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《智能配電網的新形態及其靈活性特征分析與應用》
王成山1，李鵬1，于浩2 （1. 智能電網教育部重點實驗室（天津大學），天津市300072；2. 國網天津市電力公司檢修公司，天津市300230）
摘要：廣泛接入的分布式電源、快速發展的電動汽車、大規模可控的用戶側資源等對配電網的靈活性提出了更高的要求。從智能配電網的發展形態分析入手，分析了智能配電網應具備的靈活性特征，闡述了靈活性需求及其多維屬性特征，對智能配電網靈活性的可觀、可控與量化分析等關鍵技術進行了初步探討，并從、提高靈活性角度對智能配電網規劃、運行、控制等技術發展進行了展望。 關鍵詞：智能配電網；發展形態；不確定性；靈活性
0 引言 配電網的發展一直以滿足用戶需求為目標。在初級發展階段，配電網主要以滿足負荷基本需求、實現用電負荷區域全覆蓋為目標，側重于配電網的一次網架建設，逐步形成了可滿足基本負荷需求的粗放型電力供應平臺；隨著用戶負荷對電能質量與供電可靠性需求的不斷提升，配電網進入中級精細化發展階段，以實現全局性的用戶高供電可靠性為目標，致力于對已有配電網的自動化和網架結構升級改造，使配電網逐漸發展成為電力供應的優質服務平臺。 近年來，隨著全球能源供應向著清潔、低碳、電氣化方向轉型，智能電網藍圖下的新型配電網也承擔起愈發重要的責任。受科技進步的推動作用與用戶需求的拉動，配電網從當前中級形態向未來高級形態的發展正逐漸加速。在電源側，分布式發電、電儲能及綜合能源等技術的應用促進了配電網能量來源的清潔化和多元化；在電網側，一次電氣網絡中的電力電子應用、二次信息網絡的全覆蓋等因素大幅提升了配電網的可控性和可觀性；在負荷側，智能家居、電動汽車、綜合能源等新型負荷終端大量出現，并將在市場環境下形成多利益主體參與的深度博弈，使配電網面臨著更加復雜化、互動化的服務需求在上述因素的共同影響與推動下，配電網迎來新一輪變革，正在向智能配電網的新形態過渡。 本文面向智能配電網的發展需求，針對其多元要素融合帶來的復雜特征，提出以靈活性為核心的智能配電網的發展理念，并圍繞配電網靈活性問題的技術內涵、挑戰與應用進行初步探討，為復雜運行環境下配電網關鍵技術問題的解決提供了新的視角和思路。
1 智能配電網的新形態及挑戰 智能配電網面臨著高比例分布式可再生能源的接人，需要通過信息化與電力電子化的配電網絡，滿足用戶多樣化的電力供應需求，并為用戶間的點對點能源交易服務提供靈活的供電途徑。智能配電網將從單純的電力配送者轉變為具有多重角色功能的公共平臺：①可再生資源消納的支撐平臺；②多源海量信息集成的數據平臺；③多利益主體參與的市場交易平臺；④電氣化交通發展的支撐與服務平臺； ⑤智慧城市建設的能源基礎平臺等。 智能配電網的多重角色目標要求需要其更具可控性和兼容性，更加開放和包容，配電網的網架形態將會發生很大變化。例如：基于多端柔性開關（soft open point，SOP）蜂窩狀配電網被認為是未來智能配電網網架形態演化的一種可能路徑。理想狀態下，蜂窩狀配電網以可控六邊形饋線網格構成的多環自相似結構為基礎，在提供全系統精細點對點能量傳輸控制能力的同時，對分布式發電、微電網、交直流混合配電等新型配用電技術有著良好的兼容性和可擴展性，其結構如圖1所示。 受多元要素的集成與融合影響，智能配電網高級形態下的運行特性將有很大不同，分布式能源的間歇性與波動性、電動汽車等新型負荷的時空轉移、信息量測和傳輸的隨機誤差、市場交易中的人工決策和復雜博弈等使配電網的不確定性顯著增強。這些不確定性不僅具有明顯的多時空尺度特征，同時在數學上也表現為近似性、隨機性、模糊性等多種截然不同的類型，有些服從數學和統計學規律，有些與經濟學、行為學、心理學息息相關，從而導致認知和應對更加困難。在系統層面，這些不確定性被進一步傳導并耦合，最終形成整體配電網的復雜不確定性特征，使高級形態下的配電網從規劃建設到運行控制的全過程技術體系都面臨著巨大挑戰。
