文章基于CIRED2015Session5中的相關(guān)文獻(xiàn)，首先介紹了消納高占比可再生能源的主要智能配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)；其次給出了智能配電網(wǎng)規(guī)劃的投資策略案例；最后介紹了新型配電網(wǎng)規(guī)劃和仿真工具及其研發(fā)的必要性，以期為中國(guó)智能配電網(wǎng)的規(guī)劃與發(fā)展提供參考與借鑒。
引言
智能電網(wǎng)的特點(diǎn)是具有較高的自適應(yīng)性、彈性和可靠性。與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，用戶的參與程度更高。為實(shí)現(xiàn)智能用電，可以通過(guò)在用戶側(cè)安裝智能電表、利用通信和計(jì)量等技術(shù)跟蹤用電量隨時(shí)間的變化規(guī)律，有利于削減高峰時(shí)段的負(fù)荷，這一切都依賴于智能配電網(wǎng)規(guī)劃的實(shí)施。
傳統(tǒng)規(guī)劃的對(duì)象是常規(guī)、單向、無(wú)源的配電網(wǎng)。在此基礎(chǔ)上，智能配電網(wǎng)規(guī)劃充分評(píng)估了影響供電可靠性的各種風(fēng)險(xiǎn)和因素，利用各種智能化技術(shù)，一方面降低最大負(fù)荷，提高可再生能源的接入容量，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)高占比可再生能源的消納；另一方面更加有效地利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，延緩對(duì)一次網(wǎng)絡(luò)容量的投資，使供電更加經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。
目前，配電網(wǎng)規(guī)劃及其運(yùn)行之間的界限越來(lái)越模糊，所以如何在規(guī)劃中有效地考慮電網(wǎng)運(yùn)行特性和要求也越來(lái)越成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者高度關(guān)注的一個(gè)研究領(lǐng)域。通過(guò)構(gòu)建更加精確、隨時(shí)間變化的電源與負(fù)荷模型將運(yùn)行問(wèn)題結(jié)合在規(guī)劃中，不僅能夠有效緩解電網(wǎng)投資壓力，而且能夠提高電網(wǎng)調(diào)整的靈活性；因此，考慮運(yùn)行的智能配電網(wǎng)規(guī)劃是發(fā)展智能電網(wǎng)的基本途徑。
CIRED成立于1971年，是國(guó)際供電領(lǐng)域技術(shù)和管理方面最有影響力的學(xué)術(shù)會(huì)議。近年來(lái)一直致力于6個(gè)方向的研究：網(wǎng)絡(luò)元件、電能質(zhì)量、運(yùn)行控制和保護(hù)、分布式能源、配電系統(tǒng)規(guī)劃和配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商（DSO）監(jiān)管。
2015年會(huì)議的配電系統(tǒng)規(guī)劃方向（CIRED2015-S5）主要討論4個(gè)議題：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和資產(chǎn)管理、網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、配電網(wǎng)規(guī)劃、規(guī)劃方法及工具。
本專題系列共包含7篇文章，分別從不同側(cè)面介紹了CIRED2015-S5中涉及配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)的最新進(jìn)展，其目的是為消納高占比非水可再生能源提供方法和思路。系列文章之一基于CIRED2015-S5議題1總結(jié)了各國(guó)配電系統(tǒng)采用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和資產(chǎn)管理策略，提出配電網(wǎng)消納高占比可再生能源的風(fēng)險(xiǎn)管控方法；系列文章之二基于議題2著重探討和研究了配電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展方向，以便能夠更經(jīng)濟(jì)、安全和可靠地消納高占比可再生能源。本文為系列文章之三，主要圍繞議題3的第5部分智能配電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行討論。
