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(dòng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)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(dòng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)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(jī)性和波動(dòng)性，使得配電網(wǎng)傳統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度方式已無(wú)法滿(mǎn)足大規(guī)模分布式電源接入的現(xiàn)實(shí)需求。主動(dòng)配電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)對(duì)大量接入配電網(wǎng)的分布式電源進(jìn)行主動(dòng)管理的有效解決方案。目前，國(guó)內(nèi)外正在開(kāi)展相關(guān)技術(shù)的研究，我國(guó)也已將主動(dòng)配電網(wǎng)作為國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃的研究方向。對(duì)主動(dòng)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(dòng)配電網(wǎng)的特性出發(fā)，綜合考慮分布式電源、配電網(wǎng)、儲(chǔ)能、柔性負(fù)荷等多種可調(diào)可控資源，提出一種主動(dòng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，用于配電網(wǎng)正常運(yùn)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(shè)計(jì)

主動(dòng)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(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)、柔性負(fù)荷等為管控對(duì)象，在配電自動(dòng)化全覆蓋的基礎(chǔ)上，融合EMS、PMS/GIS、營(yíng)銷(xiāo)、負(fù)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(fù)荷的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)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(yīng)用支撐層和高級(jí)應(yīng)用層。 其中操作系統(tǒng)層和應(yīng)用支撐層是基于配電自動(dòng)化系統(tǒng)軟件平臺(tái)搭建的統(tǒng)一平臺(tái)；應(yīng)用層包含3個(gè)部分，分別是網(wǎng)源荷特性分析、主動(dòng)配電網(wǎng)態(tài)勢(shì)感知、網(wǎng)源荷協(xié)調(diào)控制。作為輔助調(diào)度人員進(jìn)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(shè)置面向?qū)嶋H的業(yè)務(wù)需求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。主動(dòng)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(dòng)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(guò)遵循IEC 61968/61970國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的信息交互總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)，保證接口的統(tǒng)一性和標(biāo)準(zhǔn)化。主動(dòng)配電協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)利用信息交互總線(xiàn)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；(2)DMS系統(tǒng)：配網(wǎng)實(shí)時(shí)、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(zhuān)變）運(yùn)行信息、可調(diào)負(fù)荷運(yùn)行信息；(5)營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)：專(zhuān)變模型、可調(diào)負(fù)荷模型、充電樁模型和運(yùn)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(yùn)行信息。

3. 功能設(shè)計(jì)

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(shí)間段、不同天氣類(lèi)型光伏出力變化率的分布特性分析光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓與光伏出力的關(guān)聯(lián)特性等。分布式風(fēng)機(jī)：分析一段時(shí)期內(nèi)的出力曲線(xiàn)，分析風(fēng)速對(duì)風(fēng)機(jī)出力水平的影響，分析統(tǒng)計(jì)風(fēng)機(jī)所在位置風(fēng)資源的時(shí)間分布特性，分析風(fēng)機(jī)出力變化率的特性分布，分析并網(wǎng)點(diǎn)電壓與風(fēng)機(jī)出力的關(guān)聯(lián)特性，風(fēng)機(jī)類(lèi)型及安裝方式對(duì)出力分布和出力變化率的影響等。

(2)分布式儲(chǔ)能特性分析。根據(jù)分布式儲(chǔ)能的充放電特性，分析電網(wǎng)各種情況下儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)急響應(yīng)能力和負(fù)荷支撐能力，根據(jù)儲(chǔ)能歷史充放電樣本數(shù)據(jù)，分析不同類(lèi)型、容量的儲(chǔ)能充放電轉(zhuǎn)換效率。 包括分析儲(chǔ)能充放電特性曲線(xiàn)，儲(chǔ)能充放電經(jīng)濟(jì)性分析，分析儲(chǔ)能對(duì)于平抑分布式電源出力波動(dòng)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(dòng)性特征的基礎(chǔ)上，分析影響配電網(wǎng)消納分布式電源能力的各個(gè)因素；分析節(jié)點(diǎn)電壓限制和支路電流過(guò)載風(fēng)險(xiǎn)對(duì)分布式能源接納能力的影響；分析配電網(wǎng)在某確定的計(jì)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(fù)荷特性分析。柔性負(fù)荷特性分析主要是指可調(diào)控的負(fù)荷特性分析，掌握各種柔性負(fù)荷的運(yùn)行特性，為負(fù)荷的調(diào)度提供依據(jù)。具體包括負(fù)荷中剛性部分與柔性部分所占比重分析，不同類(lèi)型負(fù)荷的用電特性分析，不同負(fù)荷對(duì)于電價(jià)等激勵(lì)的敏感度分析，不同時(shí)間尺度下負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍及其成本差異分析等。

