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著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1.2 万亿美元经济损失，约占全球GDP 的1.6%。到2030年，该比例预计达到3.2%[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11.4%；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3.85 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
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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著影响。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。
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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。
1.1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：①ADINE项目主要以配电网络对高渗透率DG的开放兼容为目标，重点研究内容包括：智能配电自动化、ICT和ANM控制技术等，项目展示了可使DG接入更加方便的解决方案，提出了可适应大规模DG接入的系统保护配置、电压控制、故障穿越和防孤岛等策略。②ADDRESS项目于2008年开始实施，历时4年，11个国家参与，重点研究智能配电网理念下以“主动需求（AD）”为核心的用户侧需求响应技术。该项目建立了用于实时数据处理的大型、开放式电力通信网络，大规模实验并应用实时激励等需求侧管理技术，验证了AD对系统效益的积极作用。③GRID4EU项目由6家欧盟国家配电系统运营商共同参与，预计2015年结束，总资金约5000万欧元。项目主要涉及智能配电网的规划、运行及控制关键技术、标准制定，以及成本—效益分析等方面内容，相关成果要求在欧洲范围内具有可扩展性和可重复性。
1.2国内技术现状
我国对ADN的研究较其他国家相对落后，研究热点主要集中在DG本身的控制以及DG规划和运行等方面，对DG的并网技术标准和并网规程方面尚有欠缺，这极大地限制了分布式发电技术的应用和推广。但是我国大力支持可再生能源的发展，在西部和沿海分别建立了光伏电站和风力发电场等，估计2020年将达到20GW~30GW[11]。
目前国内在密切跟踪主动配电网技术前沿的同时也在积极进行试点示范工
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