主动配电网协调控制系统设计及应用

原文发表在《电力工程技术》2017年第36卷第4期，欢迎品读

黄素娟，张晓青，孙保华，等. 主动配电网协调控制系统设计及应用[J]. 电力工程技术, 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

主动配电网协调控制系统设计及应用

黄素娟，张晓青，孙保华，等

1. 研究背景

随着分布式电源在配电网中的渗透率不断上升，传统配电网结构和形态发生改变。可再生新能源的接入加剧了系统的随机性和波动性，使得配电网传统的优化调度方式已无法满足大规模分布式电源接入的现实需求。主动配电网是实现对大量接入配电网的分布式电源进行主动管理的有效解决方案。目前，国内外正在开展相关技术的研究，我国也已将主动配电网作为国家高技术研究发展计划的研究方向。对主动配电网协调控制研究大多停留在理论分析及仿真上，本文从主动配电网的特性出发，综合考虑分布式电源、配电网、储能、柔性负荷等多种可调可控资源，提出一种主动配电网协调控制系统，用于配电网正常运行状态下的网-源-荷协调优化调度。

2. 软件架构设计

主动配电网协调控制系统以中压配电网、分布式电源、分布式储能、电动汽车、柔性负荷等为管控对象，在配电自动化全覆盖的基础上，融合EMS、PMS/GIS、营销、负控、用采等外部系统数据，构建从分布式电源到柔性负荷的协调控制系统，实现主动配电网的全景全量协同管理。系统软件结构包括操作系统层、应用支撑层和高级应用层。 其中操作系统层和应用支撑层是基于配电自动化系统软件平台搭建的统一平台；应用层包含3个部分，分别是网源荷特性分析、主动配电网态势感知、网源荷协调控制。作为辅助调度人员进行配电网协调调控的支持系统，系统功能的设置面向实际的业务需求，进而实现主动配电网的安全可靠运行。主动配电网协调控制系统的软件结构如图1所示。

图1 主动配电网协调控制系统软件结构图

系统间的信息交互通过遵循IEC 61968/61970国际标准的信息交互总线实现，保证接口的统一性和标准化。主动配电协调控制系统利用信息交互总线从以下各系统获取数据信息的内容。(1)EMS系统：变电站图形、模型、实时数据信息；(2)DMS系统：配网实时、历史数据；(3)PMS/GIS系统：10kV配网图形、模型信息；(4)用电采集系统：10kV配变（含专变）运行信息、可调负荷运行信息；(5)营销系统：专变模型、可调负荷模型、充电桩模型和运行信息；(6)分布式能源监控系统：分布式电源模型、分布式电源运行信息。

3. 功能设计

3.1 网源荷特性分析

(1)分布式电源特性分析。分布式光伏：分析分布式光伏的出力特性，分析不同时间段、不同天气类型光伏出力变化率的分布特性分析光伏并网点电压与光伏出力的关联特性等。分布式风机：分析一段时期内的出力曲线，分析风速对风机出力水平的影响，分析统计风机所在位置风资源的时间分布特性，分析风机出力变化率的特性分布，分析并网点电压与风机出力的关联特性，风机类型及安装方式对出力分布和出力变化率的影响等。

(2)分布式储能特性分析。根据分布式储能的充放电特性，分析电网各种情况下储能系统的应急响应能力和负荷支撑能力，根据储能历史充放电样本数据，分析不同类型、容量的储能充放电转换效率。 包括分析储能充放电特性曲线，储能充放电经济性分析，分析储能对于平抑分布式电源出力波动的影响等。

(3)配电网调节特性分析。在充分考虑分布式发电间歇性和波动性特征的基础上，分析影响配电网消纳分布式电源能力的各个因素；分析节点电压限制和支路电流过载风险对分布式能源接纳能力的影响；分析配电网在某确定的计划方式下的供电能力和最多能接入的分布式发电的容量，为分布式发电的接入和协调控制提供参考依据。

