主动式配电网调度系统的关键功能设计分析

2023-08-22薛亮，杨凌

通信电源技术 2023年13期

薛亮，杨凌

（国网江苏省电力有限公司句容市供电分公司，江苏句容 212400）

0 引言

未来，配电站将会按照以下流程管理能源：首先，高压区通过输电系统实现大规模发电；其次，中压区利用配电系统传输电能；最后，低压区和电网用户区使用电能。配电网的目标是增加可再生能源与热电厂的联合容量，逐渐推广利用可再生能源，但同时会导致出现可再生能源的波动性不断增强的情况，因此需要利用储能设备建立一种能够将热能和电能融入能量系统中的业务模型，从而提高能量利用效率。该业务模型涵盖从能源市场到电网客户的全产业链，一方面要便于电力用户使用电能，另一方面要降低能量传输过程中的损耗。可以采取在用户所在地附近设立分布式发电设施或者鼓励用户购买本地产生的热能和电力的措施来降低运输损失。因此，未来的能量管理将会包含虚拟和局部平衡域的分布式电源管理。运行成本方面，保障用户与配电网稳定供电、提升电网运行效率以及优化分布式发电单元调度等具有重要意义。目前，如何实现既能让用户享受分布式电源带来的好处，又不增加配电网企业的成本压力，是运营商亟待解决的问题。若在配电网中引入分布式发电装置，则必然会引起配电网的电力流动变化[1]。

1 主动式配电网调度系统概述

常规的配电网是一种有源的电力系统，配售电生产管理系统结构如图1 所示。引入分布式发电技术后（分布式发电构成的配电网络可以被视为微网络），含分布式电源的配电网在本质上出现显著变化。由于配电网中特殊的电抗比例，母线电压对有功功率的变化会更加灵敏。传统配电网的电压的变化由有载调压变压器（On Load Tap Changer，OLTC）、配电网中设定的稳压器、静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC）以及人工控制的固定开关电容等来检测。然而，目前已有的配电网设备并没有考虑分布式能源（Distributed Energy Resource，DER）特性的变化，同时由于配电网所需的工作频率较高，使得一些部件（开关和抽头等）的工作时间较长，最终缩短了配电网设备的使用寿命[2]。

图1 配售电生产管理系统结构

有源配网调度侧重于“源、网、荷、储”的综合协调，采用分布式电源技术，能够有效控制接入配电网的各种电气装置，并采用太阳能电池（Photovoltaic，PV）作为电源；有效调控配电网中的电能，实现无功功率补偿，提高配网的运行效率；有效调控配电网各节点的高电压和低电压，从而达到提高配网运行效率的目标。该技术能够使配电网从传统的被动式用电网变成主动式配电网。

主动式配电系统中，假设在主变电站设置控制中心，并在配电网中实时监测负荷，通过实时调节变流器分接头与无功功率，可以提高配电网的智能性，减小电网的电压波动与功率损耗，同时可以节约电网运行成本。该配电网络叫做活动网络，为在其中记录并汇总负荷信息，需要在负荷点设置一个自读器。电表抄送装置将电能消耗的资料传送给监控中心[3,4]。其他的一些信息，如单位时间的能耗、预测的能耗以及市场的能耗等，由控制中心接收。

2 主动式配电网调度系统的关键功能设计的目标和需求

主动式配电网能够增强对分布式电源的消纳能力，并有效地减少电网的能量损失，从而更好地满足用户对供电质量的要求。主动式配电网能够让终端电能消费者积极地参与电网的最优调度，并有效提升电网各环节的设备利用率，进而提升电能利用率。主动式配电网多源协作优化调度是一种基于新一代可再生能源并网架构，利用电力电子学技术分散调控多层次能量资源的有效方法。主动式配电网中的多源协作优化调度能够实时监控电网中的分布式能源，从而实现可控负载的最优控制。多层次的能源智能协同优化控制，是运用新一代电力系统技术实现能源可再生，并以智能的方法开发电力系统。主动式配电网利用多个时间尺度上的整体最优控制模型，实现协同控制主动式配电网中的能源。文章以“分层处理、框架控制、目标优化”为核心思想，以“多层次供电协同最优控制”为主线，开展面向电力需求的多层次协同控制与结构控制。

