智能配电网中分布式储能布局优化配置分析

2022-03-15杜剑峰朱明嫄庄镇宇

现代工业经济和信息化 2022年10期

杜剑峰，朱明嫄，庄镇宇

（1.国网睢宁县供电公司，江苏睢宁 221200；2.国网徐州供电公司，江苏徐州 221000）

引言

随着双碳政策的逐步普及和有源配电网的深入推进，传统的配电系统已经无法满足现代化电网需求。为了进一步提升电网的信息化水平，确保供电质量的稳步提升，推动配电网经济的健康、可持续发展，需要重视分布式储能的优化布局。分布式架构的优化与控制对电网的优化和升级具有积极的促进作用，有利于企业实现稳定发展。

1 智能配电网中分布式架构系统配置分析

1.1 分布式电源

分布式电源，亦被称为分布式功能或发电，通常是指分散布置小型发电装置的发电方式，其分布位置普遍为用户住处或周边，对缓解能源危机和补充电源发挥着重要的作用。因此，在配电网中的应用极为广泛。其常见类型主要有太阳能发电和风力发电。目前，太阳能发电较为普及，可以通过光电效应，将太阳能转化为电能并用蓄电池组存储，在使用时利用逆变器将直流电转化为交流电。风力发电是将风能转化为电能，属于一种清洁无污染的发电方式，也是目前最具发展前景的发电方式。但上述两种发电方式相较于传统发电方式，在稳定性上存在问题，无论是太阳能发电还是风力发电，均会受天气影响，存在随机性和间歇性的特点。因此，在并网后容易影响配电系统的运行，为消除影响，需要对分布式储能布局进行优化，只有这样，才能保证并网运行的可靠性。

1.2 物理系统构建

多智能系统是开展分布式控制优化、决策的基础，对于配电网工程来说，主要由本地控制器、通信接口智能装置以及分布式通信网络共同组成了分布式架构的智能配电网物理系统。在技术改造过程中，配电网的设备能够发挥积极作用，为分布式架构物理系统的构建提供支持和助力。例如，分布式电源中的逆变器借助带有通信接口的DSP实现控制器的作用，以网络为基础连接形式，获得控制策略的相关数据信息，符合网络连接控制策略的数据要求，实现分布式的优化与控制。智能化柱上开关能够将就地化保护、计量以及通信融合在一起，为其他智能体提供相应的数据与拓扑信息数据。配电网中不同智能体的物理位置和控制逻辑更加独立，利用通信与自身逻辑，能够实现软件与硬件的结合。需要注意的是，智能体需要包括以下几方面的功能：一是通信功能。该功能能够实现接收不同节点发出的信息，同时实现自身信息的发送。二是感知功能。该功能能够实现边缘数据的处理，使得传感器采集到的原始数据信息合理转换为本地计算、通信服务。三是计算功能。该功能能够依据已设定完成的算法进行简单计算。四是执行功能。该功能依据所发出的操作指令进行作业。如对分布式电源出力进行合理调节和控制，对居民用户的可中断负荷进行灵活调整。

1.3 区域优化与控制

智能配电网智能化体系的运行在分布式架构基础上需要保证运行通信网络的建设，以配电网拓扑信息和实际运行情况为核心，进一步提升系统的稳定性和经济性。通常情况下，分管区域的划分应与该区域受控单元数量以及分布区域大小为基础，使不同区域的空间距离与智能体的耦合连接更加顺畅。分布式系统的稳定性主要是以多智能体架构系统的稳定性为依托，对单个智能体性能、智能体数量进行科学控制。当独立、单一的智能体性能较高时，其控制对象的效果也更好，但此时整体系统的智能体数量却不断增加，造成整个控制与优化成本的增加。在实际应用过程中，集中布置的分布式电源可以通过性能设置、主体智能体功能的完善实现控制任务的分解和调度，对于下游的控制设备来说，则采用低成本的控制智能体完成相关任务。而当单一智能体控制对象的数量增加时，则建设成本随之降低，在此过程中，被控制对象的控制效率也不断降低，进一步增强了被控制对象发生故障的可能性，当整体系统受到波动时，由于智能体数量的降低造成控制策略无法及时跟踪到系统的变化和波动，对配电网系统的稳定性造成影响[1]。

1.4 建设规划

配电网信息系统在分布式架构的支持下，能够实现信息与通信的交换，同时对其自身的系统拓扑结构提出了新的需求，不仅需要系统自身运行的稳定性和经济性，还需要重视配电网抵御风险的能力。即对于紧急状态下的突发事件，电网可以实现独立运行，依据自身的分布式电源和智能体系实现整体的调度和控制，进一步增强配电网运行的稳定性。为实现上述目标，需要对配电网进行合理的规划和布置。对于智能体的管理区域划分，需要对该区域的配电网独立运行能力和智能体所在区域的依赖关系进行充分考量，对分布式储能设施则需要重点考量。因此，对于分布式架构下的智能配电网，既需要做好通信网络建设，更需要明确配电网的科学合理规划。