本文介紹了幾種主要的智能配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)，包括動(dòng)態(tài)調(diào)整分布式能源接入容量，動(dòng)態(tài)削減DG發(fā)電出力，動(dòng)態(tài)評(píng)估需求側(cè)響應(yīng)容量?jī)r(jià)值，基于高級(jí)量測(cè)系統(tǒng)（AMI）的智能配電網(wǎng)規(guī)劃，以及配電網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)同仿真。此外，還介紹了一些智能配電網(wǎng)規(guī)劃的投資策略案例，最后對(duì)新型配電網(wǎng)規(guī)劃與仿真工具的研發(fā)提出了新的需求。
本文介紹的這些技術(shù)基于以下思想：通過(guò)在規(guī)劃中考慮運(yùn)行要求，實(shí)現(xiàn)高占比可再生能源的消納以及在某些情況（如網(wǎng)絡(luò)改造）下延緩電網(wǎng)一次設(shè)備的投資，這與國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）中的主動(dòng)配電系統(tǒng)規(guī)劃（C6.19）所介紹的研究成果以及CIRED之前所提出的新型配電規(guī)劃框架是一致的，其中的一些主要思路也已經(jīng)在國(guó)際上的配電公司得到了實(shí)際應(yīng)用。
動(dòng)態(tài)調(diào)整分布式電源（DG）接入容量的技術(shù)
要提高DG發(fā)電量占比，就必須提高DG的接入容量。由于可再生能源發(fā)電的間歇性，其實(shí)際運(yùn)行小時(shí)數(shù)只有1000～2000h，約為傳統(tǒng)電源運(yùn)行小時(shí)數(shù)的1/4左右，相應(yīng)地，如果希望DG發(fā)電量占比達(dá)到20%，則DG接入容量占比就必須至少達(dá)到80%。
傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃在確定大量接入配電網(wǎng)的分布式電源容量時(shí)，其基本要求是應(yīng)盡量避免網(wǎng)絡(luò)阻塞，所以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是按負(fù)荷需求來(lái)設(shè)計(jì)的，而傳統(tǒng)電網(wǎng)的最大容量約為最大負(fù)荷的2倍，并且必須滿足N-1準(zhǔn)則，可見(jiàn)如果按照傳統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的方法處理大規(guī)模分布式電源的接入，就需要擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量規(guī)模，這樣就會(huì)造成很多設(shè)備在大部分時(shí)間內(nèi)是閑置的，極大地浪費(fèi)了資源，并且當(dāng)前配電網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)控制設(shè)備尚未具備應(yīng)對(duì)隨機(jī)發(fā)電及隨機(jī)負(fù)荷的能力，所以也可能無(wú)法滿足空間資源和可靠性的需求。
如圖1所示，利用智能化技術(shù)可以在保證可靠性的同時(shí)有效地降低峰值負(fù)荷，從而達(dá)到延緩對(duì)電網(wǎng)一次設(shè)備投資的目的。如果期望在盡可能不過(guò)多改造電網(wǎng)的情況下，保證大規(guī)模接入容量的DG能夠以經(jīng)濟(jì)、安全和可靠的方式接入電網(wǎng)，那么在規(guī)劃階段就需要充分考慮運(yùn)行時(shí)如何動(dòng)態(tài)地調(diào)整DG的發(fā)電出力。
圖1智能化技術(shù)延緩電網(wǎng)一次設(shè)備投資的效果
文獻(xiàn)［5］提出了一種新穎的設(shè)計(jì)方法和規(guī)劃技術(shù)，在考慮控制系統(tǒng)性能的同時(shí)，通過(guò)調(diào)整DG的發(fā)電出力水平來(lái)增加網(wǎng)絡(luò)的接納能力，并且不需要為大規(guī)模的新基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行投資；該方法和技術(shù)在法國(guó)配電公司（ERDF）得到了實(shí)際應(yīng)用。如前所述，規(guī)劃和運(yùn)行之間的界限變得越來(lái)越不明顯，而有效的規(guī)劃方法必須考慮運(yùn)行需求。該文獻(xiàn)正是在此原則下獨(dú)創(chuàng)地將規(guī)劃中的時(shí)間序列方法運(yùn)用到了概率計(jì)算中，但也正如作者指出，在很多國(guó)家（例如法國(guó)），概率性方法應(yīng)用的可行性、合理性以及合法性仍然是懸而未決的問(wèn)題，還仍然有很長(zhǎng)的探索道路要走。
動(dòng)態(tài)削減DG發(fā)電出力的技術(shù)