圖1 基于多端柔性互聯的蜂窩狀配電網
復雜不確定性的有效應對需要配電網具備更強的可控性和靈活性。從發展歷程來看，配電網的形態演化過程也是可控能力不斷提升的過程。對高級形態配電網來說，其可控性需要達到很高水平，但由于現有配電技術理念和方法的局限性，實現對系統內多源海量可控資源的有效統籌與優化仍十分困難，導致系統的可控性無法充分轉化為系統運行的靈活性或適應性。特別是隨著越來越多新型可調度資源的接人，傳統面向特定局部場景或設備的優化方法已無法滿足復雜不確定性環境下的全局性優化調度需求。由此，配電網高級形態下的靈活性問題逐漸上升到整體系統層面，并成為智能配電網技術發展中需解決的關鍵問題之一。
2 智能配電網的靈活性 2.1靈活性的內涵 近年來，面向多場景的配電網規劃和運行成為研究熱點，即在考慮多種不確定性因素的基礎上，通過靈活控制、優化調度、交易博弈等手段，滿足系統在不同時空尺度下的多樣化需求，其方法本質 便是對配電系統靈活性的提升與運用.例如：在風、光等分布式資源發生波動時，保證可再生資源被優先完全消納的能力；在大負荷沖擊或用戶集群行為異常時，保持系統安全穩定與可靠運行的能力；在故障導致非計劃停電時，快速隔離故障并轉供負荷的能力；在正常運行時，有效應對各種不確定性擾動并時刻保持優化運行狀態的能力等。在此基礎上，本文進一步提出具有一般性的配電網靈活性理念，旨在實現配電網不同運行場景下靈活調度能力的通用化表述，并建立涵蓋上述各種具體靈活性需求的一致性分析框架。從本質來看，智能配電網的靈活性反映了配電網充分統籌和利用系統內可調度資源，有效應對運行中的多重不確定性因素擾動，靈活適應各種復雜運行環境并維持高水平運行目標實現的能力。 以提升配電網靈活性為目標，將各種可調度資源納人統一的分析與優化框架之下，充分發揮配電網高級形態的可控性潛力，為配電網復雜運行問題提供經濟、合理、有效的復合式應對手段，成為智能配電網的重要特征，圖2給出了一種系統靈活性的框架描述。目前，面向大電網靈活性的研究已廣泛開展，重點用于解決大規模間歇式能源發電的集中接人與消納問題，并在靈活性指標體系、分析模型、作用機理等方面取得了一定成果。與大電網相比，智能配電網中的可調度資源更加豐富，資源秉性的差異更加明顯；同時電力用戶將在發電、用 電、儲能等多重身份之間靈活轉換，使智能配電網靈 活性的供需關系更加復雜。這些特征使智能配電網的靈活性提升手段更加多樣化。
圖2 智能配電網靈活性描述
2.2 靈活性的分類 智能配電網的靈活性體現在源-網-荷各個環節，根據物理本質的不同可以將其劃分為一次、二次和三次等多個層級. —次靈活性又可以稱為物理層靈活性，反映了智能配電網多時空尺度能量的平衡與控制能力。其中，電源側的一次靈活性主要源于微型燃氣輪機、燃料電池等穩定可調度的分布式電源，蓄電池、超級電容等儲能裝置，以及上級電網和綜合能源網的支撐調節能力；電網側的一次靈活性則主要源于分段、聯 絡開關等拓撲控制元件，以及以柔性交流配電系統(flexible AC distribution system, DFACTS)和SOP為代表的電力電子配電裝備等提供的靈活拓撲與精細潮流控制能力。此外，微電網、單元控制區（unit control unit，CELL)等能夠直接接受配電網調度的區域性系統，也能夠根據其響應特性，在一定程度上等效為一次靈活性資源。 二次靈活性又可以稱為信息層靈活性，反映了智能配電網的全面信息感知與靈活運行調度能力。