主动配电网的分层能量管理与协调控制

王升华

摘 要：主动配电网作为电网系统的重要组成部分，对于电网系统运行稳定性有着较为关键的作用。而主动配电网的分层能量管理与协调控制作为电网系统中间歇性能源结构的有效消纳，为整个主动配电网核心工作之一。文中从主动配电网分层能量管理与协调控制的框架分析入手，分析了主动配电网的控制区域划分、主动配电网分层能量管理的信息交互、主动配电网全局优化及主动配电网控制模式切换。

关键词：主动；配电网；分层能量；能量管理；协调控制

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）14-0075-02

电网系统中主动配电网通过采用灵活的分布式控制技术和网络技术实现对配电网潮流双向有效管理。主动配电网通过预测技术与控制技术，并利用优化算法的方式，实现对电网分布式能源全面有效的控制与管理。

1 主动配电网的分层能量管理与协调控制框架

主动配电网管理控制工作相对于传统配电网有较大的不同，其为一种主动的管理与控制方法。传统配电网在如下几个方面有一定的不足，首先，传统配电网没有形成统一的信息模型，容易在配电网中形成信息孤岛，若出现了信息孤岛则不能实现对配电网的全面有效控制，不能实施全局优化能量管理的功能，当出现大量的量测信息时不能进行有效的处理。而主动配电网通过使用分层能量管理的方法，实现了终端信息与主站系统的有效连接，并采用局部自治和全局优化协调控制原则，实现对间歇式能源的消纳，其总体的框架图，如图1所示。

从图1中可以看出，主动配电网的上层主要实现对配电网络的运行方式优化和能量优化，其为实现对配电网全局集中管理控制的关键单元。

图1中协调控制器的作用为实现对主动配电网络进行自治控制的管理单元。主动配电网采用分层能量管理的方式能够将配电网络通信信息的瓶颈性问题得到有效的解决，从而保证配电网络得到优化自治控制的状态。

在主动配电网的上层通过利用全局优化算法的方式计算出主动配电网的控制优化调整措施，但是因为整个求解的过程中所含的信息量较大，求解过程较为复杂，是一种长时间的集中控制。

其次，在两次主动配电网全局优化控制之间，能够采用协调控制器对自治区进行闭环控制，确保每个自治区域可以在总体的优化目标领域内进行有效运行。

2 主动配电网的控制区域划分

主动配电网所控制的区域为一组完整的拓扑区域，其所包含的最小区域为某一根馈线的分支线，其所包含的最大区域为几个通过联络开关实现连接的馈线群。主动配电网的控制区域为其能量管理构架中最优控制、负荷转移的最小实体区域。通常情况下，主动配电网的控制区域划分的原则如下：

首先以10 kV母线作为配电网出口的总起点，遵照配电网的拓扑进行深度遍历。通过上述原则构建的10 kV主动配电网所形成的一个区域就是主动配电网的一个控制区域。自治区域的划分也是以主动配电网控制区域的划分为基础的，通过划分自治区域，其可作为全局进行自治优化控制的基本单元。

主动配电网内协调控制区域的配置与自治区域的划分有着非常直接的关系。

在进行主动配电网区域的划分能够较好的满足配电网多元化运行方式的特征，也就是将自治区域和控制区域均与联络开关的实际位置的变化而不进行随意的调整，提升了主动配电网的适应性和灵活性。

另外，该种区域划分的方式是以主动配电网自动化配置为基础而开展的，能够有效的将主动配电网自治区域内功率注入值有效的采集，整体的实用性较高。如图1所示，按照上述方法对图1进行划分，则能够得到三个自治区域和一个配电控制区域。

3 主动配电网分层能量管理的信息交互

在对配电网进行能量控制与管理的过程中，不论采用的为对配电网进行全局的控制还是对配电网进行的局部的控制，在具体的实施过程中，都应当采用标准的方式进行配电网的建模，从而更好的保证配电网中所含的信息能够得到最大限度的应用。

图1中的虚线箭头为主动配电网实际的信息流向，在局部自治控制模式下，其内部的协调控制器及相关的测绘控制终端可实现局部信息的交互，达到主动配电网局部自治控制的目的，并将局部自治区域范围内运行状态的信号有效的传送给主动配电网能量管理系统。

此外，配电网在全局控制优化中，应结合其他系统预测的信息，实现全局优化算法的完成，并给协调控制器下发对应的控制指令。

4 主动配电网全局优化

以间歇式发电预测数据和负荷预测数据为基础可以对主动配电网进行全局优化控制，并依据最优算法将主动配电网能够控制的分布资源求解出来，从而更好的响应由于昼夜变化、生产信息变化而带来的主动配电网周期负荷的变化。

因此，在对主动配电网进行全局优化时，首先应当对预测的数据进行全面的分析处理，将预测数据中包含的短时间数据波动和长时间数据波动全面的识别出来。

在进行长周期功率波动数据的分析时，应当以时间为尺度，将尺度设定在10～30 min之间，其对应的频率范围为0.0001～0.001 Hz，因此，其对应的信号最高的频率应为上述赫兹的两倍，这样才能避免出现领域的混叠，所以其采样的频率应在0.002 Hz以上，则采样的周期应为500 s。

主动配电网全局优化控制的具体变量，不仅包含有具备有充电和放电能力的储能单元，还包含有可以控制的分布式发电单元，而将储能单元引入到主动配电网中，由于受到不同时间断面的控制耦合的策略不同，储能功率耦合控制不同，导致上一时刻的储能功率将会对剩余能量带来影响，所以，在进行主动配电网全局优化控制时不可以将某一个时间断面作为自身最优的目标。

5 结 语

综上分析，在进行主动配电网分层能量管理与协调控制的过程中，为一个非常复杂的过程，因此，技术人员在信息交互和控制区的划分时，应当在进行上层优化的过程中将长周期扰动下预测信息使用到其中，并给出对应的调整策略，从而更好的增强系统的经济效益，提升主动配电网在扰动之下的全局优化运行状态，实现主动配电网控制模式的主动切换，更好的提升主动配电网运行的稳定性，以更为稳定的适应不同级别间歇式能源波动，最大程度上消纳间歇式能源。

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