目前可再生能源的投運(yùn)方式基本上有3種：①定時(shí)方式，即在特定的時(shí)間內(nèi)削減發(fā)電；②軟聯(lián)動(dòng)（電力電子開(kāi)關(guān)）跳閘方式，即利用可移動(dòng)設(shè)備釋放可能過(guò)載的容量；③主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理方式，即在滿足當(dāng)前配電網(wǎng)所有約束條件的基礎(chǔ)上對(duì)容量進(jìn)行全面優(yōu)化。這3種新的投運(yùn)方法均比傳統(tǒng)的配電網(wǎng)改造費(fèi)用低，但都取決于對(duì)量測(cè)技術(shù)和信息通信技術(shù)（ICT）的應(yīng)用模式。
文獻(xiàn)［6］在結(jié)合文獻(xiàn)［5］研究成果的基礎(chǔ)上，描述了如何在規(guī)劃之中考慮不同的動(dòng)態(tài)削減發(fā)電出力方法。不同削減策略的比較如表1所示，文中利用測(cè)量功率和短期預(yù)測(cè)功率來(lái)削減DG發(fā)電出力，證明了在簡(jiǎn)單地削減DG發(fā)電出力的情形下，很容易保證電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，即故障發(fā)生前就可以被修復(fù)。在分布式能源提供更多系統(tǒng)服務(wù)（如電壓平衡、無(wú)功補(bǔ)償?shù)龋┑膹?fù)雜主動(dòng)配電系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)，則必須采用短期預(yù)測(cè)技術(shù)。
表1 不同削減策略的比較
由于規(guī)劃周期較長(zhǎng)，考慮了未來(lái)峰荷發(fā)展和DG接入容量的變電站規(guī)劃面臨很大的不確定性和投資風(fēng)險(xiǎn)，所以必須進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。文獻(xiàn)［7］在相同功率約束條件下，對(duì)投資變電站和削減配電側(cè)DG發(fā)電出力兩種技術(shù)方案進(jìn)行了比較，給出了優(yōu)化的折中方法。該文獻(xiàn)以30MW變電站接入不同光伏容量（0、1、9.5MW）的情形為例，對(duì)各種削減模式下延緩?fù)顿Y的效果進(jìn)行了比較，結(jié)果如表2所示，與不削減DG容量相比，采用確定（定時(shí)）削減方式，投資年限可延緩3.4年，投資費(fèi)用可減少9.6萬(wàn)歐元；采用隨機(jī)削減方式，投資年限則可延緩2.5年、投資費(fèi)用可減少1.6萬(wàn)歐元。因?yàn)閷?shí)際參數(shù)的隨機(jī)特性會(huì)影響計(jì)算結(jié)果，所以真正的延緩?fù)顿Y效果主要取決于預(yù)測(cè)模型的精度。
表2 30MW變電站案例在不同削減模式下的延緩?fù)顿Y效果比較
動(dòng)態(tài)評(píng)估需求側(cè)響應(yīng)容量?jī)r(jià)值的技術(shù)
需求側(cè)管理（DSM）是智能配電網(wǎng)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，集成分布式電源和需求側(cè)響應(yīng)的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。在延緩電網(wǎng)投資方面，DSM無(wú)需借用傳統(tǒng)的擴(kuò)充電網(wǎng)容量手段即可實(shí)現(xiàn)削峰填谷，有效地平衡本地電能的供需；并且采用DSM將使用戶更加主動(dòng)（activeusers），這也會(huì)降低對(duì)電網(wǎng)投資的需求；尤其是隨著熱泵和電動(dòng)汽車的日益普及，負(fù)荷特性更加靈活，峰值負(fù)荷發(fā)生時(shí)間更加不確定，采用DSM技術(shù)來(lái)延緩電網(wǎng)投資的潛力更大。
圖2為負(fù)荷群供電考慮需求響應(yīng)的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
文獻(xiàn)［8］在現(xiàn)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和配電規(guī)劃方法的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)評(píng)估需求側(cè)響應(yīng)（DSR）提高配網(wǎng)安全運(yùn)行能力的新方法：首先隨機(jī)選擇DSR方案的運(yùn)行域，其次用解析法計(jì)算與各方案對(duì)應(yīng)的可靠性指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上評(píng)估DSR的容量?jī)r(jià)值，最后在滿足可靠性與經(jīng)濟(jì)性要求之間找到一個(gè)折中的解決方案。
基于高級(jí)量測(cè)系統(tǒng)的智能配電網(wǎng)規(guī)劃