其中，智能表計、同步相量量測、無線寬帶通信等先進量測與通信技術奠定了配電網靈活性的信息基礎；高性能計算、大數據發掘、人工智能等先進信息分析手段則賦予了配電網準確感知、判斷和預測系統運行態勢的能力。以海量數據為驅動，以分布式智能等先進控制架構為依托，配電管理系統（distribution management system，DMS）及其框架下的虛擬儲能、虛擬電廠4聚合管理技術將實現對配電網資源的有效統籌與調度，使二次側技術手段成為配電網靈活性的重要組成部分。 三次靈活性又可以稱為市場層靈活性，其本質是通過靈活的市場機制來調節電網的供需平衡進而改變用戶的發、用電行為。三次靈活性的來源主要可以分為兩個部分：一是對協議用戶負荷的直接控制，即在協議允許范圍內對用戶側可控負荷進行靈活啟停與時序轉移；二是通過分時電價、政策優惠等多種激勵手段，通過改變用戶側分布式電源的出力特性或負荷的用電模式來支撐電網運行。由于三次靈活性以市場覆蓋下的全體用戶作為調度資源，因此具有巨大的調節潛力，但在經濟性和時效性方面則存在一定差距，并且依賴于對用戶行為特征的準確分析和預測。因此，三次靈活性主要定位于在一次和二次靈活性無法滿足系統需求時發揮補充調節的作用。
2.3 靈活性的多維屬性 智能配電網靈活性不僅需要全面反映各種不同層面、不同類型、不同特性靈活性資源的控制能力與響應特性，同時需要服務于配電網在不同場景下的調度與優化需求，其多維屬性特征集中體現在時間、空間、物理和價值4個方面，如圖3所示。
圖3 智能配電網靈活性的多維屬性
1）時間屬性 智能配電網靈活性的時間屬性體現為內在和外在兩個角度。其中，內在時間屬性反映了靈活性自身的時序動態特征。配電網中存在大量儲能類靈活性資源，既包括蓄電池、超級電容、蓄冷、蓄熱等實體儲能裝置，又包括電動汽車、可控負荷等虛擬儲能形式。儲能類資源的調度能力主要通過可調容量和剩余能量體現，而這些參數又將隨系統運行狀態的發展而處于不斷變化之中，并與所采取的調度控制策略密切耦合，使靈活性從獨立斷面問題發展為時序動態問題。 外在時間屬性反映了配電網靈活性的多時間尺度特征。由于各種靈活性資源的響應速度與調節能力在時間尺度上存在較大差異，如SOP的實時功率 控制、超級電容的秒級功率補償、蓄電池的小時級能量平衡等，使各種靈活性資源僅在特定調度周期下才能夠發揮作用。因此，配電網靈活性的描述在不同時間尺度下將存在顯著差異，形成了其多時間尺度特征。 2）空間屬性 由于電氣網絡傳輸能力的限制，智能配電網靈活性并不等同于各種靈活性資源的簡單加和，而是根據空間尺度的不同而受到相應的約束限制。例如：在個體裝置層面，其靈活性由自身調節能力決定；對微電網等小規模區域性系統來說，其網絡約束可以適當簡化為理想線路的連通性約束，并在此基礎上實現區域內靈活性資源的統籌；對配電網層面靈活性來說，網絡的連通能力、傳輸容量等約束條件 更加復雜，使靈活性資源的空間分布成為影響系統靈活性水平的重要因素因此，對配電網靈活性的描述與分析必須以特定的空間尺度為前提，并采用符合研究對象空間結構特征的分析模型與求解方法。 3）物理屬性 靈活性作為全面反映智能配電網靈活調度能力的虛擬物理量，決定了其在根本上無法完全脫離靈活性資源的物理本質。從來源看，配電網靈活性資源覆蓋了電氣、信息、控制等多種不同本質的環節類型，其所能提供的靈活調度能力也有著不同的物理特征，使配電網靈活性所需要涵蓋的內容在物理維度上大大豐富。從需求看，即使對單一類型的靈活性資源來說，面向不同的電網調度場景，需要其提供的調節能力也可能涉及可調容量、響應頻率、響應速度、爬坡率等多類型性能指標。為滿足電網調度需求，這些物理性能指標均需要直接或間接地在配電網靈活性中得到體現，使其物理屬性進一步復雜。 4）價值屬性 智能配電網靈活性的提升或利用均需要付出成本代價，并可能體現在建設投資、設備折舊、運行成本、閑置成本、銷售損失等不同的角度，從而形成了靈活性的價值屬性。