论文总字数：36875字

摘 要

配电作为电能生产使用环节中至关重要的一环，与人民生产生活密不可分。为了保证人民的正常生活和社会的平稳运行，建设坚强可靠的城市配电网势在必行。在经济实现全球化的当今世界，发达国家和地区比如东京、巴黎、纽约等基本都已实现建成城市一流配电网。中国作为世界上最大的发展中国家，随着国民经济的飞速发展，城市化进程日益加快，无论是居民用电还是工业用电，对城市配电网的要求越来越高，因此建成中国自己的一流城市配电网可以说是刻不容缓。

本文首先结合国内外研究成果对一流城市配电网的发展趋势进行分析，明确一流城市配电网未来发展方向。此外，通过对“一流城市配电网建设路径”进行了探索性研究，论证新形势下电网企业运营模式的转变。针对发展趋势分析结果，提出一流城市配电网及主动配电网具体内容。对主动配电网中常见的几种灵活因素，分别建立函数模型。在此基础上，计算含分布式电源的主动配电网的经济分配问题，考虑到光伏发电是当前较为常见的分布式发电，因此选取光伏发电作为主要研究对象进行线性算法调控，以达到最大化经济运行的目标。并通过算例进行仿真，对所提方法进行验证。此外根据运营机制分析提出新形势下配电网运营机制。

关键词：主动配电网，经济运行，分布式电源，光伏发电

Abstract

Distribution, as a crucial link in the production and use of electric energy, is inseparable from people's production and life. In order to ensure the normal life of the people and the smooth operation of society, it is imperative to build a strong and reliable urban distribution network. In today's globalized world, developed countries and regions, such as Tokyo, Paris, New York and so on, have basically built a first-class urban distribution network. As the largest developing country in the world, with the rapid development of the national economy and the acceleration of urbanization process, the demand for urban distribution network is getting higher and higher, whether residential or industrial. Therefore, it is urgent to build China's own first-class urban distribution network.

Firstly, this paper combines the research results at home and abroad to analyze the development trend of the first-class city distribution network, and clarify the future development direction of the first-class city distribution network. In addition, through exploratory research on "the construction path of first-class urban distribution network", this paper demonstrates the transformation of operation mode of power grid enterprises under the new situation. According to the analysis results of development trend, the specific contents of first-class urban distribution network and active distribution network are put forward. For several common flexible factors in active distribution network, function models are established respectively. On this basis, the economic allocation of active distribution network with distributed generation is calculated. Considering that photovoltaic power generation is a common distributed generation, photovoltaic power generation is selected as the main research object for linear algorithm regulation to achieve the goal of maximizing economic operation. Finally, a numerical example is given to verify the proposed method. In addition, according to the analysis of operation mechanism, the operation mechanism of distribution network under the new situation is put forward.

KEY WORDS：Active Distribution Network，Economic Operation，Distributed Power Supply，Photovoltaic power generation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1论文选题背景和研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文主要内容和结构 3

