高占比可再生能源發(fā)電系列連載文章旨在介紹與提高可再生能源發(fā)電量占比、協(xié)調(diào)配電系統(tǒng)的規(guī)劃和運行等相關(guān)的創(chuàng)新技術(shù)。作為收官之作，文章首先介紹了一個實際研發(fā)項目的體系架構(gòu)、控制模式、功能模塊及部分功能模塊的研發(fā)和實施情況；其次介紹了一些歐洲大規(guī)模智能配網(wǎng)試點項目的推廣和新技術(shù)的開發(fā)。相關(guān)研究成果和經(jīng)驗可為中國規(guī)劃和運行集成高占比可再生能源的智能配電系統(tǒng)提供借鑒和參考。

0 引言

  可再生能源（RES）接入配電網(wǎng)并提高其發(fā)電量在終端電力消費中的占比是各國能源發(fā)展戰(zhàn)略的主要目標(biāo)。近年來，國內(nèi)外為此提出了很多創(chuàng)新性技術(shù)和商業(yè)化解決方案，智能電網(wǎng)的愿景正在逐步成為現(xiàn)實，但是也面臨著越來越多的挑戰(zhàn)。隨著RES發(fā)電量占比的逐步增大，對電網(wǎng)提出的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在3個方面：

  首先，RES容量快速增加要求網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)建的速度要匹配，從而大大增加了社會成本；

  其次，現(xiàn)有中低壓網(wǎng)絡(luò)需要配置能夠適應(yīng)不可預(yù)測的發(fā)電、用電模式的監(jiān)控工具；

第三，在當(dāng)今很多地區(qū)，分布式發(fā)電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了負(fù)荷需求，從而造成潮流反向，在輸電層引發(fā)穩(wěn)定問題。

  另外，如果創(chuàng)新性技術(shù)和智能解決方案能夠給所有利益相關(guān)者帶來實效，就須考慮給予強(qiáng)制性大范圍的推廣應(yīng)用，與此相關(guān)的挑戰(zhàn)還包括導(dǎo)則和規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)定義，配套政策支撐等等。需要指出的是，國內(nèi)此類項目研究一般涵蓋理論分析、技術(shù)研發(fā)、實驗驗證、實際應(yīng)用4個方面的內(nèi)容，而國外則往往針對其中某一方面進(jìn)行深入研究，而且只有在4個方面都確認(rèn)可行時才考慮相關(guān)研究成果的大規(guī)模推廣應(yīng)用。上述種種議題都是國際供電會議（CIRED）目前關(guān)注的焦點。

國際供電會議（CIRED）致力于展示和推廣供電技術(shù)與管理方面先進(jìn)的技術(shù)和理念，包括網(wǎng)絡(luò)元件、電能質(zhì)量、運行控制和保護(hù)、分布式能源、配電系統(tǒng)規(guī)劃和DSO監(jiān)管等6個研究分會，其中配電系統(tǒng)規(guī)劃分會（S5分會）包含風(fēng)險管理和資產(chǎn)管理、網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、配電規(guī)劃、方法及工具等4個議題。

  本刊已經(jīng)發(fā)表了6篇系列文章，系統(tǒng)地介紹了CIREDS5分會以及相關(guān)圓桌會議的創(chuàng)新性技術(shù)發(fā)展趨勢及實際應(yīng)用，包括配電網(wǎng)消納高占比可再生能源的風(fēng)險管理控制方法、配電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展方向、智能配電網(wǎng)規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)、配電網(wǎng)規(guī)劃的創(chuàng)新性模型和工具、實現(xiàn)靈活高效智能配電網(wǎng)的思路與實踐，以及如何利用靈活性資源實現(xiàn)智能配電網(wǎng)規(guī)劃與運行的協(xié)同決策。作為收官之作，本文基于圓桌會議1（RT1）和圓桌會議7（RT7）的討論內(nèi)容，介紹了消納高占比RES的創(chuàng)新運行模式和大規(guī)模推廣的實際案例。