相應地，通過靈活性的調度優化，配電網將具備更強的不確定性應對能力，并通過保證整體系統在實際復雜運行環境下的環保性、可靠性、經濟性等多目標可持續實現而獲得綜合收益。成本和收益的考量構成了配電網靈活性問題的經濟 約束。對給定場景來說，收益不及成本的靈活性資源被視為無效資源。換言之，價值屬性是判斷靈活性資源是否可獲取、可利用的必要條件。特別需要強調的是，靈活性的成本和收益與配電運營商和用戶對系統不同運行指標和目標的重視程度密切相關，并能夠根據系統實際運行狀態和需求進行靈活調整，使靈活性的價值屬性與經濟約束帶有了一定的動態特征。 對智能配電網來說，其靈活性問題求解的本質 就是面向不同需求，協調不同時間、空間、物理和價值屬性的靈活性資源與手段，提供符合特定時空尺度、經濟上有利用價值、物理上可實現的調控策略，從而實現系統目標。這也使得對配電網靈活性的多維屬性的深入認知與準確評估顯得尤為重要。
3 智能配電網的靈活性影響要素 3.1 智能配電網的可觀性 可觀性是指從全局角度實時、準確掌握系統靈活性水平和需求的能力，是智能配電網靈活性提升技術研究與應用的必要前提。傳統配電網由于量測信息相對匱乏，對系統運行狀態的精確掌控極為困難，更無法實現全面的靈活性分析與調度。而隨著信息技術的不斷發展，信息網在配電網中的覆蓋逐步加深，使配電網的智能量測、信息通信和數據利用能力大大增強，為配電網靈活性觀測奠定了技術基礎。其中，配電網同步相量量測技術和以此為基礎的智能態勢感知技術成為最具代表性的可觀性提升手段。 配電網同步相量量測技術以同步相量測量單元（phasor measurement unit，PMU）為基礎，旨在實現全系統高精度同步量測和信息集成。基于PMU的同步相量量測為配電網靈活性觀測提供了數據支撐，同時也面臨著新的要求，舉例如下。 1）量測能力的多元化。配電網靈活性的多維屬性特征使其對量測信息的全面性要求更高，可能需要在電氣量之外進一步提供運行環境、裝備狀態、動態趨勢等多維度信息。 2）量測布局的合理化。配電網靈活性的供需關系和常規電能供應有著本質區別，需要特別考慮靈活性資源和需求的時空分布來對有限的終端資源進 行合理布局。 3）信息利用的就地化。能夠由局部終端通過少量通信完成基于就地信息的快速靈活性分析，實時掌握本地靈活性的供需流向，并結合分散控制架構實現靈活性的供需快速平衡。 在同步相量量測的基礎上，配電網的智能態勢感知旨在完成特定時空下對配電網運行狀態的獲取、分析、理解和預測，而靈活性的觀測又進一步擴展了對態勢感知技術的需求。在數據方面，智能態勢感知需要實現PMU、數據采集與監控（SCADA）、運維信息、營銷信息等多源異構數據的有效集成與發掘，從而能夠全面感知深人至用戶側的多類型靈活性資源狀態與調度潛力；在模型方面，智能態勢感知需要針對不同運行場景下的具體靈活性特征，建立覆蓋時間、空間、物理、價值等多維屬性的全面靈活性感知指標體系；在性能方面，智能態勢感知需要具備更強的不確定性感知能力，實時掌握各種不確定性因素的變化趨勢，并準確判斷其靈活性需求特征。 此外，近年來快速發展的物聯網、云平臺、虛擬現實等前沿信息科技在配電網靈活性觀測技術中同樣表現出了巨大的應用潛力，未來有望在配電網靈活性供需深度評估、點對點市場交易，以及動態可視化展示等領域發揮重要作用。
