基于分布式電源群調(diào)群控技術的配網(wǎng)調(diào)節(jié)控制方案設計

蔡方明，金欣晨，楊 燕，陳 旭

（國網(wǎng)江西省供電公司南昌供電分公司，江西 南昌 330006）

0 引言

近年來分布式電源得到了大力發(fā)展，逐漸成為配網(wǎng)的重要組成部分，然而分布式電源對于配網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了諸多影響。文獻[1-2]在傳統(tǒng)保護的基礎上，通過改變傳統(tǒng)電流保護策略，以解決配網(wǎng)中各支路的電流由于分布式電源的接入而導致的原有保護誤動或靈敏度下降問題。文獻[3]基于中壓配網(wǎng)輻射狀結構，分析總結了分布式電源不同并網(wǎng)參數(shù)對配網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)損以及電壓分布的影響規(guī)律。由于分布式電源滲透性的日益增強，引發(fā)配網(wǎng)故障定位的難度，一方面可以通過故障計算的手段[4]，形成故障分析保護策略。另一方則通過一種改進的鴿群故障定位算法[5]，有效提高了分布式電源配網(wǎng)故障定位的效率。此外，大量分布式電源的接入同樣給配網(wǎng)帶來了新的挑戰(zhàn)，如潮流越限、有功調(diào)節(jié)等問題。為了解決這些問題，本文提出了一種基于分布式電源群調(diào)群控技術的調(diào)節(jié)控制策略，旨在實現(xiàn)分布式電源的可視、可控的調(diào)節(jié)控制，以實現(xiàn)配網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

1 面臨的挑戰(zhàn)

可調(diào)可控需求：隨著可再生能源的快速發(fā)展，分布式電源的接入規(guī)模不斷增長。然而，傳統(tǒng)配網(wǎng)往往無法有效管理大規(guī)模的分布式電源接入，使得配網(wǎng)面臨對分布式電源進行精細化調(diào)節(jié)的需求，包括輸出功率、無功功率和電壓等參數(shù)的調(diào)節(jié)，以適應配網(wǎng)負載的變化和提高供電質(zhì)量。

潮流越限：由于分布式電源群的接入，配網(wǎng)系統(tǒng)中潮流分布變得復雜。當出現(xiàn)潮流超過額定范圍時，可能導致設備過載、線損增加，甚至影響配網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

有功調(diào)節(jié)：配網(wǎng)中大量的分布式電源接入會帶來有功功率的波動和不確定性，有功調(diào)節(jié)用于平衡系統(tǒng)的有功功率；然而，由于分布式電源群數(shù)量龐大且分布廣泛，有功調(diào)節(jié)涉及到大規(guī)模的協(xié)同控制問題，包括保持電網(wǎng)的供需平衡，確保穩(wěn)定的電壓和頻率。

針對上述問題，須形成一種分布式電源群調(diào)群控技術的配網(wǎng)調(diào)節(jié)控制策略，在考慮與傳統(tǒng)配電系統(tǒng)兼容性的前提下，以實現(xiàn)對分布式電源的精細化調(diào)節(jié)和全局協(xié)同控制，從而確保配網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

2 解決方案

分布式電源群調(diào)群控技術類屬于一種分布式電源的集中控制和自治協(xié)同的調(diào)節(jié)控制手段。通過將分布式電源組織成群，實現(xiàn)對群內(nèi)分布式電源的集中控制，同時允許各個分布式電源在一定范圍內(nèi)進行自治協(xié)同，以實現(xiàn)配網(wǎng)的調(diào)節(jié)和控制。

分布式電源群調(diào)群控技術通過集中控制和自治協(xié)同的方式，實現(xiàn)了對分布式電源的精細化調(diào)節(jié)和全局協(xié)同控制，具有較高的可調(diào)控、自治協(xié)同、故障處置等主要優(yōu)勢。

2.1 解決原理

分布式電源群調(diào)群控技術采用了省、地、用三級主站控制架構，即在配網(wǎng)中設置省級主站、地級主站和用戶級主站，如圖1所示。省級主站負責整體規(guī)劃和全局控制，地級主站負責區(qū)域調(diào)度與分布式電源群控制，用戶級主站負責用戶側的需求響應與協(xié)同。這種架構能夠?qū)崿F(xiàn)層級化管理，將控制從上到下進行，并適應不同層次的調(diào)控需求。為了實現(xiàn)對分布式電源群的集中調(diào)控，設計對應的分布式電源群調(diào)群控模塊，通過與各個分布式電源的通信接口進行交流，獲取分布式電源的運行狀態(tài)和參數(shù)，并向其發(fā)送調(diào)控指令，最終完成對分布式電源的集中調(diào)節(jié)和控制。