第二章 一流城市配电网发展趋势分析 5

2.1国内外一流城市配电网趋势分析 5

2.1.1国外一流配电网发展趋势分析 5

2.1.2国内一流配电网发展趋势分析 7

2.2电网企业盈利模式分析 14

2.3新业态下企业配电网运营机制 14

2.3.1商业模式下的配网运营机制 14

2.3.2盈利模式下的配网运营机制 15

2.4影响一流城市配电网建设的四个因素 16

2.4.1企业资本投资对建设一流城市配电网的影响 16

2.4.2核定输配电价对建设一流城市配电网的影响 17

2.4.3新能源和储能的接入对建设一流城市配电网的影响 18

2.4.4电力多方直接交易对建设一流城市配电网的影响 18

2.5本章小结 18

第三章 一流城市主动配电网中灵活因素 19

3.1储能系统ESS 19

3.1.1ESS定义 19

3.1.2ESS评价模型 19

3.2分布式发电DG 19

3.2.1DG定义 19

3.2.2DG模型 20

3.3光伏PV 22

3.3.1PV定义 22

3.3.2PV模型 23

3.4柔性负荷 23

3.4.1柔性负荷定义 23

3.4.2柔性负荷模型 24

3.5本章小结 24

第四章 一流城市配电网的经济调度问题 26

4.1电网经济调度概念 26

4.2一流城市配电网的经济调度问题 26

4.3制定具有有功功率损耗的ED问题 27

4.4种群动力学与复制因子方程 29

4.4.1复制组方程模型 29

4.4.2分布式复制组方程模型 30

4.4.3复制组动力学的离散时间版本 31

4.4.4稳定性和平衡性 31

4.5使用增强的LRE方法解决ED问题的分布式解决方案 32

4.5.1收益函数 32

4.5.2LPF的分布式计算 33

4.6算例框架 34

4.7本章小结 38

第五章 总结与展望 39

致 谢 42

第一章 引言

1.1论文选题背景和研究意义

随着中国国力的增强，经济飞速发展，城市设施日益完善，人民生产生活对电能的需求愈来愈来大，对电能质量的要求也越来越高。配电网作为电网的重要组成部分，直接面向电力用户，与广大群众的生产生活息息相关，是保障和改善民生的重要基础设施，是用户对电网服务感受和体验的最直观对象。因此研究如何建设“一流城市配电网”势在必行。

通过总结发达国家和地区已经建成的一流城市配电网的模型和经验得出，一个成熟的一流城市配电网具有以下四个特征：①安全可靠②经济高效③绿色低碳④友好互动^[1]。此外随着光伏、风电等新能源的发展，以及分布式发电和智能微网等的快速普及，加上用电需求呈现多样化比如新兴的智能电器，新的能源互联网模式正在加速形成。能源互联网不同于传统配电网，其网络架构以及职能作用正在逐步发生转变，配电网呈现愈加复杂的“多源性”特征，传统的配电网发展模式已不适应新时代配电网发展需要。

国家电网将用四年左右在十个试点城市建成具有上述四个特征的一流城市配电网。安全可靠方面即提高供电可靠性，最大限度减少每年的停电时间，争取实现中低压配电网在不停电即保障客户正常用电的前提下作业。经济高效即提高电能质量，减少电能损耗，实现人力物力财力优化配置和资产效率最优。绿色低碳即注重环境友好性，大力发展清洁能源和节能技术，提高分布式电源和多元化负荷接入城市配电网的能力。友好互动即建成全覆盖的配电自动化系统和配网智能化运维管控平台，提升设备状态管控力和运维管理穿透力；建立智能互动服务体系，满足个性化、多元化用电需求^[2]。

1.2 国内外研究现状

近年来，国内外有许多文献对一流城市配电网的建设以及如何解决主动配电网中的灵活因素作出了探讨。

通过借鉴世界一流城市配电网建设成果可以分析出世界一流标杆城市配电网的可取和不足之处。与世界标杆一流城市配电网相比，中国目前存在以下方面的不足^[3]：

1) 社会发展和经济发展仍有很大的进步空间，城市配电网当前承担的负荷并没有达到满载状态，仍有空间。

2) 供电可靠性不够。

3) 配电网结构相对薄弱，网络接线复杂，灵活性低、可靠性差，也不易于扩建和改建。

4) 配电网自动化水平较低。

5) 配网资产管理经验不足。发达国家由于开始较早，在配网设备以及相关人才的培养方面都有了一定的积累，所以对现有设备的利用率高，相关技术人员岗位不会出现空缺。但是中国本国由于管理经验的匮乏，易出现人才断层的情况，即便是安装了自动化设备，普遍利用率也不是很高。

新时代的能源互联网包括两部分，一是泛在电力物联网，二是坚强智能电网。坚强智能电网包括源、网、荷、储四个部分。两者之间通过信息物理融合系统（CPS）进行双向联系。

智能电网的主要特征之一就是分布式电源的接入和多源统一入网。此时依靠智能化和自动化的设备，可以对电网和用户的用电信息进行实时监控和采集，并经过大数据算法，得出最经济和最安全的输配电方式将电能输送给终端的客户，提高了能源的利用率，也降低了电网运行的潜在风险。要实现以上的过程，需要以数字技术为支撑，对电力信息进行采集、传递和处理^[4]。

智能电网在带来了效率和便捷的同时，也带来了安全隐患，这是分布式电源大规模接入配电网所造成的后果。光伏发电作为清洁无污染的发电方式之一，已经成为了分布式电源的主力军。在分布式电源接入配电网的数量和容量达到一定规模后，将对配网的潮流分布和供电质量造成重大影响。因此建设分布式光伏集控中心。集控中心一定程度上体现了泛在物联网的根本定义，承担着到“上传下控”作用，对上服务于配电自动化分布式电源接入控制系，对下收集各分布式电源监控终端的信息，并实现对辖区内分布式电源的管理。泛在电力物联网的本质就是信息的收集、传递和处理，因此建设分布式光伏集控中心是符合泛在电力物联网建设原则的^[5]。