3.2 智能配電網的可控性 可控性是配電網在不同時間尺度下通過自身結 構和裝備的有效控制而調整系統運行狀態的能力，是配電網靈活性的物理本源和實現基礎。可控性的 提升一方面依賴于配電裝備自身可控能力的提高，近年來主要體現在以SOP、固態變壓器（solid state transformer，SST)為代表的智能配電網電力電子化趨勢；另一方面則依賴于先進運行技術對可控性資源的體量擴充，以微電網、虛擬儲能等靈活調度控制技術為其中的典型代表。 其中，智能軟開關SOP的基本理念在于采用全控型電力電子裝置形成饋線間的常態化“柔性連接”，根據控制指令實時調整相連饋線的功率交換，進而改變系統整體的潮流分布。與傳統開關相比，SOP的控制精度更高、調節能力更強、動作速度更快、故障影響更小，對配電網可控性的提升效果顯著。特別是對配電網靈活性問題來說，SOP的實時動態響應、精細潮流調節和多時間尺度運行等能力使其能夠充當統籌和協調配電網中多來源、多類 型、多尺度靈活性資源的橋梁，有效提升配電網對靈 活性資源的統籌調度與優化能力。 微電網作為多層級配電網的重要組成部分，通過對其內部不確定性資源、可控資源與負荷需求的整體統籌優化，實現區域內不確定性的就地消納與 能量供需平衡，并對外部電網形成支撐。以微電網為媒介，大量常規配電網中不可控、不能控或不易控的分布式靈活性資源被統籌納入配電網調度體系當中，大大擴充了配電網可控性的來源范疇。通過微電網，這些靈活性資源能夠整體響應配電網調度控制指令、支撐系統運行優化、參與市場交易博弈，使微電網成為配電網中不可忽視的可控性與靈活性提升資源。 除了受到上述代表性技術的推動，智能配電網 可控性還將與電力市場交易機制密切相關。利用適當的激勵手段，電力用戶將從個體利益出發不斷調整其用電行為，通過與電網的互動形成全體電力用戶的間接可控性，進一步擴展了配電網可控性的概念范疇。
4 靈活性視角下的配電網規劃與運行 現有配電網的規劃與運行大多以給定典型場景下的確定性分析手段為基礎，導致所得優化方案和策略在不確定性運行環境下存在弱化甚至完全失效的風險，凸顯了不確定性應對問題的重要意義。而在靈活性視角下，各種場景下的不確定性應對問題在本質上均可以視為不同時空尺度下的靈活性供需匹配問題，給配電網在復雜環境下的規劃、運行與控制問題提供了新的解決思路和研究方向。
4.1 靈活性的量化建模 可控資源的不斷豐富使配電網靈活性問題愈發復雜，常規的定性描述方式難以全面、準確地反映靈活性的多維特征，無法適應未來配電網優化調度需要，完備的量化分析手段成為配電網靈活性分析與應用的首要問題。靈活性的量化旨在運用數學分析方法，以定量方式建立能夠精細反映配電網靈活性水平及其復雜屬性特征的分析模型，為系統層面的靈活性評估、調度、匹配和優化提供手段與依據。目前，在大電網層面已經初步建立了具有多維屬性的靈活性模型，為配電網靈活性的建模提供了一定借鑒。但由于其量化特征仍不明顯，且更側重于靈活性的指標式評估，在運行調度中的實用價值有限。 相比而言，配電網所面臨的調度場景和資源構成更加復雜，對靈活性量化建模的技術需求也更加豐富，需要其具備：①對不同類型靈活性資源的廣泛適用能力，將裝備、信息、市場等不同環節與來源的靈活性納人統一的量化分析框架；②面向不同時間尺度的靈活性建模能力，為暫態、短期、中長期等不同場景下的多類型調度需求提供針對性的分析手段；③考慮物理本質的量化靈活性網絡傳導能力，使靈活性成為具有定量生產、調度、轉移、消耗及交易功能的虛擬物理量；④與現有配電網優化技術框架的兼容能力，使量化靈活性能夠作為配電網整體多目標優化問題的組成部分。 由此可見，配電網的靈活性模型實際上涵蓋了靈活性的量化方法和傳導機制兩個層次，其量化模 型也可以根據來源范疇的不同從節點靈活性和網絡 靈活性兩個角度來考慮。 1）節點靈活性 節點靈活性是其關聯輻射范圍內全體靈活性資源綜合調節能力的集中表征。各種差異化的靈活性資源將通過節點實現調節能力的標準化統籌，從而顯著降低配電網靈活性的分析與調度難度。節點靈活性一方面與本地不確定性形成就地平衡，同時還將以節點為單位向外部系統提供靈活性支撐與供應，使其成為配電網靈活性的基本源單位。文獻提出的節點功率模型體現了對節點靈活性的一種典型建模思路，如圖4所示。在節點側，電源能量供應、負荷能量需求分別被視為正向和反向能量流人，而棄風、棄光等導致的電源出力削減和用戶負荷減載則分別被視為正向和反向的能量流失；在電網側，節點模型以一定的傳導效率與外部電網實現能量交互。這一思路被用于實現節點靈活性的能量、功率、爬坡率三維量化建模，并重點應用于運行問題的分析求解當中。