圖1 調(diào)控層級架構

通過架構與模塊結合的方式，有效管理和調(diào)控分布式電源群，從而提升配網(wǎng)的可調(diào)性和可控性。同時，它也能夠確保分布式電源群在配電網(wǎng)中的穩(wěn)定運行，解決了因分布式電源接入而引起的潮流越限問題。

2.2 主要優(yōu)勢

可調(diào)控：分布式電源具備可調(diào)控性，可根據(jù)系統(tǒng)需求進行靈活調(diào)節(jié)，有效應對配網(wǎng)負荷變化和電網(wǎng)波動，提高系統(tǒng)性能與供電質(zhì)量。

自治協(xié)同：分布式電源群調(diào)群控技術允許分布式電源在一定范圍內(nèi)進行自治協(xié)同。每個分布式電源可以根據(jù)自身情況（通過實時發(fā)電情況和儲能水平，判斷是否須進行發(fā)電或儲能操作。如果發(fā)電能力或儲能容量較高，可以主動將多余的電能注入到配網(wǎng)中；反之，可向其他分布式電源請求電能。此外，可依據(jù)負荷需求和電力市場價格等因素，靈活調(diào)整自身運行狀態(tài)與其他分布式電源進行協(xié)同。）和局部調(diào)控要求做出響應的調(diào)節(jié)決策，同時為了實現(xiàn)與其他分布式電源協(xié)同，分布式電源之間需要進行信息交流和協(xié)調(diào)，利用智能設備并配合必要的通信手段，建立分布式電源間的通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)發(fā)電能力、儲能水平、負荷需求等信息數(shù)據(jù)的傳遞與共享。在協(xié)同過程中，分布式電源可以通過集體決策、協(xié)作，實現(xiàn)整體性的配網(wǎng)調(diào)控。例如，當某個地區(qū)的負荷需求較高時，分布式電源可以相互協(xié)調(diào)，將多余的發(fā)電能力集中供給該地區(qū)，以滿足需求；或者在某個分布式電源發(fā)生故障時，其他分布式電源可以共同承擔相應的負荷，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

高效可靠：通過集中控制和自治協(xié)同相結合的方式，兼顧調(diào)控的高效性和可靠性。集中控制可以確保全局調(diào)控的準確性和一致性，而自治協(xié)同則提高了系統(tǒng)的容錯能力和穩(wěn)定性。

2.3 主要應用

分布式電源群調(diào)群控技術作為一種集中控制和自治協(xié)同的調(diào)節(jié)控制手段，為分布式電源的管理和調(diào)控提供了全新的解決方案，其應用前景十分廣闊。主要體現(xiàn)在故障處置、全局協(xié)同以及節(jié)能減排等方面。對于故障處置方面，通過與分布式電源通信接口的匹配實現(xiàn)信息互通，實時監(jiān)測分布式電源的運行狀態(tài)和參數(shù)。在發(fā)生故障時，系統(tǒng)可以快速定位故障點，通過省級主站和地級主站的整體規(guī)劃和全局控制，迅速識別受影響的區(qū)域和分布式電源群，為故障處置提供有力支持。同時，可以通過協(xié)同控制實現(xiàn)負荷的智能轉移，使其他正常運行的分布式電源群承擔額外的負荷。

此外，各個分布式電源也可以根據(jù)自身情況和局部調(diào)控要求做出響應的調(diào)節(jié)決策。這種自主故障響應機制使得系統(tǒng)在進行故障隔離時更加靈活，能夠減小受影響的區(qū)域范圍，提高整個系統(tǒng)的容錯能力。

3 調(diào)控策略

基于分布式電源群調(diào)群控技術，對目標區(qū)域進行分層分區(qū)優(yōu)化，以確定所選整體區(qū)域能夠以一種區(qū)域化的方式進行調(diào)控。在保證調(diào)控準確性的同時應該盡量避免目標區(qū)域越限導致調(diào)控失敗的情況發(fā)生，實現(xiàn)一種范圍內(nèi)分布式電源的精準調(diào)控，從而提高電網(wǎng)用電的可靠性。

