原文發(fā)表在《電力工程技術(shù)》2017年第36卷第4期，歡迎品讀

黃素娟，張曉青，孫保華，等. 主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設計及應用[J]. 電力工程技術(shù), 2017, 36(4): 127-132.

HUANG Sujuan, ZHANG Xiaoqing, SUN Baohua, al, et. Design and Application of Coordinated Control System in Active Distribution Network[J]. Electric Power Engineering Technology, 2017, 36(4): 127-132

主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設計及應用

黃素娟，張曉青，孫保華，等

1. 研究背景

隨著分布式電源在配電網(wǎng)中的滲透率不斷上升，傳統(tǒng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生改變。可再生新能源的接入加劇了系統(tǒng)的隨機性和波動性，使得配電網(wǎng)傳統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度方式已無法滿足大規(guī)模分布式電源接入的現(xiàn)實需求。主動配電網(wǎng)是實現(xiàn)對大量接入配電網(wǎng)的分布式電源進行主動管理的有效解決方案。目前，國內(nèi)外正在開展相關技術(shù)的研究，我國也已將主動配電網(wǎng)作為國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃的研究方向。對主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制研究大多停留在理論分析及仿真上，本文從主動配電網(wǎng)的特性出發(fā)，綜合考慮分布式電源、配電網(wǎng)、儲能、柔性負荷等多種可調(diào)可控資源，提出一種主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，用于配電網(wǎng)正常運行狀態(tài)下的網(wǎng)-源-荷協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度。

2. 軟件架構(gòu)設計

主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)以中壓配電網(wǎng)、分布式電源、分布式儲能、電動汽車、柔性負荷等為管控對象，在配電自動化全覆蓋的基礎上，融合EMS、PMS/GIS、營銷、負控、用采等外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建從分布式電源到柔性負荷的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)主動配電網(wǎng)的全景全量協(xié)同管理。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)包括操作系統(tǒng)層、應用支撐層和高級應用層。 其中操作系統(tǒng)層和應用支撐層是基于配電自動化系統(tǒng)軟件平臺搭建的統(tǒng)一平臺；應用層包含3個部分，分別是網(wǎng)源荷特性分析、主動配電網(wǎng)態(tài)勢感知、網(wǎng)源荷協(xié)調(diào)控制。作為輔助調(diào)度人員進行配電網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)控的支持系統(tǒng)，系統(tǒng)功能的設置面向?qū)嶋H的業(yè)務需求，進而實現(xiàn)主動配電網(wǎng)的安全可靠運行。主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)間的信息交互通過遵循IEC 61968/61970國際標準的信息交互總線實現(xiàn)，保證接口的統(tǒng)一性和標準化。主動配電協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)利用信息交互總線從以下各系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)信息的內(nèi)容。(1)EMS系統(tǒng)：變電站圖形、模型、實時數(shù)據(jù)信息；(2)DMS系統(tǒng)：配網(wǎng)實時、歷史數(shù)據(jù)；(3)PMS/GIS系統(tǒng)：10kV配網(wǎng)圖形、模型信息；(4)用電采集系統(tǒng)：10kV配變（含專變）運行信息、可調(diào)負荷運行信息；(5)營銷系統(tǒng)：專變模型、可調(diào)負荷模型、充電樁模型和運行信息；(6)分布式能源監(jiān)控系統(tǒng)：分布式電源模型、分布式電源運行信息。

3. 功能設計

3.1 網(wǎng)源荷特性分析

(1)分布式電源特性分析。分布式光伏：分析分布式光伏的出力特性，分析不同時間段、不同天氣類型光伏出力變化率的分布特性分析光伏并網(wǎng)點電壓與光伏出力的關聯(lián)特性等。分布式風機：分析一段時期內(nèi)的出力曲線，分析風速對風機出力水平的影響，分析統(tǒng)計風機所在位置風資源的時間分布特性，分析風機出力變化率的特性分布，分析并網(wǎng)點電壓與風機出力的關聯(lián)特性，風機類型及安裝方式對出力分布和出力變化率的影響等。

(2)分布式儲能特性分析。根據(jù)分布式儲能的充放電特性，分析電網(wǎng)各種情況下儲能系統(tǒng)的應急響應能力和負荷支撐能力，根據(jù)儲能歷史充放電樣本數(shù)據(jù)，分析不同類型、容量的儲能充放電轉(zhuǎn)換效率。 包括分析儲能充放電特性曲線，儲能充放電經(jīng)濟性分析，分析儲能對于平抑分布式電源出力波動的影響等。

(3)配電網(wǎng)調(diào)節(jié)特性分析。在充分考慮分布式發(fā)電間歇性和波動性特征的基礎上，分析影響配電網(wǎng)消納分布式電源能力的各個因素；分析節(jié)點電壓限制和支路電流過載風險對分布式能源接納能力的影響；分析配電網(wǎng)在某確定的計劃方式下的供電能力和最多能接入的分布式發(fā)電的容量，為分布式發(fā)電的接入和協(xié)調(diào)控制提供參考依據(jù)。