  由于目前的配電網(wǎng)運行缺乏中、低壓層級的實時信息，所以需要構(gòu)建一種新的配電運行體系架構(gòu)，以便能夠集成傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源和新型智能設(shè)備二者提供的大量數(shù)據(jù)信息，包括收集信息、處理信息、通信架構(gòu)和評估策略，從而可極大地提高配電系統(tǒng)自動化監(jiān)控水平。本文首先介紹了一個提高可再生能源發(fā)電量占比的智能配電網(wǎng)運行模式，包括其體系架構(gòu)、控制模式和功能模塊，并以部分功能模塊為例介紹其研發(fā)和實施情況；其次介紹了一些歐洲配電公司的大規(guī)模試點項目實例和新技術(shù)開發(fā)。相關(guān)研究成果和經(jīng)驗可為中國規(guī)劃和運行集成高占比可再生能源的智能配電系統(tǒng)提供參考和借鑒。

1 提高可再生能源發(fā)電量占比的智能配電網(wǎng)運行模式

  “最大化可再生能源發(fā)電量占比的智能配電網(wǎng)運行方式   （SmartDistributionSystemOperationforMaximizingtheIntegrationofRenewablegeneration，簡稱SuSTAINABLE）是歐盟一個為期3年的研發(fā)項目，由葡萄牙配電公司（EDPDistribui??o）組織協(xié)調(diào)8家機(jī)構(gòu)共同承擔(dān)。該項目以葡萄牙évora市為試點搭建了一個智能電網(wǎng)—InovGrid，覆蓋城區(qū)和郊區(qū)在內(nèi)共1?307km2，居住人口為54?000人，其中電力用戶為30?000戶；InovGrid在全市配置了30?000個配電箱（EDPboxes）、341個配電變壓器控制單元和23個電動汽車充電站。

  目前的配電網(wǎng)運行缺乏中、低壓層級的實時信息，如果能構(gòu)建一種新的配電運行模式，利用來自傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源（如SCADA/DMS、地理信息系統(tǒng)）和新型智能設(shè)備（如智能儀表）提供的大量數(shù)據(jù)信息，就可以極大地提高自動化監(jiān)控水平，這是SuSTAINABLE立項的初衷。其面對的主要挑戰(zhàn)是如何在短時間內(nèi)處理大量SCADA事件，如何處理決策信息使其降維并精準(zhǔn)，如何及時準(zhǔn)確地預(yù)測事件對電網(wǎng)的影響，以及采取哪些措施可以緩解事件對電力系統(tǒng)的影響。

該項目的目標(biāo)是開發(fā)和示范一種新的配電系統(tǒng)運行模式，最大化可再生能源占比，降低碳排放量，通過圖1所示的流程改善系統(tǒng)的靈活性和可靠性，從而使整個配電系統(tǒng)的管理更加有效和經(jīng)濟(jì)。

   具體而言，就是形成一個可供參考的智能電網(wǎng)基本框架，包括收集信息、處理信息、通信架構(gòu)和評估策略，即收集來自智能計量基礎(chǔ)設(shè)施、分布式傳感器和其他數(shù)據(jù)源的信息，利用配電狀態(tài)估計、預(yù)測工具、數(shù)據(jù)挖掘、風(fēng)險管理和決策應(yīng)用軟件等工具處理信息，通過通信架構(gòu)與控制裝置、繼電保護(hù)和靈活性資源進(jìn)行交互，并評估輔助服務(wù)供應(yīng)商的市場策略。

以上理念必須在充分定義了體系架構(gòu)和功能模塊的基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)。

1.1?體系架構(gòu)

   SuSTAINABLE項目體系架構(gòu)如圖2所示，采用了如圖3所示的層次控制模式。其核心組件包括：①位于HV/MV變電站的中壓配網(wǎng)中央控制器，可控的中壓設(shè)備主要包括分布式電源（DG）、有載調(diào)壓開關(guān)（OLTC）、并聯(lián)電容器（CAP）、儲能設(shè)備（STOR）以及可控負(fù)荷（CL）等；②位于MV/LV變電站的低壓配網(wǎng)控制器；③可控設(shè)備的本地控制器。