3.2 運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知

配電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知通過(guò)對(duì)接入配網(wǎng)的各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，應(yīng)用態(tài)勢(shì)感知的先進(jìn)技術(shù)，準(zhǔn)確分析出配電網(wǎng)的狀態(tài)及變化趨勢(shì)等。配電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知主要包括多源信息融合、饋線(xiàn)級(jí)負(fù)荷預(yù)測(cè)、分布式電源功率預(yù)測(cè)、主動(dòng)配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)分析、電網(wǎng)狀態(tài)評(píng)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(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘、聚類(lèi)分析等理論，對(duì)多時(shí)間尺度的多源測(cè)量信息進(jìn)行清洗、分類(lèi)、聚合，剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，并進(jìn)行信息融合。 多源數(shù)據(jù)在滿(mǎn)足合理性校驗(yàn)后按照人工定義的優(yōu)先級(jí)存放，經(jīng)判斷后將最優(yōu)數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)庫(kù)中，為主動(dòng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的各個(gè)應(yīng)用功能提供數(shù)據(jù)支撐。

(2)饋線(xiàn)級(jí)負(fù)荷預(yù)測(cè)。通過(guò)分析挖掘歷史饋線(xiàn)負(fù)荷數(shù)據(jù)資料，分析用電負(fù)荷的變化特性規(guī)律，提取出影響?zhàn)伨€(xiàn)負(fù)荷變化量的相關(guān)因素，分析在不同因素影響下負(fù)荷特性的變化情況，包括負(fù)荷類(lèi)型、天氣情況、日期類(lèi)型、不同類(lèi)型負(fù)荷比例等。 建立饋線(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)饋線(xiàn)負(fù)荷的預(yù)測(cè)。

(3)分布式電源功率預(yù)測(cè)。根據(jù)實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)、數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)以及光伏電站、風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，建立光伏、風(fēng)機(jī)等分布式電源發(fā)電預(yù)測(cè)的模型，對(duì)分布式電源短期和超短期的輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)。

(4)主動(dòng)配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)分析。根據(jù)分布式電源的出力特點(diǎn)，分析分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)影響，結(jié)合電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析的基本原理，對(duì)于節(jié)點(diǎn)過(guò)電壓和設(shè)備過(guò)負(fù)荷進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算，為主動(dòng)配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(dòng)配電網(wǎng)存在的各類(lèi)可調(diào)可控資源有效充分地利用起來(lái)，實(shí)現(xiàn)下級(jí)到上級(jí)的可調(diào)度容量和以及反饋信號(hào)的提交，上級(jí)到下級(jí)的控制策略和目標(biāo)曲線(xiàn)的下發(fā)、控制策略的評(píng)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(píng)估等。(1)可調(diào)度容量分析。可調(diào)度容量分析指在主動(dòng)配電網(wǎng)分層控制的每一層可實(shí)現(xiàn)對(duì)本層可調(diào)度電源容量和可調(diào)度負(fù)荷容量的分析，為上層應(yīng)用提供基本的數(shù)據(jù)支撐。分析建立在負(fù)荷預(yù)測(cè)、分布式發(fā)電預(yù)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⑷嵝载?fù)荷減載合同及電價(jià)等信息基礎(chǔ)上，并結(jié)合各類(lèi)資源的特性分析，給出本層可調(diào)度電源容量和負(fù)荷容量。(2)網(wǎng)-源-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制。協(xié)調(diào)控制模塊將主動(dòng)配電網(wǎng)中存在的各類(lèi)可調(diào)可控資源均納入調(diào)控范圍，對(duì)象包括配電網(wǎng)設(shè)備、分布式電源、微網(wǎng)、儲(chǔ)能、柔性負(fù)荷等。協(xié)調(diào)控制整體框架如圖2所示。

圖2 主動(dòng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制框圖

在配電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)電壓越限或支路功率越限等異常情況時(shí)，將分布式電源無(wú)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(yùn)行方式調(diào)整，儲(chǔ)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(wú)功功率的調(diào)整，柔性負(fù)荷減載等。(3)策略評(píng)估。建立優(yōu)化調(diào)度策略評(píng)估體系，對(duì)運(yùn)行控制策略的執(zhí)行效果進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果，更新協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度策略庫(kù)，為后續(xù)策略?xún)?yōu)化提供基礎(chǔ)。

4. 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的特征，提出了一種主動(dòng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)通過(guò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)-源-荷多方資源的互動(dòng)協(xié)調(diào)控制，充分發(fā)揮分布式電源、儲(chǔ)能、柔性負(fù)荷等配電網(wǎng)可調(diào)可控資源在配電網(wǎng)運(yùn)行中的作用，在主動(dòng)配電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行基礎(chǔ)上，提升分布式電源的有效消納和高效利用以及多樣化負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)峰的能力，為主動(dòng)配電網(wǎng)的研究和深入開(kāi)展提供參考和借鑒。