圖4 節點功率模型基本結構
2）網絡靈活性 網絡靈活性在本質上反映了系統層面對大量分 散的節點靈活性進行空間傳導和調度利用的能力，如圖5所示。特別對配電網來說，節點靈活性資源和不確定性需求在空間分布上可能差異巨大，需以靈活配電網來為節點靈活性的相互支撐、靈活性資源與需求的優化匹配等提供必要途徑，使網絡靈活性成為配電網靈活性的重要組成部分，同時也形成了配電網靈活性與大電網靈活性的主要區別之一。
圖5 網絡靈活性與節點靈活性關系
空間連通性是網絡靈活性的最基本體現，并可以通過分段、聯絡開關等拓撲控制裝置完成多種連通模式的靈活切換，實現節點靈活性的不同拓撲組合。在此基礎上，通過-SOP等電力電子裝置實現的柔性可控連通則提供了靈活性的定量、定向轉移能力，從而進一步提升網絡靈活性水平。以高水準網絡靈活性為依托，廣泛分布的節點靈活性資源能夠形成多樣化的組合與支撐模式，全面保障了配電網靈活性的充分發掘與有效利用；同時，以網絡靈活性為基礎的空間傳導機制使大規模系統問題能夠在空間維度進行解耦，不僅有效降低靈活性問題的分析規模與難度，同時使更加高效的分布式靈活性技術成為可能。 目前，對網絡靈活性的研究與應用仍處于最基礎的連通性分析階段，對高級配電網形態下的網絡靈活性量化模型研究尚不充分。尤其對SOP等先進的可控傳輸裝置來說，其接人位置、接人容量，甚至多個SOP之間的相對關系都可能對網絡靈活性產生截然不同的影響，使其量化問題更加復雜。 總體來看，節點靈活性和網絡靈活性構成了配電網靈活性量化模型的基礎框架，其他源于信息通信、市場交易等不同層次的技術手段最終都將通過節點或網絡影響配電網整體靈活性水平。這為配電網靈活性量化問題的研究提供了一種可行思路，而如何對這些復雜靈活性特征及相關多層次附加因素的影響進行準確量化則是下一步研究中需要重點解決的問題。 4.2靈活性視角下的智能配電網規劃 高級形態智能配電網的優化規劃既包括了網架規劃、變電站規劃等傳統內容，又涵蓋了分布式電源、儲能裝備的優化配置等新問題。從配電網側來看，受大量分布式電源隨機出力特性的影響，配電網的規劃問題與運行問題高度耦合，在規劃階段就必須考慮系統運行策略的影響；從用戶側來看，分布式電源和電動汽車等新設備的靈活接入賦予了用戶多重角色身份，使系統運行策略更加復雜。規劃和運行的耦合放大了不確定性的影響，給規劃問題的準 確分析求解帶來了困難。 在靈活性視角下，配電網優化規劃問題在本質 上成為中長期尺度下、整體系統層面的靈活性供應與需求的量化匹配問題。此時，系統的靈活性來源主要包括變電站的選址定容、網架拓撲結構設計、配電裝備與線路選型等手段，而靈活性需求則主要體現在用戶負荷的發展變化、電動汽車和分布式電源的接人增長，以及規劃周期內可能出現的設備停運和故障擾動等中長期不確定性因素。 基于靈活性的配電網規劃旨在以系統層面的靈活性供需匹配為目標通過對各種靈活性資源進行優化規劃，使配電網具備在中長期尺度不確定性影響下的能量靈活平衡的能力。同時，通過靈活性供需的準確量化，規劃策略的針對性和有效性得以顯著增強，并能夠根據靈活性需求的增長趨勢預期合理安排擴建改造計劃，避免投資與資源的浪費。在靈活性匹配的前提下，配電網在經濟性、可靠性和環保性等方面將具備更強的不確定性應對能力，從而確保在全壽命周期內配電網多規劃目標的有效實現。