在智能配電網(wǎng)中，所有客戶服務(wù)點(diǎn)都會(huì)配置先進(jìn)的數(shù)字儀表；這些儀表不僅可以進(jìn)行雙向通信，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程連接和斷開(kāi)，記錄波形、監(jiān)控電壓和電流等重要運(yùn)行參數(shù)。高級(jí)量測(cè)系統(tǒng)（AMI）就是一個(gè)測(cè)量、收集、儲(chǔ)存、分析用電信息的完整系統(tǒng)，它可以為配電網(wǎng)規(guī)劃提供幾乎所需要的一切數(shù)據(jù)，因此，利用AMI系統(tǒng)可以極大地提高配電網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)性，從而使供電更加可靠，資產(chǎn)管理更加科學(xué)有效。
由于智能儀表必須安裝在用戶家中或數(shù)據(jù)集總點(diǎn)（dataaggregatorpoints，DAPs），因此合理規(guī)劃DAP的位置就是采用AMI技術(shù)時(shí)的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。如果采用人工分析的方法，則計(jì)算成本高，實(shí)踐難度大，尤其是針對(duì)高密度的居民區(qū)。文獻(xiàn)［9］基于智能電表的信息處理數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)聚類技術(shù)，構(gòu)建了一個(gè)DAP智能規(guī)劃系統(tǒng)。該系統(tǒng)在給定電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和智能儀表的條件下，利用RF-Mesh（radiofrequencymeshtechnology）技術(shù)自動(dòng)生成一個(gè)初始的優(yōu)化規(guī)劃問(wèn)題，以通信路徑最短（從而DAP數(shù)量最少）、信息覆蓋面最廣（從而量測(cè)數(shù)據(jù)最多）為目標(biāo)，確定DAP的數(shù)量和位置，所有DAP和智能儀表均可實(shí)時(shí)操縱。通過(guò)對(duì)一個(gè)配置了29？000個(gè)電表和12？000個(gè)電線桿的巴西電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)例分析，該系統(tǒng)的可行性得到了驗(yàn)證。
配電網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)同仿真的技術(shù)
在智能配電網(wǎng)規(guī)劃中，信息通信技術(shù)（ICT）的作用越來(lái)越重要；通信網(wǎng)絡(luò)如果遭到破壞，會(huì)嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行協(xié)同互動(dòng)仿真，是研究智能配電網(wǎng)規(guī)劃的合理途徑。
對(duì)ICT的研究是個(gè)較為前沿的課題。文獻(xiàn)［10］提出了一種應(yīng)用于智能配電網(wǎng)規(guī)劃的ICT模型，如圖3所示。此模型主要分為兩部分：基于場(chǎng)景的預(yù)選和基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃。首先，不考慮網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施的具體情況進(jìn)行預(yù)選，生成ICT技術(shù)方案通用集合和高層協(xié)議；其次，針對(duì)具體的能源網(wǎng)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃，確定若干ICT技術(shù)方案；這兩部分均依賴于由規(guī)劃人員提供的外部數(shù)據(jù)，例如所定義的用例和對(duì)ICT的各種需求。最后，對(duì)兩部分的輸出進(jìn)行成本效益分析，針對(duì)給定的外部數(shù)據(jù)確定合適的ICT技術(shù)方案。正如文獻(xiàn)［10］所指出的，對(duì)ICT進(jìn)行合理規(guī)劃可以避免使用擴(kuò)建電網(wǎng)的傳統(tǒng)手段，延緩電網(wǎng)的一次投資。
圖3配電網(wǎng)規(guī)劃中的ICT模型
智能配電網(wǎng)規(guī)劃的投資策略案例