  整個控制結(jié)構(gòu)由4層組成。從下至上分別為客戶層、MV/LV變電站層、HV/MV變電站層和SCADA/DMS層，分別介紹如下：

1）客戶層：核心設(shè)備是能量箱（energybox，EB），即與如微型發(fā)電設(shè)備（μG）、可控負(fù)荷（CL）、電動汽車（EV）和儲能（STOR）等元件相聯(lián)的能量管理接口，主要起測量和履行遠(yuǎn)程電力交易的作用，對于在低壓網(wǎng)絡(luò)中有效接入微型發(fā)電、與上層電網(wǎng)無縫連接非常關(guān)鍵；EB接收控制微型發(fā)電設(shè)備逆變器的設(shè)置數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)電壓和頻率控制，或?qū)⑦@些數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)叫枨髠?cè)管理等家庭自動化系統(tǒng)；其服務(wù)質(zhì)量（QoS）機(jī)制則向IT系統(tǒng)匯報自動處理和硬件升級信息。

2）MV/LV變電站層：核心設(shè)備是配電變壓器控制器（DTC），其主要功能包括故障檢測和報警；對微型發(fā)電和主動負(fù)荷進(jìn)行本地網(wǎng)絡(luò)管理；在商業(yè)系統(tǒng)、智能電表高級功能和運行控制之間進(jìn)行協(xié)調(diào)；集成輔助儀表、監(jiān)控本地元件并實現(xiàn)其自動化操作；進(jìn)行本地電壓控制，與靈活性設(shè)備交互和自動發(fā)送控制整定值。

3）HV/MV變電站層：核心設(shè)備為智能變電站控制器（SSC），通過一組監(jiān)測和控制功能來管理中壓電網(wǎng)以及直接接入的分布式發(fā)電設(shè)備；與變電站自動化系統(tǒng)相輔相成，實現(xiàn)優(yōu)化潮流、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜖顟B(tài)估計算法；運行一些高級功能（如電壓控制、故障定位和隔離、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、電網(wǎng)運行優(yōu)化和降損、技術(shù)型虛擬電廠、自適應(yīng)保護(hù)模式等），并承擔(dān)配電管理系統(tǒng)（DMS）和低壓控制器之間的接口功能。

4）SCADA/DMS層：全局監(jiān)控主動配電網(wǎng)中運行的所有設(shè)備；管理一系列智能半自動化的子網(wǎng)，包括優(yōu)化電網(wǎng)管理、提高可靠性和供電質(zhì)量、對分布式電源進(jìn)行動態(tài)控制、狀態(tài)估計、負(fù)荷和RES預(yù)測、電壓控制；通過在電氣設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視設(shè)備之間發(fā)收測量值、事件、整定值和報警等保證用電需求快速響應(yīng)和數(shù)據(jù)收集工作。

1.2?功能模塊

  SuSTAINABLE項目的功能模塊如圖4所示。針對MV/LV配電等級，通過RES和負(fù)荷預(yù)測功能使得網(wǎng)絡(luò)可預(yù)測，通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和狀態(tài)評估使得網(wǎng)絡(luò)可觀測，通過電壓控制和TVPP使得網(wǎng)絡(luò)可控制。

  本項目總共包含9個功能模塊，本節(jié)以功能模塊2、3、4、5、9為例，介紹各國的研究成果和實施情況。

1.2.1?配電層級的負(fù)荷預(yù)測和建模

  英國曼徹斯特大學(xué)承擔(dān)了負(fù)荷預(yù)測功能模塊的研發(fā)，提出了一種適用于配電層級的負(fù)荷預(yù)測和建模方法。利用歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)、測量值（有功、無功和電壓）以及第二天的天氣預(yù)報數(shù)據(jù)（溫度、濕度和風(fēng)速），對配電網(wǎng)中任一節(jié)點在任何給定時刻的總負(fù)荷大小、負(fù)荷等級（工業(yè)、商業(yè)和居民）、負(fù)荷種類（感應(yīng)電動機(jī)、驅(qū)動控制電動機(jī)、電阻性負(fù)荷、電力電子設(shè)備/開關(guān)電源、節(jié)能照明負(fù)荷、分布式發(fā)電/微型發(fā)電和其他RES等）以及可控負(fù)荷量進(jìn)行了預(yù)測，并對該節(jié)點在給定時刻的需求動態(tài)響應(yīng)（dynamicresponseofdemand，DRD）進(jìn)行了分析；根據(jù)負(fù)荷構(gòu)成、可控量以及DRD的預(yù)測結(jié)果即可確定合理的需求管理措施。