4.3 炅活性視角下的配電網運行 配電網運行問題涵蓋了正常狀態下的運行優化和故障狀態下的自愈控制。在現有調度框架下，配電網的運行控制手段通常以分布式電源和儲能出力調度、網絡重構、無功優化等方式為主；在優化目標方面，則以經濟目標、環境目標、可靠性目標等較為常見，同時需要根據系統實際情況因地制宜地對優化目標進行協調，即解決多目標優化問題；在約束條件方面，一般包括潮流約束、分布式電源特性約束、資源環境約束等，在某些情況下還需要考慮到用戶側靈活互動等復雜因素的影響。但是，由于當前優化方法中仍然缺少對不確定性特征的準確認知和分析手段，使傳統的運行優化模型趨于理想化，系統的優化運行狀態在實際調度周期內難以持續，成為運行優化技術所面臨的最大挑戰。 在靈活性視角下，配電網的不確定性運行優化問題成為中短期時間尺度下的多層級靈活性供需匹配問題。其中，靈活性來源主要包括可控電源、儲能、聯絡開關、SOP等物理層靈活性資源，以及微電網、虛擬儲能等靈活運行調度手段；而靈活性需求則體現為系統運行中的各種不確定性擾動，如分布式資源快速波動、隨機故障擾動、用戶負荷需求突發變化等。 基于靈活性的配電網運行技術旨在以系統多層 級靈活性供需匹配為目標，通過對各種靈活性資源的優化組合與調度，使配電網具備在不同調度周期下維持功率和能量平衡并自主趨優的能力。此時，面向運行問題的靈活性模型維度將更加豐富，包括容量、能量、功率、爬坡率等多種性能指標都需要在模型中加以體現。通過將靈活性匹配關系與系統經濟性、安全性和環保性等運行目標相結合，配電網運行優化策略的魯棒性將顯著增強，從而確保清潔能源消納、運行潮流優化、快速供電恢復等宏觀目標的有效實現。
4.4 基于靈活性的分散控制 配電網的電力電子化趨勢使其控制尺度愈發精細，以SOP為代表的潮流控制裝置已經達到實時響應水平，需要更加快速的控制體系架構來充分發揮其快速調節能力。圍繞運行控制的快速性需求，分散控制架構成為面向配電網高級形態的重要發展趨勢。在分散控制模式下，系統優化控制更多地依靠智能終端之間的相互配合來實現，基于局部信息制定優化策略并實施。與集中控制相比，分散控制的執行效率更高，同時能夠以分布式求解方法解決大規模系統難以集中求解的問題；但與此同時，信息量的局限性將給其控制效果帶來一定影響。因此，分散控制往往與集中控制相協調，通過在多個維度上的靈活配合來發揮其各自優勢并實現更好的控制效果。 因此，配電網的分散控制問題同樣存在著靈活性的供需匹配內涵，其靈活性源于裝備的多狀態運行控制能力和智能終端的空間覆蓋、同步量測、靈活通信和數據分析能力等，而靈活性需求則體現在量測誤差、通信中斷等隨機擾動，以及就地信息的局限性等方面。在靈活性供需匹配的前提下，分散控制終端的抗擾能力將顯著增強，對保證復雜條件下配電網運行控制的快速性、可靠性與有效性有著重要意義。
5 結語 配電網的發展一直以更好地滿足電力用戶的需求為目標。伴隨著配電網形態的變化，多重要素融合帶來的不確定性特征愈發明顯，給配電網整體技術體系都帶來了很大挑戰。而配電網靈活性提升技術作為充分發揮系統可控能力、應對復雜不確定性特征的有效手段，其進展已明顯滯后于配電網的可控性水平提升。開展可量化的配電網靈活性技術研究，充分發揮配電網高級形態下的全面可控能力，確保其在復雜不確定性運行環境下的多運行目標有效實現，成為未來配電技術發展亟待解決的問題。 本文從配電網高級形態的現實發展需求人手，定義了配電網層面的靈活性概念，分析了其來源、需求與多維屬性特征，對配電網靈活性的可觀、可控與量化分析等關鍵技術進行了探討，對量化靈活性匹配在配電網規劃、運行、控制技術中的應用進行了展望，希望能夠對配電網靈活性技術的研究應用提供一些思路和借鑒。隨著智能配電網發展，配電網靈活性將體現出越來越強的現實意義與應用價值，相關理論基礎與技術手段的系統性研究亟待開展。 |
