1、背景及意義

　　為了實(shí)現(xiàn)能源利用的高效性、安全性和可持續(xù)性, 未來配電網(wǎng)將逐漸發(fā)展為具有可再生、分布式、互聯(lián)性、智能化等特征的能源互聯(lián)網(wǎng)。與智能配電網(wǎng)中分布式可再生能源采用局部控制和消納的方式相比, 能源互聯(lián)網(wǎng)將通過廣域范圍互聯(lián)與協(xié)調(diào)控制的方式實(shí)現(xiàn)多能源的優(yōu)化調(diào)度、互補(bǔ)和共享, 從而滿足大規(guī)模分布式電源(Distributed Generation, DG)安全并網(wǎng)的迫切需求。由此, 多能源互聯(lián)共享的未來配電網(wǎng)發(fā)展所面臨的關(guān)鍵問題主要包括:

　　1) 為了滿足安全性、經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性的要求, 如何較好地解決本地能源就地平衡和廣域能源調(diào)度共享的矛盾?

　　2) 為了適應(yīng)高滲透率水平分布式電源的安全可靠接入, 如何大幅度提高配電網(wǎng)對(duì)分布式電源的接納能力?

　　傳統(tǒng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)多以輻射狀、多分段單聯(lián)絡(luò)、多分段多聯(lián)絡(luò)為主, 難以適應(yīng)未來配電網(wǎng)的多能源優(yōu)化調(diào)度、互補(bǔ)和共享等新需求, 嚴(yán)重制約了配電網(wǎng)對(duì)分布式可再生能源的接納能力, 為此, 本文提出一種雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)以解決本地能源就地平衡和廣域能源調(diào)度共享的矛盾。該結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多能源的優(yōu)化配置和互聯(lián)共享, 提高配電網(wǎng)中分布式資源的整體經(jīng)濟(jì)性和利用率, 適應(yīng)大規(guī)模分布式電源的安全、可靠接入, 提高配電網(wǎng)對(duì)分布式電源的接納能力。

　　2、雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及構(gòu)建方法

　　2.1雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

　　雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)是由基本能源聯(lián)絡(luò)線和柔性潮流調(diào)控能源聯(lián)絡(luò)線組成的。

　　基本能源聯(lián)絡(luò)線是指能夠?qū)崿F(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)之間能源互聯(lián)的專用聯(lián)絡(luò)線路, 它能夠從局部的角度解決本地能源的自然平衡的問題, 該線路上的潮流仍呈現(xiàn)自然分布。

　　在基本能源聯(lián)絡(luò)線上合理配置柔性交流配電(D-FACTS)裝置, 實(shí)現(xiàn)潮流的雙向調(diào)節(jié)、按需調(diào)節(jié)和快速靈活調(diào)節(jié), 稱為柔性潮流調(diào)控能源聯(lián)絡(luò)線, 它能夠從全局的角度解決廣域能源的優(yōu)化調(diào)度、互補(bǔ)和共享的問題。

　　2.2雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法

　　構(gòu)建雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)的基本思路是在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間優(yōu)化配置基本能源聯(lián)絡(luò)線和柔性潮流調(diào)控能源聯(lián)絡(luò)線, 從而很好地解決本地能源就地平衡和廣域能源調(diào)度共享的問題, 其具體步驟如下:

　　步驟1: 根據(jù)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性和DG并網(wǎng)情況, 選取配電網(wǎng)中能量需要優(yōu)化分配的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

　　步驟2: 根據(jù)能量最優(yōu)分配及投資運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的原則, 以網(wǎng)絡(luò)損耗成本、線路和設(shè)備投資成本、停電損失成本以及電壓改善收益等指標(biāo)作為目標(biāo)函數(shù), 以節(jié)點(diǎn)電壓、相角、有功功率、無功功率和線路輸送容量等作為約束條件, 建立能源聯(lián)絡(luò)線的優(yōu)化規(guī)劃模型。

　　步驟3: 基于上述優(yōu)化規(guī)劃模型, 在需要實(shí)現(xiàn)能源主動(dòng)調(diào)度的供電區(qū)域內(nèi)外的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間搭建柔性潮流調(diào)控能源聯(lián)絡(luò)線, 并優(yōu)化計(jì)算出聯(lián)絡(luò)線上的D-FACTS的安裝位置和容量, 在需要實(shí)現(xiàn)能量自然平衡的供電區(qū)域內(nèi)外的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間搭建基本能源聯(lián)絡(luò)線, 由此形成雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)。

　　步驟4: 為雙層次能源聯(lián)絡(luò)線設(shè)置必要的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置以滿足系統(tǒng)的安全可靠性要求。圖1為構(gòu)建雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)的方法流程。

　　圖1 構(gòu)建雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)的方法流程圖

　　3、雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)對(duì)分布式電源的接納能力水平

　　為了更加快速準(zhǔn)確地計(jì)算配電網(wǎng)對(duì)分布式電源的接納能力, 本文建立了含DG的配電網(wǎng)的二維多分辨率模型, 提出了多因素影響下配電網(wǎng)對(duì)DG接納能力的分析方法, 并通過33kV環(huán)狀配電網(wǎng)的典型算例對(duì)具有雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)的接納能力進(jìn)行了分析計(jì)算, 仿真結(jié)果如圖2所示, 由此得出如下主要結(jié)論:

　　1) 通過仿真計(jì)算, 當(dāng)考慮電壓和功率損耗的影響, DG的最大準(zhǔn)入容量百分比可達(dá)到37.4%; 當(dāng)考慮電壓、功率損耗和線路熱穩(wěn)定極限的影響, DG的最大準(zhǔn)入容量百分比僅達(dá)到20%。由此可見, 當(dāng)考慮的制約因素不同時(shí), 配電網(wǎng)對(duì)分布式電源的接納能力水平也不盡相同。當(dāng)DG采用大規(guī)模集中接入方式時(shí), 配電網(wǎng)的接納能力受到線路熱穩(wěn)定極限和電壓的嚴(yán)重制約。

　　2) 與集中接入方式相比, 分散接入后DG最大準(zhǔn)入容量百分比由20%提高到35%, 此時(shí)配電網(wǎng)接納DG的能力更強(qiáng)。這主要有兩方面原因, 一方面單點(diǎn)集中接入方式下DG的實(shí)際出力在極大程度上受限于線路最大輸送容量, 而多點(diǎn)分散接入方式下則幾乎不受影響;另一方面, 小規(guī)模DG分散接入時(shí), 輸出功率便于就地消納, 易于實(shí)現(xiàn)電量平衡, 網(wǎng)絡(luò)損耗較小。因此, 基于能源互聯(lián)結(jié)構(gòu)的未來配電網(wǎng)中DG宜以分散接入方式為主。

　　3) 與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比, 采用雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)后DG最大準(zhǔn)入容量百分比由35%提高到53.6%, 這是因?yàn)殡p層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多能源的優(yōu)化配置和互聯(lián)共享, 提高配電網(wǎng)中分布式資源的整體經(jīng)濟(jì)性和利用率, 較好地解決了本地能源就地平衡和廣域能源調(diào)度共享的問題。因此, 采用雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)可以大幅度提高配電網(wǎng)對(duì)DG的接納能力, 實(shí)現(xiàn)能源利用的高效性、安全性和可持續(xù)性。

　　圖2 采用雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)前后的DG最大準(zhǔn)入容量百分比