在智能配電網(wǎng)的投資策略方面，CIRED2015-S5中展示了3個(gè)案例。其中文獻(xiàn)［11］提出了一種策略投資模型（strategicinvestmentmodel，SIM），將其應(yīng)用于英國(guó)電網(wǎng)的“靈活即插即用低碳網(wǎng)絡(luò)（flexibleplugandplaylowcarbonnetworks，F(xiàn)PP）”項(xiàng)目中，確定配電網(wǎng)最優(yōu)投資組合方案。研究案例是FPP試驗(yàn)區(qū)域中的33kV配電系統(tǒng)，涉及的智能技術(shù)包括動(dòng)態(tài)線路定容、正交增壓器、靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器、新型保護(hù)系統(tǒng)、智能發(fā)電機(jī)控制、主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理和智能商業(yè)模式等。SIM將長(zhǎng)期網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)混合非線性整數(shù)優(yōu)化問(wèn)題，其目標(biāo)是在滿足潮流平衡、線路熱極限、電壓極限、設(shè)備運(yùn)行極限等約束條件下，使智能電網(wǎng)技術(shù)投資、傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投資以及在研究期內(nèi)的運(yùn)行成本總和最小。與傳統(tǒng)方式不同，SIM考慮的運(yùn)行條件比較全面，涉及各種DG輸出和負(fù)荷組合，因此能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)受網(wǎng)絡(luò)約束影響的運(yùn)行成本，從而能更準(zhǔn)確地確定投資方案。算例分析結(jié)果表明SIM能夠：①確定實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)技術(shù)的最優(yōu)投資組合方案和地點(diǎn)；②同時(shí)考慮采用智能技術(shù)和進(jìn)行傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)建，評(píng)估不同配網(wǎng)規(guī)劃策略的長(zhǎng)期成本效益；③給出最優(yōu)運(yùn)行策略和投資策略。
目前，法國(guó)配電公司（ERDF）正在研究如何利用發(fā)電側(cè)和需求側(cè)的靈活性來(lái)緩解電壓、線路傳輸容量的限制，從而避免/延緩電網(wǎng)擴(kuò)建的問(wèn)題，文獻(xiàn)［13］就此給出了一個(gè)通用框架（如圖4所示），對(duì)常規(guī)的電網(wǎng)擴(kuò)建方法和利用電網(wǎng)靈活性的方法進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，選擇成本效益最高的作為最終方案。發(fā)電、用電資源的靈活性是從容量、持續(xù)時(shí)間和頻率等幾方面來(lái)定義的，而這不僅需要負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線，還需要隨機(jī)時(shí)序負(fù)荷曲線，其預(yù)測(cè)方法也是ERDF目前正致力于研究的一個(gè)領(lǐng)域。在進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較時(shí)，主要是比較采用某方案所需要的成本和該方案能夠減少電量不足期望值（ExpectedEnergyNotSupplied，EENS）所帶來(lái)的收益，如果前者小于后者，則該方案是具有成本效益的。另外，文獻(xiàn)［13］認(rèn)為，雖然在有些情況下利用電網(wǎng)靈活性可能很難達(dá)到電網(wǎng)擴(kuò)建后高可靠、高質(zhì)量的供電，但是如果能夠獲得較好的成本效益，利用電網(wǎng)靈活性來(lái)推遲電網(wǎng)擴(kuò)建也是合理的。
圖4利用電網(wǎng)靈活性延緩?fù)顿Y的分件方法
文獻(xiàn)［14］介紹了俄羅斯Bashkortostan配電網(wǎng)的規(guī)劃過(guò)程。在對(duì)現(xiàn)狀電網(wǎng)進(jìn)行充分調(diào)研、分析的基礎(chǔ)上，定義了4個(gè)電壓等級(jí)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、自動(dòng)化水平、可靠性改善程度、網(wǎng)損減少程度各不相同的規(guī)劃方案，并針對(duì)6種網(wǎng)絡(luò)改造策略進(jìn)行了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效率分析，這6種策略分別是利用GIS開(kāi)關(guān)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)電壓升級(jí)，網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化+網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化，網(wǎng)絡(luò)電壓升級(jí)+高端網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化，安裝智能儀表，重構(gòu)400V電網(wǎng)。分析結(jié)果表明，利用現(xiàn)有的6kV、10kV設(shè)備，GIS技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化來(lái)改造網(wǎng)絡(luò)，可以在10年后完全回收投資。文獻(xiàn)最終確定了最優(yōu)規(guī)劃方案，并且給出了智能電網(wǎng)漸進(jìn)發(fā)展的詳細(xì)路線圖。