該方法預(yù)測DRD和需求的整體框架如圖5所示，預(yù)測結(jié)果和DRD分析均用概率分布表示，充分體現(xiàn)了負(fù)荷的不確定性；預(yù)測誤差均在可接受的范圍之內(nèi)，總負(fù)荷預(yù)測的有功絕對誤差均值約為4%，無功約為15%。

1.2.2?配電網(wǎng)的狀態(tài)估計

  葡萄牙INESC公司承擔(dān)了狀態(tài)估計功能模塊的研發(fā)，提出了一種適用于中壓配電網(wǎng)的狀態(tài)估計技術(shù)。項目在典型的葡萄牙低壓網(wǎng)絡(luò)（100kVA）上實施，包括57個安裝了智能儀表的消費者（單相用戶3.45～6.9kVA，三相用戶6.9～13.8kVA），其中16個用戶安裝了分布式發(fā)電，在總的合同電力中光伏發(fā)電占50%；歷史數(shù)據(jù)采用一個實際的中、低壓變電站負(fù)載，包括30天的數(shù)據(jù)（日電壓幅值、有功和無功功率），步長為15min。項目根據(jù)智能儀表的數(shù)目和安裝地點考慮了5個場景，對具有實時通信功能智能儀表的遙測方案進(jìn)行了分析。

  該模塊的核心是偽量測技術(shù)，主要利用安裝在低壓配電網(wǎng)中的智能儀表測得的實時數(shù)據(jù)，并結(jié)合中壓配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來估計中壓配電網(wǎng)的狀態(tài)向量。該方法采用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中一種稱為自編碼的特殊類型，通過建立一個同步的歷史數(shù)據(jù)集對自編碼器進(jìn)行訓(xùn)練，從而實現(xiàn)對各個設(shè)備的偽量測。為了實現(xiàn)對不良模擬和狀態(tài)測量結(jié)果的探測和識別，對系統(tǒng)估計方法的魯棒性進(jìn)行了評估，包括一些關(guān)鍵績效指標(biāo)的計算。在案例分析中，利用加權(quán)最小二乘法對中壓配電網(wǎng)進(jìn)行狀態(tài)估計，權(quán)重按照不確定性進(jìn)行單獨修正；所有變電站均使用偽量測技術(shù)，最終得到的結(jié)果十分接近實際情況，證明了該方法的有效性。

1.2.3?提高配電網(wǎng)接納分布式能源（DER）能力的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制

  希臘雅典國家技術(shù)大學(xué)承擔(dān)了電壓最優(yōu)協(xié)調(diào)控制策略功能模塊的研發(fā)，解決了具有高占比DER的中壓網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制問題。項目在羅德島上的一個20kV、40節(jié)點中壓網(wǎng)絡(luò)上實施，該網(wǎng)絡(luò)特點是饋線距離長、負(fù)載輕，并且DG容量大于負(fù)載。電網(wǎng)中有一個150/20kV變電站，變壓器最大容量為25MVA，有載分接開關(guān)范圍是17（1±1.25%）；饋線長38km，有2種不同的導(dǎo)線型號；最大、最小負(fù)載分別為4.5MW、1.8MW。DG裝機(jī)容量為5MW，其中包括20個沿饋線分布的光伏電站，容量為0.1MW；在饋線2/3處有1個3W的風(fēng)電場；在饋線中間有可切換電容器組，容量為0.4kvar。

該功能模塊使用的控制算法是一個混合約束二次優(yōu)化問題，其目標(biāo)包括：①優(yōu)化饋線上的電壓波形；②減少能量損失；③使可再生能源的出力削減最??；④最大限度減少配電網(wǎng)設(shè)備（有載調(diào)壓開關(guān)和并聯(lián)電容器等）運行的機(jī)械損耗；⑤使通過高壓/中壓變壓器的無功功率最小。約束條件包括：①潮流方程約束；②電壓波動約束；③變壓器分接頭約束；④饋線熱穩(wěn)定極限約束；

