文献[14]介绍了俄罗斯Bashkortostan配电网的规划过程。在对现状电网进行充分调研、分析的基础上,定义了4个电压等级、拓扑结构、自动化水平、可靠性改善程度、网损减少程度各不相同的规划方案,并针对6种网络改造策略进行了技术、经济效率分析,这6种策略分别是利用GIS开关优化网络结构,网络电压升级,网络自动化,结构优化+网络自动化,网络电压升级+高端网络自动化,安装智能仪表,重构400V电网。分析结果表明,利用现有的6kV、10kV设备,GIS技术,网络自动化来改造网络,可以在10年后完全回收投资。文献最终确定了最优规划方案,并且给出了智能电网渐进发展的详细路线图。
新型配电网规划与仿真工具
随着智能电网和主动配网理念的发展,越来越有必要开发新型电网仿真和规划工具,以便于同时评估传统电网建设方案和智能电网建设方案的优缺点,并为形成主动配网管理运行策略和在电网规划决策中考虑主动配网要素提供有价值的参考依据。然而,目前仍然缺乏工业级仿真、分析和优化工具,文献[15]提到的新型仿真平台DPG.sim(distributedprosumerandgridsimulation)则弥补了这方面的空白。DPG.sim的特点是对产消者有多种建模方式,从而能够体现出所有建模细节以及可控负荷、分布式电源、储能、智能仪表通信设施的运行约束。文中利用该平台为瑞士苏黎世EKZ的部分配网提供规划方案,从技术性能的角度对使用电网建设方案和智能电网建设方案(如削减负荷、储能、无功控制等)进行了仿真和评估。
为了辅助智能电网规划人员确保系统运行的安全性,可靠性以及供电质量,需要开发综合全面的新工具。文献[16]通过对智能技术及其交互方式进行分类,设计了一个专为智能电网规划人员量身定做的工具箱架构(如图5所示)。规划人员在确定电网建设和馈线重构方案时,并非像传统做法那样只考虑峰荷,而是同时考虑分布式电源(DG)、移动式存储和需求侧管理(DSM),这样得到的方案更具成本效益。通过可再生能源和静态储能相互配合可以削峰填谷,增加网络容量;充电站的电动汽车耗电量受实时电价变化的影响,因此可作为DSM的一部分;各类储能设备可被用来提升电能质量,因此可被视为有功/无功功率源;一次能源市场运行人员在拥有发电和储能资源的输配电运行人员之间进行协调优化,得到实时电价,通过AMI提供给用户。此工具箱的理念和结构尚未成熟,还需在未来的研究工作中进一步完善。
图5规划人员的工具箱结构
在研究配网规划工具和优化方法时,必须适应智能电网带来的新挑战。文献[17]较为全面地研究了配网规划方法的最新发展,其目的是提供一个参考起点,便于那些希望在规划过程中结合新理念、新技术的人开发出一个能经得起未来检验的智能规划分析工具。首先,随着分布式可再生能源和智能技术的发展,对负荷需要从确定性建模转变为更精确、更随机地建模;其次,在智能电网扩建方面迄今为止只有为数不多的几个规模较小的案例可供参考,因此在分析成本效益时必须考虑很多不确定因素;最后,一个现代化的规划方法必须结合电力市场,实现所有利益相关者的收益最大化,然而性质各异、数量众多的利益相关者往往持有相互矛盾的目标,这些都是在智能电网环境下开发新规划工具和优化方法时必须解决的问题。
文献[18]针对中、低压配网提出一种基于遗传算法(geneticalgorithm,GA)的规划方法,如图6所示。第一步,根据不同的供用电要求以及实际电网特征,生成特征各异的网络结构;第二步,利用GA方法针对每种网络结构得到最优的传统建设方案和智能建设方案;最后,对所得方案进行评估比较。运用GA算法时,每种符合运行约束要求的电网配置方案都作为一个个体,每次迭代时,以各种网络成本(适应度函数)最小为目标,先随机挑选两个个体进行交叉生成新个体,然后以减小成本为原则修改个体(变异),变异后计算潮流以验证网络约束是否越限,如果越限,则通过扩建线路等措施修改个体,或回退到变异之前的初始状态;此过程不断继续,直到满足收敛判据。另外,该方法还采用了所谓智能操作(smartoperator)来改善GA求解效率不高的缺陷,即利用一些有效措施(如中低压变压器分接头切换和线路扩建相结合)对当前结果进行智能化修正,加速找到最优解的过程。
图6应用于中低压配电网络规划的遗传算法