(4)柔性負荷特性分析。柔性負荷特性分析主要是指可調(diào)控的負荷特性分析，掌握各種柔性負荷的運行特性，為負荷的調(diào)度提供依據(jù)。具體包括負荷中剛性部分與柔性部分所占比重分析，不同類型負荷的用電特性分析，不同負荷對于電價等激勵的敏感度分析，不同時間尺度下負荷調(diào)節(jié)范圍及其成本差異分析等。

3.2 運行態(tài)勢感知

配電網(wǎng)運行態(tài)勢感知通過對接入配網(wǎng)的各類數(shù)據(jù)進行融合分析，應用態(tài)勢感知的先進技術(shù)，準確分析出配電網(wǎng)的狀態(tài)及變化趨勢等。配電網(wǎng)運行態(tài)勢感知主要包括多源信息融合、饋線級負荷預測、分布式電源功率預測、主動配電網(wǎng)風險分析、電網(wǎng)狀態(tài)評估、含分布式電源的潮流分析等。

(1)多源信息融合。多源信息融合應用數(shù)據(jù)挖掘、聚類分析等理論，對多時間尺度的多源測量信息進行清洗、分類、聚合，剔除錯誤數(shù)據(jù)，并進行信息融合。 多源數(shù)據(jù)在滿足合理性校驗后按照人工定義的優(yōu)先級存放，經(jīng)判斷后將最優(yōu)數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)庫中，為主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的各個應用功能提供數(shù)據(jù)支撐。

(2)饋線級負荷預測。通過分析挖掘歷史饋線負荷數(shù)據(jù)資料，分析用電負荷的變化特性規(guī)律，提取出影響?zhàn)伨€負荷變化量的相關因素，分析在不同因素影響下負荷特性的變化情況，包括負荷類型、天氣情況、日期類型、不同類型負荷比例等。 建立饋線負荷預測模型，實現(xiàn)饋線負荷的預測。

(3)分布式電源功率預測。根據(jù)實時氣象數(shù)據(jù)、數(shù)值天氣預報數(shù)據(jù)以及光伏電站、風電場的實時運行數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，建立光伏、風機等分布式電源發(fā)電預測的模型，對分布式電源短期和超短期的輸出功率進行預測。

(4)主動配電網(wǎng)風險分析。根據(jù)分布式電源的出力特點，分析分布式電源接入對配電網(wǎng)影響，結(jié)合電力系統(tǒng)風險分析的基本原理，對于節(jié)點過電壓和設備過負荷進行風險指標計算，為主動配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供決策依據(jù)。

3.3 網(wǎng)源荷協(xié)調(diào)控制

協(xié)調(diào)控制的核心在于將主動配電網(wǎng)存在的各類可調(diào)可控資源有效充分地利用起來，實現(xiàn)下級到上級的可調(diào)度容量和以及反饋信號的提交，上級到下級的控制策略和目標曲線的下發(fā)、控制策略的評估等功能。具體包括可調(diào)度容量分析、網(wǎng)-源-荷協(xié)調(diào)控制、策略評估等。(1)可調(diào)度容量分析。可調(diào)度容量分析指在主動配電網(wǎng)分層控制的每一層可實現(xiàn)對本層可調(diào)度電源容量和可調(diào)度負荷容量的分析，為上層應用提供基本的數(shù)據(jù)支撐。分析建立在負荷預測、分布式發(fā)電預測、網(wǎng)絡拓撲、柔性負荷減載合同及電價等信息基礎上，并結(jié)合各類資源的特性分析，給出本層可調(diào)度電源容量和負荷容量。(2)網(wǎng)-源-荷-儲協(xié)調(diào)控制。協(xié)調(diào)控制模塊將主動配電網(wǎng)中存在的各類可調(diào)可控資源均納入調(diào)控范圍，對象包括配電網(wǎng)設備、分布式電源、微網(wǎng)、儲能、柔性負荷等。協(xié)調(diào)控制整體框架如圖2所示。

圖2 主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制框圖

在配電網(wǎng)運行出現(xiàn)節(jié)點電壓越限或支路功率越限等異常情況時，將分布式電源無功功率調(diào)整和有功功率削減作為一種控制手段。給出的控制策略包括配網(wǎng)運行方式調(diào)整，儲能充放電功率的調(diào)整，可控分布式電源的有功功率削減、無功功率的調(diào)整，柔性負荷減載等。(3)策略評估。建立優(yōu)化調(diào)度策略評估體系，對運行控制策略的執(zhí)行效果進行評估，并根據(jù)評估結(jié)果，更新協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度策略庫，為后續(xù)策略優(yōu)化提供基礎。

4. 結(jié)束語

本文針對主動配電網(wǎng)的特征，提出了一種主動配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設計方案，該系統(tǒng)通過實現(xiàn)網(wǎng)-源-荷多方資源的互動協(xié)調(diào)控制，充分發(fā)揮分布式電源、儲能、柔性負荷等配電網(wǎng)可調(diào)可控資源在配電網(wǎng)運行中的作用，在主動配電網(wǎng)安全可靠運行基礎上，提升分布式電源的有效消納和高效利用以及多樣化負荷參與電網(wǎng)調(diào)峰的能力，為主動配電網(wǎng)的研究和深入開展提供參考和借鑒。