⑤電容器組最大投切容量約束；⑥可再生能源的最大容量、功率因數(shù)以及出力削減限制。

項目實施結(jié)果表明，在電壓調(diào)節(jié)方面，每個節(jié)點的電壓波動范圍按年計平均減少了約60%；在損耗方面，與傳統(tǒng)的控制策略相比可以減少12%的損耗；在接納RES的能力方面，即使不做任何削減也能使接納能力提高60%，如果進(jìn)行削減則可以將接納能力提高至原來的3倍，與之對比，德國運行經(jīng)驗表明削減5%的RES電量可以提高電網(wǎng)接納RES容量１倍；在設(shè)備的操作次數(shù)方面，有載調(diào)壓開關(guān)的日均操作次數(shù)可以減少一半；在無功功率優(yōu)化方面，整體的無功功率輸入減少了20%，變壓器上的損耗減少了40%。該控制策略的不足之處是過于依賴對負(fù)荷和RES出力的預(yù)測以及測量和通信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

1.2.4?具有高占比分布式電源的配電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)方案

  希臘雅典國家技術(shù)大學(xué)同時也承擔(dān)了自適應(yīng)保護(hù)功能模塊的開發(fā)。由于傳統(tǒng)配電網(wǎng)是輻射狀的，并且通常是單饋線結(jié)構(gòu)，一般采用無方向過電流保護(hù)即可；然而，接入RES的智能配電網(wǎng)中電流方向通常是雙向的，這對現(xiàn)有的過電流保護(hù)方案來說是一個挑戰(zhàn)。該系統(tǒng)利用預(yù)先計算出來的一些數(shù)據(jù)，結(jié)合配電網(wǎng)運行狀態(tài)，通過中央控制器對保護(hù)設(shè)備的設(shè)置進(jìn)行周期性更新，為可再生能源接入后產(chǎn)生的保護(hù)死區(qū)、繼電器拒動誤動、重合閘失敗以及重合閘與熔斷器之間的不協(xié)同動作等問題提供了一個全面的配電網(wǎng)自適應(yīng)解決方案。

該系統(tǒng)在一個創(chuàng)新試驗平臺上針對一個簡化的5節(jié)點雙饋線智能配電網(wǎng)進(jìn)行了測試，該平臺使用硬件在環(huán)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要設(shè)備包括一個實時數(shù)字仿真儀、兩個多功能數(shù)字繼電器和一個可編程邏輯控制器，如圖6所示。

1.2.5?與電力市場集成的虛擬電廠

  德國柏林工業(yè)大學(xué)承擔(dān)了虛擬電廠（VPP）功能模塊的開發(fā)。虛擬電廠是一個新的市場參與者，可以匯聚和控制分布式能源（DER）。由于可以利用DER激活靈活性資源，所以VPP對于配電網(wǎng)絡(luò)的主動管理極為重要，此功能模塊正是研究系統(tǒng)運營商和VPP之間的協(xié)調(diào)方法。

柏林工業(yè)大學(xué)對VPP的性能進(jìn)行了驗證，算例網(wǎng)絡(luò)如圖7所示。實施結(jié)果表明，此功能模塊可以支持對RES的市場整合，提高系統(tǒng)接納RES容量14.5%，并且可以有效緩解阻塞。

2?集成高占比RES的創(chuàng)新案例

  本節(jié)首先介紹了幾個大規(guī)模消納RES的項目，包括歐洲12家機(jī)構(gòu)共同參與的IgreenGrid項目、意大利電力公司ENEL承擔(dān)的PugliaActiveNetwork項目、英國西部電力承擔(dān)的靈活的即插即用（Flexible Plugand Play，F(xiàn)PP）項目；然后介紹了英國西部電力承擔(dān)的RES不同接入方式的項目、德國智能電網(wǎng)服務(wù)公司（SAG）的配網(wǎng)自動化實踐案例、荷蘭DNVGL技術(shù)咨詢公司的測試方法和驗證規(guī)范。

