主动配电系统(active distribution system，ADS)是可对局部的分布式能源设备(Distributed Energy Resource, DER)进行主动控制和主动管理的配电系统。而DER包括分布式发电(Distributed generation，DG)、储能、可控负荷等，其中DG包括分布式光伏、风电等多种可再生能源以及燃气冷热电三联供(Combined Cooling, Heating and Power, CCHP)等清洁能源。考虑到ADS中集成的DER多种多样，未来配电系统的多能源供给以及ADS为核心的“能源互联网”概念的提出，其规划问题与传统配电网规划有诸多不同。
1如何考虑多能源供给的主动配电系统规划?
首先，将传统配电网规划中仅针对电负荷供给平衡的分析拓展为包括冷负荷、热负荷在内的多种后消费能量综合平衡。与传统的配电网规划不同，考虑多能源供给的主动配电系统规划需将原有的两类重要后消费负荷——冷热负荷——从电负荷中剥离，分别进行负荷统计和预测工作。同时，还需要从在城市规划方案中获取地区地块规划数据并且根据建筑面积、用地性质等进行冷热电负荷预测，并从电负荷数据除去电制冷空调、电热锅炉等对应负荷。另外，还需要进行季度划分(分为供冷期、供热期和过渡期)，区分冷、热、电负荷在全年不同时期的需求，如图1所示。
其次，考虑供能手段的丰富。与传统配电网规划仅考虑建设、扩容变电站从上级电网获取电能作为单一能量来源不同，本文还进一步考虑了冷热电三联供(CCHP)、燃气锅炉、电空调等设备及其相应的冷、热、电负荷供给能力。同时，作为CCHP和锅炉燃料来源的燃气也被看作一种获取能源的方式。考虑冷热电平衡的主动配电系统规划方法如图2所示。
2如何实现规划建设与运行策略的联合优化?
考虑冷热电负荷平衡的主动配电系统综合供能规划模型基本架构如图3所示。
规划模型中所含决策变量分为规划建设决策变量与运行策略制定变量两类：
1)规划建设决策变量大多数是0-1变量，主要包括：变电站新建与扩容的决策xSUB, CCHP在区域D建设机组选型d是否投建xd,DCCHP，供暖燃气锅炉在区域D建设机组选型d是否投建xd,DGHB等。由于电制冷空调的不存在机组选型问题，所以定义为连续变量xDAC。
2)运行策略变量大多数是连续变量，主要包括：场景s下变电站向上级购电功率gsSUB、CCHP发电出力gsCCHP，供冷期电空调的制冷功率qcAC，CCHP制冷功率qcCCHP，供热期燃气锅炉制热功率qhGHB，CCHP制热功率qhCCHP等。在运行策略方面，通过过渡期(s=t)、供冷期(s=c)和供暖期(s=h)的典型负荷来衡量日常运行的经济性，同时在模型中加入一组夏季即供冷期的极端负荷场景(s=e)数据，从而保证规划结果在极端情况下的可靠性。
另外，目标函数也综合考虑了规划建设经济性、运行策略经济性和能源供给可靠性因素。因此，可以实现规划建设决策与运行策略的联合优化。
3如何建立具体的数学模型?
规划建模的整体目标为：在规划期内，区域内用于供应冷、热、电的各类能源设备的规划建设成本与运行成本之和最小。因此，目标函数被划分为规划建设成本、规划期内运行成本和未供给负荷成本三部分。约束条件主要包括电、冷、热负荷平衡(划分不同时期)，CCHP建模及约束(燃气→电、冷、热)，供暖燃气锅炉(燃气→热负荷)，电空调(电→冷负荷)，变电站(从外部购电)等。
下面以CCHP机组为例说明具体建模方法。
首先，考虑CCHP燃烧燃气形成电、冷、热供给的过程，主要包括燃料燃烧、发电出力、排出烟气和缸套冷却水的可利用余热、溴化锂制冷机组等相关约束。
其次，考虑规划建设和运行的关联性。比如，最小和最大发电出力约束表达式为：
4规划方法的应用效果如何?
本文以某市新开发区的配电系统规划作为实际算例。该新区总计有7个地块，每个地块的规划数据和预计饱和年冷热电负荷数据已经获得。在规划分析时，选取两种算例进行比较：
Case 1——不考虑建设燃气内燃机CCHP的规划方案;
Case 2——考虑建设燃气内燃机CCHP的规划方案。
结果如表1所示。
表1 规划方案结果比较(单位：亿元)
对于规划结果的分析如下：
1) 在规划建设成本方面，在该地区的7个规划分区(分区A~F和4-1街区)各建设一个9.5 MW冷热电三联供燃气机组，总计为66.5 MW，新增CCHP建设投资7.18亿元，由此，变电站新建及投运的变压器容量可从规划中的6×50 MVA削减到3×50 MVA，降低电网设备投资2400万元;用CCHP制冷替代部分电空调制冷，降低电空调投资5792万元;用CCHP制热替代部分燃气锅炉，降低锅炉投资28578万元;总计新增初期建设投资约3.51亿元。
2) 在运行成本方面，考虑规划期为十年，新增CCHP消耗燃气成本为47.91亿元，CCHP发电替代掉从电网购电电量，降低外购电开支61.51亿元;同时，由于CCHP供热，降低供暖燃气锅炉消耗燃气成本5.72亿元。故与Case 1相比，Case2总计降低运行成本19.32亿元。
由此可以看出，通过采用CCHP，该地区主动配电系统的规划与运行综合成本总计降低15.81亿元。需要指出的是，建设CCHP的效果与区域外购电价、气价、机组效率等多个参数紧密相因此，在其他地区应用该模型进行分析时，仍需结合实际参数进行建模计算来评估CCHP的应用效果。
综上所述，本文所提出的综合供能规划模型在衡量地区综合供能成本方面的有效性得到了验证。该规划模型为以ADS为核心的“能源互联网”规划提供了一种新思路。
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原标题：考虑冷热电负荷平衡的主动配电系统综合供能规划