1.4.1 通信网络

通信网络的稳定性离不开图像的连通性，为保证通信网络的稳定性，需要在通信网络设计前做好连通度阈值的预定工作。合理制定通信宽带、通信信号以及通信能耗的设计，进一步提升通信的整体运行时间、反应时间[2]。

1.4.2 经济性规划

为保证智能配电网经济性规划满足实际运行需求，需要对通信网络建设成本、分布式能源消耗进行合理控制。在网络建设方面，不仅整体通信网络要达标，更要实现降低建设成本的目的。对于分布式能源的消耗，可再生能源消耗率的增加，能够有效减少供电成本。此外，分布式能源的消耗对降低因远距离输送导致线路损耗具有积极的意义。通信网络的建设成本主要与通信拓扑设计、智能体总体个数有关。因此，分布式能源消耗率、线路损耗的降低都需要配电网网架结构合理规划和选址定容的合理配置。

在配网网架结构规划中，由于分布式电源、分布式储能系统以及网架规划之间联系紧密，当分布式能源渗透率逐步提高时，区域配电网自给率随之升高，有效降低了规划后的网架建设成本。智能配电网中分布式架构建立的相关指标与智能体管理区域划分和分布式能源整体利用率紧密相关。当分布式能源占比较高时，极易造成区域内调度难度逐渐增大，系统的电压频率随之提升，带来一定的供需不平衡问题。当分布式能源占比较低时，容易发生整体网架建设成本、电力网络运行成本提高。因此，科学平衡分布式能源占比和网架建设成本对于智能配电网网架规划具有积极的意义[3]。

2 分布式储能布局优化与选址

2.1 选址定容规划模型建立

分布式能源主要包括分布式电源和分布式储能，其中分布式电源主要以清洁能源为主，其选择多靠近用户。而分布式储能则能够优化和完善分布式电源整体特征，实现配电网的调峰、调压，提升配电网的可靠性，优化分布式电源高渗透率。分布式储能选址定容规划需要从以下几个方面入手：一是对配电网DG负荷分布情况进行全方位了解，明确已有分布式储能容量与位置。二是整理和收集现有网架结构、数据信息，与规划方案相结合，实现前期的预测。三是依据选取的信息，以模型的方式对规划方案进行验证。在实际的规划中，需要结合多方面的原因，综合经济效益，实现科学设置。将分布式储能接入到配电网中能够实现改善和调节作用，将发电运行成本、网损以及客户终端成本指标进行合理分析。

模型的建设过程中，其限制约束条件主要体现在配电网中的潮流，在此基础上，需要对以下几个因素进行综合考量：一是储能设备以离散形式为主，因此，储能设备厂家以标准功率储能单元进行模块定制。二是已接入的分布式储能容量需要高于间歇性分布式电源出力负荷，确保分布式电源的消耗力。三是为进一步提升分布式储能的经济效益，应根据配电网负荷的变化制定储能放电策略。在模型的建立过程中，一方面应对规划目标、约束条件予以充分考量，另一方面则需要与配电网各种影响因素相结合。在配电网负荷逐渐增加的背景下，实际的规划应与应用前景相结合[4]。

2.2 选址定容规划求解

分布式储能选址定容对配电网优化与运行具有积极的作用，可实现分布式电源的灵活调整。选址定容规划求解方式主要分为传统数学优化、混合策略以及元启发式策略。其中，传统数学优化策略的实现需要建立精确的数学模型，将多目标优化问题变为单目标的形式，在该种策略中最优潮流是较为经典的求解方式。对于辐射状配电网规划来说，以系统导纳矩阵为依据进行分布式能源安装位置的确认，更加快速、精确。当配电网较为复杂时，无法进行精确的数学解析、无法建立模型将相关数据以目标函数的方式展现出来，其优化效果依然需要借助仿真实验完成。混合策略方式无法在提升优化精确性的同时，保证方法具有高度的普适性。因此，为了最大程度确保策略有更大的适用领域，进一步提升优化的效率，需要对其策略进行行改进和融合，改善其存在的劣势问题。元启发式策略的应用较为广泛，能够有效改善对某一问题的依赖性，但是存在所求结果不精确的问题。其中的禁忌搜索策略在应用过程中能够以最快的速度确定搜索范围，实现分布式能源的选址定容。

2.3 主动管理

主动管理技术能够实现智能配电网资源的合理控制和协调，转变原有电网建设方式，能够实现主动管理规划。同时，主动管理模式的有效应用能够保证分布式能源在接入方面的优势更加明显和突出。主要体现为规划管理系统借助该区域对数据进行实时预测与分析，对分布式能源自身进行深入分析和考量，针对配电网存在的运行状态不稳定、负载大等问题进行合理配置，提升规划的精确程度。同时，根据配电网的实际负荷增长情况，对其进行长远规划，将配电网运营情况和规划内容相结合，引入网络重构的方式，将响应策略、自愈策略等自动管理技术相融合，推动智能配电网能够稳定、高效运行，进一步提升设备的利用效率。智能配电网的主动管理需要对各类智能化设备通信系统进行有效应用，根据分布式储能的规划要求进行科学管理。智能配电网规模的增大，分布式电源与分布式储能渗透率的提升，分布式结构能够改善集中化管理带来的通信成本高、扩展性差等问题[5]。