新型配電網(wǎng)規(guī)劃與仿真工具
隨著智能電網(wǎng)和主動(dòng)配網(wǎng)理念的發(fā)展，越來(lái)越有必要開(kāi)發(fā)新型電網(wǎng)仿真和規(guī)劃工具，以便于同時(shí)評(píng)估傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)方案和智能電網(wǎng)建設(shè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并為形成主動(dòng)配網(wǎng)管理運(yùn)行策略和在電網(wǎng)規(guī)劃決策中考慮主動(dòng)配網(wǎng)要素提供有價(jià)值的參考依據(jù)。然而，目前仍然缺乏工業(yè)級(jí)仿真、分析和優(yōu)化工具，文獻(xiàn)［15］提到的新型仿真平臺(tái)DPG.sim（distributedprosumerandgridsimulation）則彌補(bǔ)了這方面的空白。DPG.sim的特點(diǎn)是對(duì)產(chǎn)消者有多種建模方式，從而能夠體現(xiàn)出所有建模細(xì)節(jié)以及可控負(fù)荷、分布式電源、儲(chǔ)能、智能儀表通信設(shè)施的運(yùn)行約束。文中利用該平臺(tái)為瑞士蘇黎世EKZ的部分配網(wǎng)提供規(guī)劃方案，從技術(shù)性能的角度對(duì)使用電網(wǎng)建設(shè)方案和智能電網(wǎng)建設(shè)方案（如削減負(fù)荷、儲(chǔ)能、無(wú)功控制等）進(jìn)行了仿真和評(píng)估。
為了輔助智能電網(wǎng)規(guī)劃人員確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，可靠性以及供電質(zhì)量，需要開(kāi)發(fā)綜合全面的新工具。文獻(xiàn)［16］通過(guò)對(duì)智能技術(shù)及其交互方式進(jìn)行分類，設(shè)計(jì)了一個(gè)專為智能電網(wǎng)規(guī)劃人員量身定做的工具箱架構(gòu)（如圖5所示）。規(guī)劃人員在確定電網(wǎng)建設(shè)和饋線重構(gòu)方案時(shí)，并非像傳統(tǒng)做法那樣只考慮峰荷，而是同時(shí)考慮分布式電源（DG）、移動(dòng)式存儲(chǔ)和需求側(cè)管理（DSM），這樣得到的方案更具成本效益。通過(guò)可再生能源和靜態(tài)儲(chǔ)能相互配合可以削峰填谷，增加網(wǎng)絡(luò)容量；充電站的電動(dòng)汽車耗電量受實(shí)時(shí)電價(jià)變化的影響，因此可作為DSM的一部分；各類儲(chǔ)能設(shè)備可被用來(lái)提升電能質(zhì)量，因此可被視為有功/無(wú)功功率源；一次能源市場(chǎng)運(yùn)行人員在擁有發(fā)電和儲(chǔ)能資源的輸配電運(yùn)行人員之間進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化，得到實(shí)時(shí)電價(jià)，通過(guò)AMI提供給用戶。此工具箱的理念和結(jié)構(gòu)尚未成熟，還需在未來(lái)的研究工作中進(jìn)一步完善。
圖5規(guī)劃人員的工具箱結(jié)構(gòu)
在研究配網(wǎng)規(guī)劃工具和優(yōu)化方法時(shí)，必須適應(yīng)智能電網(wǎng)帶來(lái)的新挑戰(zhàn)。文獻(xiàn)［17］較為全面地研究了配網(wǎng)規(guī)劃方法的最新發(fā)展，其目的是提供一個(gè)參考起點(diǎn)，便于那些希望在規(guī)劃過(guò)程中結(jié)合新理念、新技術(shù)的人開(kāi)發(fā)出一個(gè)能經(jīng)得起未來(lái)檢驗(yàn)的智能規(guī)劃分析工具。首先，隨著分布式可再生能源和智能技術(shù)的發(fā)展，對(duì)負(fù)荷需要從確定性建模轉(zhuǎn)變?yōu)楦_、更隨機(jī)地建模；其次，在智能電網(wǎng)擴(kuò)建方面迄今為止只有為數(shù)不多的幾個(gè)規(guī)模較小的案例可供參考，因此在分析成本效益時(shí)必須考慮很多不確定因素；最后，一個(gè)現(xiàn)代化的規(guī)劃方法必須結(jié)合電力市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)所有利益相關(guān)者的收益最大化，然而性質(zhì)各異、數(shù)量眾多的利益相關(guān)者往往持有相互矛盾的目標(biāo)，這些都是在智能電網(wǎng)環(huán)境下開(kāi)發(fā)新規(guī)劃工具和優(yōu)化方法時(shí)必須解決的問(wèn)題。