2.1?一些大規(guī)模項目概況

1）IgreenGrid項目。歐洲12家機(jī)構(gòu)共同參與的IgreenGrid項目為電網(wǎng)集成高占比RES在技術(shù)層面提供了很多創(chuàng)新案例，如西班牙Iberdrola配電公司正在研發(fā)的新型無功控制技術(shù)，奧地利Ober?sterreich配網(wǎng)公司正在研發(fā)的光伏逆變器控制、有載調(diào)壓變壓器控制和實時電壓測量、以及利用自耦變壓器進(jìn)行低壓線路電壓調(diào)節(jié)等新技術(shù)。

2）PugliaActiveNetwork項目。意大利電網(wǎng)公司Enel對接入中壓電網(wǎng)的RES的新型控制方案進(jìn)行了測試，其成果目前正借由PugliaActiveNetwork項目給予大范圍的實施和推廣。該項目是歐盟第一個地區(qū)級示范項目，其目的是有一定規(guī)模程度地展示如何利用智能電網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)針對DG接入配網(wǎng)進(jìn)行主動網(wǎng)絡(luò)管理。

PugliaActiveNetwork項目中涉及的創(chuàng)新技術(shù)包括：①中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓調(diào)節(jié)和DG監(jiān)測；②提供智能服務(wù)，包括建設(shè)電動汽車（EV）充電站和提高用戶參與意識，后者通過智能設(shè)備（SmartInfo）向用戶提供用電和/或發(fā)電量數(shù)據(jù)，使用戶根據(jù)其生活習(xí)慣采取最經(jīng)濟(jì)的用電方式，從而實現(xiàn)需求的主動化；③防止在接入RES的情況下出現(xiàn)孤島從而提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性；④停電管理和網(wǎng)絡(luò)自動化；⑤實現(xiàn)接入DG的MV配網(wǎng)的需求響應(yīng)（在緊急情況下限制/控制有功需求）。利用上述創(chuàng)新技術(shù)對Puglia地區(qū)的MT配網(wǎng)進(jìn)行主動網(wǎng)絡(luò)管理，該配網(wǎng)中分布式發(fā)電容量超過2.6GW，包含102個HV/MV變電站，超過4?000個MV/LV變電站；為了實現(xiàn)智能服務(wù)，建設(shè)了約250個EV充電站，并在Valled’Itria地區(qū)安裝了30?000個SmartInfo設(shè)備。

3）靈活的即插即用項目。英國西部電網(wǎng)公司在其靈活的即插即用項目中測試了DG靈活接入的可能性，展示了集成高占比RES電網(wǎng)在規(guī)范和技術(shù)方面的創(chuàng)新案例和經(jīng)驗。首先，允許DG用戶接入配網(wǎng)的前提是DSO能夠根據(jù)運行要求控制其發(fā)電出力；在FPP項目初期預(yù)計年削減量為5.3%，實際削減量接近2%。其次，英國西部電網(wǎng)公司正在研發(fā)兩種削減出力的商業(yè)方案—后進(jìn)先出（lastinfirstoff，LIFO）和按比例分配（Pro-rata），即用不同的方式實現(xiàn)一個削減出力策略，利用智能設(shè)備保證獲取額外的容量，需要削減的出力則在DG用戶之間有差分?jǐn)偂?/p>

FPP項目表明，當(dāng)采納計算所得的削減量大小時，靈活接入對于大多數(shù)用戶來說是切實可行的一種選擇。計及削減成本，項目為試驗區(qū)內(nèi)的入網(wǎng)DG用戶總共節(jié)省了近3?200萬英鎊；平均入網(wǎng)成本節(jié)省了87%，減少接入等待時間超過59%（平均29周）。該方法在未來有很廣泛的應(yīng)用前景。