(4)柔性负荷特性分析。柔性负荷特性分析主要是指可调控的负荷特性分析，掌握各种柔性负荷的运行特性，为负荷的调度提供依据。具体包括负荷中刚性部分与柔性部分所占比重分析，不同类型负荷的用电特性分析，不同负荷对于电价等激励的敏感度分析，不同时间尺度下负荷调节范围及其成本差异分析等。

3.2 运行态势感知

配电网运行态势感知通过对接入配网的各类数据进行融合分析，应用态势感知的先进技术，准确分析出配电网的状态及变化趋势等。配电网运行态势感知主要包括多源信息融合、馈线级负荷预测、分布式电源功率预测、主动配电网风险分析、电网状态评估、含分布式电源的潮流分析等。

(1)多源信息融合。多源信息融合应用数据挖掘、聚类分析等理论，对多时间尺度的多源测量信息进行清洗、分类、聚合，剔除错误数据，并进行信息融合。 多源数据在满足合理性校验后按照人工定义的优先级存放，经判断后将最优数据放入数据库中，为主动配电网协调控制系统的各个应用功能提供数据支撑。

(2)馈线级负荷预测。通过分析挖掘历史馈线负荷数据资料，分析用电负荷的变化特性规律，提取出影响馈线负荷变化量的相关因素，分析在不同因素影响下负荷特性的变化情况，包括负荷类型、天气情况、日期类型、不同类型负荷比例等。 建立馈线负荷预测模型，实现馈线负荷的预测。

(3)分布式电源功率预测。根据实时气象数据、数值天气预报数据以及光伏电站、风电场的实时运行数据，结合历史数据，建立光伏、风机等分布式电源发电预测的模型，对分布式电源短期和超短期的输出功率进行预测。

(4)主动配电网风险分析。根据分布式电源的出力特点，分析分布式电源接入对配电网影响，结合电力系统风险分析的基本原理，对于节点过电压和设备过负荷进行风险指标计算，为主动配电网安全稳定运行提供决策依据。

3.3 网源荷协调控制

协调控制的核心在于将主动配电网存在的各类可调可控资源有效充分地利用起来，实现下级到上级的可调度容量和以及反馈信号的提交，上级到下级的控制策略和目标曲线的下发、控制策略的评估等功能。具体包括可调度容量分析、网-源-荷协调控制、策略评估等。(1)可调度容量分析。可调度容量分析指在主动配电网分层控制的每一层可实现对本层可调度电源容量和可调度负荷容量的分析，为上层应用提供基本的数据支撑。分析建立在负荷预测、分布式发电预测、网络拓扑、柔性负荷减载合同及电价等信息基础上，并结合各类资源的特性分析，给出本层可调度电源容量和负荷容量。(2)网-源-荷-储协调控制。协调控制模块将主动配电网中存在的各类可调可控资源均纳入调控范围，对象包括配电网设备、分布式电源、微网、储能、柔性负荷等。协调控制整体框架如图2所示。

图2 主动配电网协调控制框图

在配电网运行出现节点电压越限或支路功率越限等异常情况时，将分布式电源无功功率调整和有功功率削减作为一种控制手段。给出的控制策略包括配网运行方式调整，储能充放电功率的调整，可控分布式电源的有功功率削减、无功功率的调整，柔性负荷减载等。(3)策略评估。建立优化调度策略评估体系，对运行控制策略的执行效果进行评估，并根据评估结果，更新协调优化调度策略库，为后续策略优化提供基础。

4. 结束语

本文针对主动配电网的特征，提出了一种主动配电网协调控制系统的设计方案，该系统通过实现网-源-荷多方资源的互动协调控制，充分发挥分布式电源、储能、柔性负荷等配电网可调可控资源在配电网运行中的作用，在主动配电网安全可靠运行基础上，提升分布式电源的有效消纳和高效利用以及多样化负荷参与电网调峰的能力，为主动配电网的研究和深入开展提供参考和借鉴。