上述问题可引申到多光储微电网如何在接入配电网中实现最优配置的问题。由于光伏发电受到日照时间、气象因素等条件的影响，大量接入电网会给电网的安全运行带来隐患，此时就要考虑如何实现最优配置。假设以光储容量最优为目标函数，包含上下层模型。底层优化以各光储微电网日运行成本最小为目标，确定各光储微电网的经济调度方案。上层规划以项目投资期内多光储微电网总成本、配电网总经济成本为双目标，优化规划光储容量^[6]。

除了光伏发电，电动汽车的并网也会引起网络阻塞。当前有学者提出充放电服务费调整策略下的主动配电网源荷协调多目标阻塞调度模型。充分利用电动汽车的柔性负荷特性，

以电动汽车、可控式分布电源及其从大电网的购电量为调度对象，充分利用电动汽车的充放电时间转移能力和可控分布式电源的发电出力灵活性，建立了电动汽车充放电费用最少、购电成本与可控分布式电源生产成本最低的双目标阻塞调度模型。鉴于目前国内电力市场的实际情形，模型通过调整充放电服务费作为电动汽车充放电负荷时间转移的激励手段，通过对主动配电网中缓解阻塞作出贡献的非直调可控分布式电源给予适当的补偿奖励，利用包含可控/不可控分布式电源及电动汽车的协调管理机制缓解主动配电网的阻塞，改善电力系统运行的安全性和经济性^[7]。

当有DG并网时，研究表明有一种新的协调电压控制方案^[8]，使电压调节器能够在有分布式电源（DG）的情况下，有效地调节多条馈电线的电压，该方法是基于每个分布式电源和每条线路电容器的远程终端设备（RTU）基础上实现的。这些RTU通过通信协调在一起，形成一个多代理系统。[8]文中给出了使用一个电压调节器调节多条馈电线发生故障的条件，以及针对这种情况提出的解决方案。仿真结果表明，该技术可以显著提高系统允许的DG注入功率。

1.3 本文主要内容和结构

本文主要涉及一流城市配电网发展趋势研究和含分布式电源的主动配电网研究。通过查阅文献，了解一流城市配电网的意义及内涵，以及在新的政策环境下应当如何建设“一流城市配电网”。分析一流城市配电网发展趋势以及新形势下电网企业如何转变传统售电模式。随后对主动配电网中的灵活因素进行详细分类和建模，目标是推导出一种线性算法，以成本最优为目标，得出优化运行方案，即研究主动配电网的经济分配问题。

本文各章节主要研究内容如下：

1) 第一章对本文的研究背景和主要内容进行说明。简单描述一流城市配电网的内涵及建设经验。

2) 第二章介绍建设一流城市配电网的发展趋势。首先分析国内外配电现状，进行对比，得出一流城市配电网的建设原则和重点。随后对新形势下电网企业如何转变运营方式获取更大利润进行分析，分别从企业商业模式和盈利模式提出新形势下供电企业配电网运营机制。最后结合实际，研究在电力改革大背景下对建设一流城市配电网影响重大的几个因素。

3) 第三章针对一流配电网发展趋势分析结果即主动配电网，对其进行详细建模分析。介绍主动配电网中灵活因素及其模型。选取最典型的四种：储能系统、分布式发电、光伏和柔性负荷。

4) 第四章介绍一流城市主动配电网（ADN）中分布式电源的经济调度问题。采取线性算

法，首先制定有功率损耗的ED模型，然后通过动力学复制方程，扩散到不同的居住地。最后提出使用增强的LRE方法解决ED问题的分布式解决方案，通过整合系统中最佳损失分配，得出最经济的有功分配方案。随后进行算例分析，第三章和第四章中所建立的模型进行仿真验证。

5) 第五章为总结与展望，对本文介绍的主要工作进行概述总结，并对以后的工作进行展望。

第二章 一流城市配电网发展趋势分析

2.1国内外一流城市配电网趋势分析

2.1.1国外一流配电网发展趋势分析

目前国际上公认的标杆一流城市配电网有以下几个城市：新加坡、香港、日本东京、巴黎城区、韩国。要研究国内一流城市配电网如何建设，首先应对这些标杆配电网进行分析，得出建设思路。

分析的主要方向为网架结构、可靠性研究、智能设备和设备质量及运维四个方面。

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