2.2RES靈活接入方式

  英國西部電網(wǎng)公司（WPD）研究了RES靈活接入方式，并在英國西部從低壓到132kV的電網(wǎng)上實施，其供電區(qū)域覆蓋55?500km2，用戶780萬；架空線和地下電纜共計221?000km，變電站185?000個。在RES靈活接入方式的創(chuàng)新項目方面，WPD調(diào)動了所有利益相關(guān)者的積極性，并對知識庫進(jìn)行管理，其創(chuàng)新策略體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)方面是示范不同的投資策略，以便英國順利實現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型；體現(xiàn)在用戶方面是測試各種新型接入方案，以便用戶使用低碳技術(shù)；體現(xiàn)在效益方面是開發(fā)新方案，以提高電網(wǎng)性能和商業(yè)績效。

  計劃接入的電源其供電量是有彈性的，即能夠根據(jù)需求波動輸出相應(yīng)的功率，但是大部分DG是無計劃接入的，所以當(dāng)電網(wǎng)非正常運行時，這部分發(fā)電可能需要被切除，這通常發(fā)生在計劃外故障、計劃維修、新建工程和設(shè)備置換等情況下，持續(xù)時間取決于故障的嚴(yán)重程度，短到幾毫秒，長到數(shù)月。對此，WPD提出3種RES接入方式：①定時，即在特定的時間削減發(fā)電，此時可以通過儲能等手段減少RES出力削減所帶來的損失；②軟聯(lián)動跳閘，即利用跳閘設(shè)備釋放預(yù)故障容量；③在滿足所有約束條件的基礎(chǔ)上對容量進(jìn)行全面優(yōu)化，而RES接入帶來的系統(tǒng)約束問題則通過引入局部靈活機(jī)制來解決。這3種方法的特點參見表1，其成本、復(fù)雜程度和優(yōu)化程度是依次遞增的，與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)改造方式之間的成本比較參見表2。

 所有被設(shè)計為“非固定（Non-firm）”的接入方式在不正常運行狀態(tài)下都可以被切除。WPD針對其網(wǎng)絡(luò)模型使用歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上疊加理想的發(fā)電量分布情況，據(jù)此估計不同接入方式下的削減量大??；WPD總結(jié)使削減量增加的因素包括故障維修、非計劃故障、失去負(fù)荷、凈需求量輸出、凈發(fā)電量輸入、小規(guī)模發(fā)電、失去通信；使削減量減少的因素包括新負(fù)荷接入、負(fù)載增加、凈需求量輸入、凈發(fā)電量輸出、發(fā)電故障、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、準(zhǔn)入的發(fā)電沒有落實。

2.3?電網(wǎng)自動化

  德國SAG公司提出了一種中、低壓配網(wǎng)自動化的創(chuàng)新解決方案，主要解決配網(wǎng)集成高占比RES后會帶來的電壓越限和線路過載問題，其整體部署如圖8所示，通過傳感器對選定節(jié)點和支路進(jìn)行測量，將信息經(jīng)由電力載波或超高頻無線通信傳輸至控制單元，后者運行配電網(wǎng)狀態(tài)辨識和控制算法，將控制信號傳輸至相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對選定的饋線和負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)。該方案已在德國郊區(qū)（輻射狀）和城網(wǎng)（環(huán)狀）等14個試點部署實施；案例研究結(jié)果表明，該方案涉及的自動化系統(tǒng)升級成本與硬件升級成本之比約為5∶1，并且總成本只有常規(guī)配電網(wǎng)硬件改造成本的一半。在工程方面的挑戰(zhàn)主要是變電站、機(jī)柜與RES之間的通信問題，以及變化多端的低壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)GIS數(shù)據(jù)量太大的問題。目前該方案只適用于低壓配電網(wǎng)，是否能夠應(yīng)用于中壓配電網(wǎng)還需要進(jìn)一步的現(xiàn)場測試和相關(guān)政策支持。

2.4?電網(wǎng)的測試和驗證方法

  荷蘭可再生能源領(lǐng)域最大的獨立技術(shù)咨詢公司DNVGL（在電力工業(yè)領(lǐng)域已有90年的從業(yè)經(jīng)驗，其中30年致力于能源效率和風(fēng)電方面的研究。作為領(lǐng)先的認(rèn)證機(jī)構(gòu)，DNVGL發(fā)布了超過25項的標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)則，尤其在大功率和高電壓測試方面首屈一指）針對集成了RES的智能電網(wǎng)提出一種全面的測試和驗證方案，如圖9所示。