調(diào)控策略可由4個模塊原型共同實現(xiàn)，即層級聚類、狀態(tài)更新、監(jiān)測控制以及電源群控。（1）層級聚類模塊利用分布式電源的電源信息對目標區(qū)域進行分層聚類，形成層級化結構。通過K-means算法完成對目標區(qū)域的多標準聚類，獲得多層次嵌套結構，方便分布式電源大面積群控時目標的確定。（2）狀態(tài)更新模塊實時捕獲目標區(qū)域內(nèi)分布式電源的動態(tài)信息，根據(jù)已有信息實時更新局部區(qū)域的數(shù)據(jù)。這樣做有助于監(jiān)測和更新目標區(qū)域分布式電源的實時信息，提高調(diào)控的準確性和實用性。（3）監(jiān)測控制模塊在獲得控制信號后，根據(jù)對控制信號的解析結果，結合層級化結構，確定若干目標控制區(qū)域，完成待調(diào)控區(qū)域的分解，以確定若干目標控制網(wǎng)格為一個整體進行調(diào)控。在保證了調(diào)控的準確性的同時在提高分布式電源大面積調(diào)控效率，避免區(qū)域過大導致部分調(diào)控失誤的問題。（4）電源群控模塊獲取目標控制區(qū)域?qū)膶崟r信息，核驗并確認目標電源。通過對目標電源的同步調(diào)控，確保實現(xiàn)目標控制網(wǎng)格內(nèi)的精準調(diào)控。在實際調(diào)控前，該模塊對涉及的分布式電源特征進行核驗，為調(diào)控目標提供保障，實現(xiàn)對分布式電源的精準調(diào)控和管理。

分布式電源群調(diào)群控策略流程圖，如圖2所示。

圖2 群調(diào)群控策略流程圖

具體的步驟如下：

步驟1：獲取目標區(qū)域內(nèi)的分布式電源信息，并根據(jù)電源屬性和相似性進行層級化分層聚類。通過使用聚類算法將分布式電源劃分為不同的層級（這里分類的依據(jù)主要根據(jù)接入的電壓等級、發(fā)電設備類型以及控制性質(zhì)），以支持后續(xù)的調(diào)控操作。

步驟2：實時獲取目標區(qū)域內(nèi)分布式電源的動態(tài)信息，并動態(tài)更新對應區(qū)域的實時數(shù)據(jù)。動態(tài)信息包括實時功率輸出、連接狀態(tài)和負載等。通過實時監(jiān)測和更新，可以準確了解每個區(qū)域的當前狀態(tài)，為后續(xù)調(diào)控決策提供依據(jù)。

步驟3：解析實時控制信號并確定目標控制區(qū)域?？刂菩盘柾ǔ碜噪娋W(wǎng)系統(tǒng)或上層調(diào)度系統(tǒng)，用于指示分布式電源的調(diào)控行為。通過協(xié)議解析和數(shù)據(jù)處理技術，解析控制信號的內(nèi)容和目標區(qū)域。結合層級化區(qū)域的信息，確定需要進行調(diào)控的目標控制區(qū)域。

步驟4：獲取并驗證目標控制區(qū)域的實時信息。通過電源群控模塊，獲取目標控制區(qū)域內(nèi)的分布式電源實時數(shù)據(jù)，并進行驗證。這樣可以確保所選目標電源滿足調(diào)控要求，并為后續(xù)的同步調(diào)控做好準備。

步驟5：對目標電源進行同步調(diào)控。在實際的調(diào)控操作中，對目標控制區(qū)域內(nèi)的分布式電源進行同步調(diào)控，包括功率調(diào)整和負載均衡等。通過同步調(diào)控實現(xiàn)目標控制區(qū)域內(nèi)分布式電源的協(xié)調(diào)運行，提高調(diào)控的準確性和穩(wěn)定性，便于完成分布式電源進行合理的潮流分配與平抑波動的目標。

4 結束語

本文提出了基于分布式電源群調(diào)群控技術的調(diào)節(jié)控制方案，旨在解決分布式電源接入配網(wǎng)遭遇的潮流越限、有功調(diào)節(jié)等問題。該方案利用分布式電源的可調(diào)控性優(yōu)勢，實現(xiàn)了配網(wǎng)接入分布式電源的全局控制與就地自治協(xié)同，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供了支撐。對于未來的研究進程，可通過優(yōu)化調(diào)控策略以適應不斷演化的配網(wǎng)需求。