2015年6月15-18日,第23届国际供电会议CIRED在法国里昂召开。按惯例分6个分组进行交流,其中配电系统规划分组(S5)共有146篇论文被录用,包括论文宣讲和张贴交流。此外,该分组还举办了2个圆桌会议,分别为“元件效率与系统效率的比较”和“规划与运行的相互协调”。会议期间举办了2个技术讲座,分别为“概率性方法在现代配电系统中的应用”和“电力系统和信息通信技术的协同仿真”。S5的研究领域分为4个部分:风险评估和资产管理、配电网的发展、配电网规划、分析方法和工具。关注的热点问题有:智能电网、主动配电网、电动汽车、储能、主动需求和分布式能源资源集成,客户供电质量,资产利用率优化等。值得关注的是,通信网络规划将成为配电规划的一个新任务。从规划阶段开始,通信系统与配电系统两个系统的集成在经济性和可靠性方面都极为重要,而且这也将是CIRED在未来的一个重要的研究课题。
以下介绍会议交流的情况。
1.风险评估与资产管理
配电规划的前提就是对网络性能进行评估,规划的结果也将体现在资产与技术水平的变化上,而电网性能与其应对小概率严重突发故障的能力有关。共发表13篇论文,分别从风险评估、可靠性评估、资产管理和维修策略三个部分进行阐述。主要内容:1)提出与配电业务运行有关的主要风险的收集、排序及评估的方法;2)研究用来提高或维持供电可靠性的通用标准或特定的解决方案;3)提出各种评估设备老化、现有资产维护、更新策略以及投资优化的方法。
2.配电网的发展
创新设备对提高配电网的运行管理水平的贡献非常突出,这意味着在规划设计未来电网时要考虑创新性的设备。共发表33篇论文,研究了配电设备的创新、智能电网及应用和直流配电系统三方面的内容。
主要内容:1)系统性地描述高级系统功能,尤其是与无功管理,电压调节和限制短路电流相关的系统功能;2)明确现有智能电网概念涉及到的系统功能,包括先进的运行和控制技术,以及自适应网络和需求侧响应等;3)在低压直流网络的发展策略和整体系统的评价上提供了一些有价值的线索。
3.配电网规划
配电网规划对于运行规划和中长期规划具有重要意义和突出贡献,共发表62篇论文。研究的课题包括:传统配电网规划、主动配电网规划、离散电力和控制元件的优化配置、电动汽车的适应性规划以及智能电网规划。
主要内容包括:1)研究尚待实用化的新技术,并在规划中考虑其运行条件;2)将已经可用的或是可预见的能力和/或作用纳入规划过程中,更有效地利用基础设施、提高预期表现水平以及加强不同用户负荷组之间的互动;3)处理特定的规划问题,包括改进或调整算法来处理独立元件的最佳配置,例如交直流换流器、故障线路指示器、分布式电源、储能等;4)处理了那些受外源性因素影响的配电网基础设施规划,包括可预见的私人电动汽车的增长、负荷增长,以及可再生能源和分布式电源占比的增加。近些年,超导电缆(SCC)在电网改造、变电站改造和大用户供电中起到重要的作用。有文献提出了与SCC在配网中优化利用有关的新规划准则和新方法,并应用于实际的算例网络。
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很多论文已经采用不同的方法研究了智能电网规划,这其中有一个共识:由于在规划时考虑了运行的调控能力,可能推迟某些情况下的一次设备投资费用,智能电网必然会改变配电规划。有的文献独具匠心地将时间序列运用到了结合概率计算的规划中。有的论文全面研究了如何对电网进行合理现代化和改造的方法,形成了一系列最优创新理念和技术,用于形成在技术、经济上均可行的总体规划。
4.分析方法及工具
共发表38篇论文研究了负荷建模及预测方法、网络建模及表示方法、潮流及短路计算方法、电能损耗最小化。主要内容包括:1)研究一种利用个体数据和基本负荷管理模型新逻辑的方法,构建可以准确代表智能负载复杂性的模型。2)涉及负荷预测准则的创新性发展,从而保障在配电规划过程中具有最合理的输入数据;负荷预测结果既可以表示成分布式结果,也可以表示成集成结果。3)在配电网络规划中广泛应用的潮流及短路计算,能够基于数据的数量需求而对问题进行简化;4)评估网络损耗的算法,提出创新性的模型与分析方法。
5.2个圆桌会议及研究论坛
5.1规划与运行的相互协调
该圆桌会议讨论了配电业务新引入的复杂性,即配电业务需要对规划和运行进行协调。由于智能电网的发展,配电网需要考虑的约束条件也越来越多,传统的规划与运行相互独立的方法不再适用。为了保证网络的安全性和经济性,规划时需要整合网络适应性与运行行为,以便利用最佳的技术创新和市场创新来考虑规划工具和约束条件的变化。探讨了怎样才能给出运行和规划的中间地带,以便更新传统的工程和控制的结合方式,并保持系统高效。
5.2元件效率与系统效率的比较
