。

配電網(wǎng)運營體系可消納臺區(qū)無法負荷的電量，互相匹配電量負荷，實現(xiàn)配電網(wǎng)臺區(qū)的互濟互惠的調(diào)度，確保配電網(wǎng)分布式光伏消納能力提升，保障配電網(wǎng)的安全運營。

基于分布式光伏、用戶側(cè)可調(diào)節(jié)資源及分布式智能終端的有機融合，在配電網(wǎng)運營系統(tǒng)中協(xié)同自治調(diào)整，以新能源為主體推動配電網(wǎng)運營體系運用全新的運營管理技術(shù)。在分布式優(yōu)化及集中式優(yōu)化配電網(wǎng)運營管理中，將海量分布的資質(zhì)調(diào)控系統(tǒng)進行資源的調(diào)度及配電網(wǎng)承載能力的優(yōu)化，集中上層優(yōu)勢，精準調(diào)度分布式新能源、分布式儲能及建筑環(huán)境負荷等可調(diào)度的資源，為配電網(wǎng)運營管理的去中心化打下基礎(chǔ)。2.配電網(wǎng)運營體系協(xié)同自治調(diào)控策略優(yōu)化分布式光伏功率預測技術(shù)，根據(jù)分布式光伏的波動特性、時空分布規(guī)律以及氣象功率耦合關(guān)系做分布式光伏的電力負荷管理。針對分布式光伏的特點，利用智能終端的分布式光伏高功率預測技術(shù)，構(gòu)建分層架構(gòu)，搭建預測技術(shù)體系，在單一分布式光伏站點、臺區(qū)內(nèi)分布式光伏集合以及多臺區(qū)分布式光伏集群等不同尺度空間做拓展管理，實現(xiàn)分布式光伏發(fā)電功率的精準預測及管理。

要進行配電網(wǎng)運營體系管理效果的動態(tài)量化及評估，就要對電力負荷調(diào)節(jié)能力做量化評估。綜合考慮可調(diào)節(jié)負荷功率的物流特征、控制方法及電氣特性，調(diào)整和評估可塑性在線動態(tài)量化精細評估，豐富配電網(wǎng)運營體系的管理效力，提升負荷調(diào)節(jié)能力以及配電網(wǎng)運營效率。

在配電網(wǎng)可調(diào)節(jié)負荷用電消費總量不變的情況下，對可調(diào)節(jié)電荷的可塑性評估主要依靠用電系統(tǒng)中的儲熱、蓄冷、儲電等儲能環(huán)節(jié)的元素，并根據(jù)用電系統(tǒng)的電制熱、電制冷、充電樁等能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)運行情況進行空間調(diào)節(jié)，提升配電網(wǎng)的運行管理效率?？烧{(diào)節(jié)負荷的可塑性依照配電網(wǎng)運行系統(tǒng)的物理特征進行分析。

配電網(wǎng)運行系統(tǒng)根據(jù)不同地區(qū)用戶的用電情況調(diào)節(jié)電力，調(diào)查分析不同地區(qū)的用電總量、用電舒適度等指標，調(diào)度電量，以此為依據(jù)進行配電網(wǎng)運營體系的可塑性調(diào)節(jié)?；诜植际焦夥β暑A測和可調(diào)節(jié)負荷可塑性動態(tài)量化評估的基礎(chǔ)，在配電網(wǎng)運營體系中進行臺區(qū)智能終端的配電網(wǎng)分層分級系統(tǒng)自治調(diào)控設(shè)計。根據(jù)配電網(wǎng)數(shù)字建模單一及多臺設(shè)計區(qū)間計算方法，分析分布式光伏功率預測以及可調(diào)節(jié)負荷可塑性量化評估配電網(wǎng)的運營管理效率，修正配電網(wǎng)運營管理的算法，將智能終端融合物聯(lián)網(wǎng)平臺做邊緣計算，在配電網(wǎng)的臺區(qū)內(nèi)做電壓越限、電網(wǎng)過載風險感知，評估配電網(wǎng)運行效率，事前制定風險防范和管理的機制。

隨著能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和智能電網(wǎng)的發(fā)展，配電網(wǎng)運營體系正在發(fā)生深刻的變化。如何有效地管理和控制分布式能源資源，提高配電網(wǎng)的運營效率和可靠性，已成為亟待解決的問題。對此，可基于臺區(qū)智能終端的云邊協(xié)同區(qū)域，研究自動發(fā)電控制和自動電壓控制算法，進一步優(yōu)化分布式光伏、風電、分布式儲能以及可控負荷配電網(wǎng)的運營模式。首先，利用自動發(fā)電控制算法，實時監(jiān)控配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，根據(jù)負荷需求和能源資源分布情況，自動調(diào)整發(fā)電計劃，實現(xiàn)分布式能源的優(yōu)化調(diào)度。同時，自動電壓控制算法可有效地控制電網(wǎng)電壓，確保配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。其次，通過建立云邊協(xié)同分布預測模型，有效研究配電網(wǎng)與配電網(wǎng)臺區(qū)之間的線上關(guān)聯(lián)性。利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，對配電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和預測，為決策者提供科學的決策支持。同時，通過設(shè)計臺區(qū)與智能終端之間的算法控制，更好地管理和控制分布式能源資源。最后，通過分布式源荷的分層優(yōu)化和配電網(wǎng)的分層分級優(yōu)化協(xié)調(diào)以及控制，更加有效地滿足負荷需求，提高配電網(wǎng)的運營效率，減少能源浪費，對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展具有積極的影響。配電網(wǎng)的成本運營模式可利用投入產(chǎn)出比的方式進行效益分析，根據(jù)配電網(wǎng)運營體系中各類資產(chǎn)的建設(shè)投入、存量資產(chǎn)運營投入、成本折算等指標做投入產(chǎn)出效益的分析。在成本運營中，對配電網(wǎng)的存量資產(chǎn)、增量資產(chǎn)做投入分析，保證投入與產(chǎn)出效益之間的互相匹配，分析各類成本指標及因素的運營效益，量化成本指標，調(diào)配資產(chǎn)投入評價配電網(wǎng)成本運營控制模式可采用不同的成本核算方案。如采用全生命周期成本計算方法，具體為LCC=CI+CO+CF+CD，其中CI為初次投入成本，CO為運營成本，CF為故障維修成本，CD為固定資產(chǎn)的損益成本。另一種成本控制方法為投入產(chǎn)出分析，核算方法為R=INK，K為全生命周期的成本，IN為全生命周期的經(jīng)濟效益，R數(shù)值越大，配電成本控制效益越好。結(jié)束語

在新型電力系統(tǒng)建設(shè)運營的背景下，配電網(wǎng)的運營管理體系隨著行業(yè)的發(fā)展不斷優(yōu)化。根據(jù)新型配電網(wǎng)的綠色化、有源化、主動化、數(shù)字化及柔性化的特征，探索和創(chuàng)新配電網(wǎng)運營管理體系。根據(jù)新型配電網(wǎng)的分布式新能源消納及供電質(zhì)量科學調(diào)節(jié)資源，實時調(diào)整和制定配電網(wǎng)的電力運營模式，設(shè)計電網(wǎng)集中-分布式系統(tǒng)的資質(zhì)調(diào)控模式，優(yōu)化指標。在評估成本運營效益時，對顯性的經(jīng)濟效益和隱性的技術(shù)效應(yīng)要同步兼顧。經(jīng)濟效益包括電量銷售效益，技術(shù)效益包括評估配電網(wǎng)運營效益的算法及模型，綜合分析配電網(wǎng)運營的負債率、成