文獻(xiàn)［18］針對(duì)中、低壓配網(wǎng)提出一種基于遺傳算法（geneticalgorithm，GA）的規(guī)劃方法，如圖6所示。第一步，根據(jù)不同的供用電要求以及實(shí)際電網(wǎng)特征，生成特征各異的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；第二步，利用GA方法針對(duì)每種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到最優(yōu)的傳統(tǒng)建設(shè)方案和智能建設(shè)方案；最后，對(duì)所得方案進(jìn)行評(píng)估比較。運(yùn)用GA算法時(shí)，每種符合運(yùn)行約束要求的電網(wǎng)配置方案都作為一個(gè)個(gè)體，每次迭代時(shí)，以各種網(wǎng)絡(luò)成本（適應(yīng)度函數(shù)）最小為目標(biāo)，先隨機(jī)挑選兩個(gè)個(gè)體進(jìn)行交叉生成新個(gè)體，然后以減小成本為原則修改個(gè)體（變異），變異后計(jì)算潮流以驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)約束是否越限，如果越限，則通過(guò)擴(kuò)建線路等措施修改個(gè)體，或回退到變異之前的初始狀態(tài)；此過(guò)程不斷繼續(xù)，直到滿足收斂判據(jù)。另外，該方法還采用了所謂智能操作（smartoperator）來(lái)改善GA求解效率不高的缺陷，即利用一些有效措施（如中低壓變壓器分接頭切換和線路擴(kuò)建相結(jié)合）對(duì)當(dāng)前結(jié)果進(jìn)行智能化修正，加速找到最優(yōu)解的過(guò)程。
圖6應(yīng)用于中低壓配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的遺傳算法
結(jié)語(yǔ)
本文介紹了各種能夠延緩一次網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投資的智能配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)，包括動(dòng)態(tài)調(diào)整分布式電源接入容量、動(dòng)態(tài)削減DG發(fā)電出力、動(dòng)態(tài)評(píng)估需求側(cè)響應(yīng)容量?jī)r(jià)值、基于高級(jí)量測(cè)（AMI）的規(guī)劃技術(shù)以及配電網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)同仿真的技術(shù)等；通過(guò)采用這些運(yùn)行手段，可以在無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模電網(wǎng)投資的條件下增加網(wǎng)絡(luò)對(duì)高占比可再生能源的消納能力，同時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。
未來(lái)智能配電網(wǎng)規(guī)劃的發(fā)展應(yīng)側(cè)重于以下幾個(gè)方面：①構(gòu)建合理的、具有足夠精度的發(fā)電/用電模型，模型中必須考慮與規(guī)劃相關(guān)的運(yùn)行因素以及不確定因素；②確定實(shí)施智能電網(wǎng)規(guī)劃方案的成本和收益；③在規(guī)劃中結(jié)合電力市場(chǎng)，使得目標(biāo)各異的參與方利益最大化。本文主要針對(duì)第②個(gè)方面給出了幾個(gè)實(shí)際投資策略案例。
由于不確定因素和風(fēng)險(xiǎn)的增加，在智能電網(wǎng)規(guī)劃中采用傳統(tǒng)的串行潮流計(jì)算已無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估電網(wǎng)的臨界條件，而必須采用基于AMI測(cè)量值的時(shí)間序列方法，這意味著研發(fā)新型配電網(wǎng)規(guī)劃與仿真工具迫在眉睫，本文列舉了CIRED2015-S5中提到的一些仿真平臺(tái)和思路，但具體的負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)建模方法、規(guī)劃方法、評(píng)估方法等將是本系列文章之四所重點(diǎn)討論的問(wèn)題。
評(píng)論