该圆桌会议对各种可能增加电力传送能量效率的情况进行了比较。传统方法主要是致力于降低单个电气设备、元器件和电器的能耗,而这是一个昂贵且不可持续的方法,目前关注的领域是提高系统效率的方法,即在不减少终端能源消耗的前提下减少在能量分配过程中系统的损耗。现已证实,通过每年两次的网络重构开关操作,就可显著改善网络的运行效率,并可实现非常高的成本效益。
5.3规划与创新论坛
配电系统规划会议的创新论坛更多致力于理论应用,主要包括三个议题:一是通过使用聚类技术来减少应用复杂性,从而能以足够的精度来描述低压系统;二是关于在长期战略规划中所涉及的各种运行技术;三是应对电力和通信系统之间的相互影响。最后,采用创新性的方法处理配电系统的可观測性以及测量装置的最佳接入方式。
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6.2个技术讲座
6.1概率性方法在现代配电系统中的应用
讲座旨在强调概率性方法在现代配电系统管理中应用的重要性。由于连接到配电系统的DG机组的运行特性具有很强的随机性,未来产消型一体化的负荷和双向型负荷也具有很强的随机性,因此为了在处理网络的安全运行问题时能够进行正确的决策,要求配电系统运营商（DSO）使用概率性方法。概率性方法能够考虑所有可能的系统状态及相关的概率,并评估系统约束越限的风险;若存在系统约束越限问题,其后果要根据其严重程度来计算;同时,要求系统运行人员来定义“风险应对策略”。传统的确定性方法不能考虑高影响度、低概率的后果严重的事件。
随着自由电力市场的发展,电力网络的运行状态日益逼近其物理极限,因此要高度重视电力系统的可靠性问题。该讲座介绍了可靠性的相关概念,着重提出了现代电力系统的不确定性问题,详细介绍了序贯、准序贯和非序贯蒙特卡洛模拟方法在配电网可靠性评估中的具体应用方法。
6.2电力系统和信息通信技术的协同仿真
在当前智能电网技术框架下,信息和通信技术(ICT)是一种有效的技术,现有通信模式包括PLC(电力线载波)、BPL(宽带电力线)、专用无线(RF-无线射频)、公共无线(GPRS/GSM/3G/LTE)和WiMAX。不同电网的可靠性需要不同的通信系统模式。为了尽可能全面地评估系统的可靠性,需要对电力网络和通信网络进行协同仿真。该讲座强调,对于下一代能源系统的监测、控制和运行,需要采用基于联合仿真的方法来开发、测试和验证。
该讲座介绍的协同模拟方法,通常涉及两个或以上的模拟器,以便用于监测通信网络和电力网络相互依赖的关系,并应用配电系统的基本实例提供了协同仿真的基本知识。
7.未来展望
通过本次会议的研究和探讨,以后在配电网规划所涉及的几个主要方向上值得进行深入研究:
1)网络性能越来越受影响程度高、概率低(HILP)事件的影响,这种事件与“历史”中的普通条件完全不同。然而,大多数的风险和可靠性评估是基于一个给定的系统(例如,一个配电网络)进行评估(能够由一个高斯概率函数来表示)。需要在评估配电基础设施的固有风险时精确地考虑HILP事件发生。
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2)储能系统在未来电网中是最有希望的元件,其灵活性无论是对于市场行为还是对于电网相关的应用都是有益的。然而,一般无法同时保证储能所有相关方面的利益,因为一些行为可能会排斥其他行为。旨在最大限度地提高储能个体利润的战略并不一定保证电网整体的利益,而奉行整体利益的战略不一定便于储能的所有者。为了达到同时实现两个目标的目的,需要研究经济高效的储能方式。
3)智能电网意味着给配电网络引入了灵活性和适应性。配电管理的新范式是在基于网络能力的条件下去理解运行的条件,并根据预定的准则来修改运行条件。然而,要获得这种演变的全部好处,还必须能够考虑计划性的或者可能是非计划性的系统灵活性。
4)从传统的考虑最严重情况的确定性方法过渡到以概率性方法进行网络规划才刚刚起步,但似乎已经是一种网络临界状态的准确评估方法,它只需要智能电表的测量值(终端客户和主动客户),而不需要进行基于时间序列的一系列潮流计算,但这意味着有必要开发新工具,新算法。但在此之前,还需要管理和处理大量的数据。由此大数据的相关技术在智能电网规划当中是值得研究的课题。
8.结语
随着智能配电网建设的发展,由于规划需要与运行的强化集成,因此应清楚地考虑基于时间的随机模型,并应更深入地了解客户及其需求的灵活性。需要在配电领域使用聚类和数据分析方法,以保证在可获得适当准确性的前提下,减少研究和计算的复杂性。本届配电规划与发展的一个关键词就是“集成”。网络规划分析从确定性过渡到概率性才刚刚起步,今后配电规划将非常依赖于配电业务之外的信息和通信技术,以及依赖于适应配电网络和信息系统二者同步进行规划的技术,但目前这些技术还都处于早期发展阶段。（作者：范明天,王承民,王海冰,张祖平,张东南）
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原标题：【环球瞭望】中国电科院 范明天等: 2015国际供电会议学术动态—配电系统规划
