1、背景及意義

為了實現(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)控制的方式實現(xiàn)多能源的優(yōu)化調(diào)度、互補和共享， 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、互補和共享等新需求， 嚴重制約了配電網(wǎng)對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)特點及構(gòu)建方法

2.1雙層次能源聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)特點

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。

步驟2： 根據(jù)能量最優(yōu)分配及投資運行經(jīng)濟性的原則， 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作為目標函數(shù)， 以節(jié)點電壓、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， 在需要實現(xiàn)能源主動調(diào)度的供電區(qū)域內(nèi)外的關(guān)鍵節(jié)點之間搭建柔性潮流調(diào)控能源聯(lián)絡(luò)線， 并優(yōu)化計算出聯(lián)絡(luò)線上的D-FACTS的安裝位置和容量， 在需要實現(xiàn)能量自然平衡的供電區(qū)域內(nèi)外的關(guān)鍵節(jié)點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)置必要的繼電保護和安全自動裝置以滿足系統(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)對分布式電源的接納能力水平

為了更加快速準確地計算配電網(wǎng)對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)的接納能力進行了分析計算， 仿真結(jié)果如圖2所示， 由此得出如下主要結(jié)論：

1） 通過仿真計算， 當(dāng)考慮電壓和功率損耗的影響， DG的最大準入容量百分比可達到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的最大準入容量百分比僅達到20%。由此可見， 當(dāng)考慮的制約因素不同時， 配電網(wǎng)對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， 配電網(wǎng)的接納能力受到線路熱穩(wěn)定極限和電壓的嚴重制約。

2） 與集中接入方式相比， 分散接入后DG最大準入容量百分比由20%提高到35%， 此時配電網(wǎng)接納DG的能力更強。這主要有兩方面原因， 一方面單點集中接入方式下DG的實際出力在極大程度上受限于線路最大輸送容量， 而多點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， 輸出功率便于就地消納， 易于實現(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最大準入容量百分比由35%提高到53.6%， 這是因為雙層次能源聯(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DG的接納能力， 實現(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最大準入容量百分比