  DNVGL公司專門成立了靈活電網(wǎng)實驗室，對智能配電網(wǎng)運行情況（如各種電能質(zhì)量條件下的RES）進(jìn)行評估，驗證創(chuàng)新性控制策略，以期改善電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)“被動”測試相比，該公司所提出的“主動”測試方法可以提高測試的可信度和系統(tǒng)的穩(wěn)健性；元件測試中所使用的電壓等級最高24kV，直流頻率最高75Hz，容量最大1MVA，可分析超過25次的諧波，元件均為四象限運行。

  該公司以一個檢測功率流向的方案為例對所提出的測試方法進(jìn)行了驗證，在該方案中保護(hù)繼電器向功率放大器傳輸電信號，功率放大器隨后將該信號傳輸至實時系統(tǒng)模型并接受返回的信號，最終實現(xiàn)模型與實際情況的一致；所有驗證過程均在閉環(huán)測試系統(tǒng)中實現(xiàn)。該項目下一步的研究重點是增加測試可信度和系統(tǒng)魯棒性。

4?結(jié)語

  目前的配電網(wǎng)運行缺乏中、低壓層級的實時信息，為此CIRED-RT1構(gòu)建了一種創(chuàng)新性的配電運行模式，通過集成來自傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源和新型智能設(shè)備提供的大量數(shù)據(jù)信息，極大地提高了配電系統(tǒng)的自動化監(jiān)控水平。其研究成果是形成了一個智能電網(wǎng)基本體系框架，改進(jìn)了信息處理方式，具體包括收集信息、處理信息、通信架構(gòu)和評估策略4部分，即收集來自各方數(shù)據(jù)源的信息，利用高級軟件工具給予處理，通過通信架構(gòu)與控制保護(hù)裝置和靈活性資源進(jìn)行交互，并對市場策略進(jìn)行評估。該體系控制模式采用分層結(jié)構(gòu)，主要信息流在每個控制層進(jìn)行分解，控制信號都在本地計算得到；所有功能模塊遵循相同的結(jié)構(gòu)，并且使用分布式智能和集群方式。CIRED-RT7則介紹了一些與電網(wǎng)集成DER有關(guān)的大規(guī)模試點項目和創(chuàng)新技術(shù)，主要包括RES靈活接入方式、電網(wǎng)自動化、電網(wǎng)的測試和驗證方法等。

  本文所介紹的消納高占比可再生能源的運行模式和大規(guī)模案例為我國電力系統(tǒng)消納高占比的RES發(fā)電提供了良好的參照。值得一提的是，智能技術(shù)及其商業(yè)解決方案必須能夠體現(xiàn)所有利益相關(guān)者真正的價值或效益才能得到規(guī)?；耐茝V應(yīng)用，因此除了技術(shù)創(chuàng)新，還需要進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新和制度創(chuàng)新。根據(jù)RT1與RT7的討論，為了提高電網(wǎng)對RES的接納能力，配電系統(tǒng)運營商可以從分布式電源側(cè)和用戶側(cè)（靈活性資源）購買服務(wù)以避免網(wǎng)絡(luò)阻塞，并可利用儲能設(shè)備平滑RES帶來的不確定性和風(fēng)險，同時應(yīng)該從導(dǎo)則和規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、配套政策、監(jiān)管條例等多方位創(chuàng)新，才能推出給所有利益相關(guān)者帶來實效的智能電網(wǎng)解決方案。借鑒實現(xiàn)高占比RES國家的成熟經(jīng)驗，中國應(yīng)對理論分析、技術(shù)研發(fā)、實驗驗證、實際應(yīng)用中的每一方面進(jìn)行深入研究，只有在創(chuàng)新性技術(shù)經(jīng)過嚴(yán)格的測試和系統(tǒng)驗證并且有創(chuàng)新的標(biāo)準(zhǔn)和制度予以配合時，才能考慮相關(guān)研究成果的大規(guī)模推廣和應(yīng)用。