3 主动式配电网调度系统关键功能设计

3.1 主动式配电网调度系统算法

配电网络具有不平衡性，且智能电网不断增加发电机和控制变量的数量，因此延长了计算操作的时间，同时增加了信息处理量，需要选择合适的方法提高调度消纳的合理性，如分散方法。传输线的有功功率和无功功率的变化影响着配电网中电压的变化，因此需要严格控制有功功率和无功功率，始终将电压控制在允许范围内。另外，需要通过不可调度单元智能控制无功功率，根据预定义的功率曲线确定有功功率。发电微控制器和测量单元以及负载微控制器和测量单元属于内部控制器，以设定点为基础，合理调节分布式发电过程中的负载消耗。同时，该单元可以测量电压，传输各项重要数据参数。针对风力涡轮机等不可调度单元，可以根据功率曲线，在规范区域内跟踪最大功率点。每日峰值负载与负载的功率消耗情况有直接关系[5]。主动式配电网混合仿真调度平台架构如图2 所示。

图2 主动式配电网混合仿真调度平台架构

主动式配电网调度系统中，通过优化分布式过程获取设置点。系统优化过程中，利用分布次梯度法优化调度对象，包括分布式电源、微电网以及储能装置等，有效调度配电网的各种资源。具体的调度时间包括年度、季度、月度、周度以及小时等。优化过程中，配电网的有功功率和无功功率在各个时间段内会发生变化，以功率曲线为依据，跟踪规范区域内的最大功率点。利用通用方法，对有功功率和无功功率的管理工作进行建模，并根据主动式配电网调度系统制定相应的管理系统，顺利实现预定目标。

与其他算法相比，文章提出的方法无须控制中心动作，可以直接向主动式配电网调度系统发送指令，即使控制中心发生故障，也不影响电源管理工作。文章提出利用新型控制器使配电网损耗达到最小。主动式配电网调度系统分布式计算所需时间较短，可以结合气候和温度等因素，保障预测结果的精细化，同时可以自动统计预测误差，人工设置气象数据和控制参数。

3.2 系统应用功能分析

配电网系统运行过程中，通过优化调度策略落实多元协同优化调度，并在时空尺度上均衡调控能源。主动式配电网中，通过实时监控网络中的各类信息，并将这些信息与网络中的非结构化信息相结合，从而获得完整的网络信息。利用实时状态感知技术感知配电网的运行状况，从而积极地管理配电网，提升配电网承受风险的能力。主动式配电网系统参数如表1 所示。

表1 主动式配电网系统参数

3.3 实现主动式配电网调度系统

信息时代，信息和通信技术的影响力逐渐提升，个人和社会的发展对大规模计算能力提出较高的要求。云计算以虚拟化信息技术（Information Technology，IT）部署模型为基础，通过虚拟化处理，利用互联网部署多项分布式服务，同时根据实际需求扩展该服务。云计算的响应速度非常快，且维护成本低，可以减少IT 人员配置数量，降低整体工作成本。主动式配电网调度系统可以综合利用物联网和传感器完成检测工作，有效控制每个工作环节的能耗，同时节省硬件消耗量。例如，主动式配电网调度系统可以利用智慧电力云平台完成检测工作。此外，在国内外各种主流软件和硬件平台中，该系统都可以运行，并支持大数据挖掘技术的应用，方便各种浏览器和移动终端的运行。

实际部署工作中，主动式配电网调度系统利用混合式部署方式，可以节省公共云的成本，且具有可拓展性，可以保障数据资源控制效果。与传统部署方式相比，利用该方法可以显著降低成本。此外，与朴素分区相比，该方法可以显著缩短响应时间。执行平台在部署主动式配电网调度系统功能的过程中，分布式网络的节点上需设置任务重调度功能分区和任务消息，有利于在电力监控过程中贯彻执行安全防护规定，同时可以接入上级能源管理系统，保障部署机制的灵活性和快速性，并且可以提高访问模式的便捷性，有利于推动智慧能源的可持续发展。

最后，在满足数据一致性和标识一致性的前提下，主动式配电网调度系统实现了基于《配电管理的系统接口》（IEC 61968）和《能量管理系统应用程序接口（EMS-API）》（IEC 61970）的信息交互。从终端到输电系统的无缝、安全的信息交流，以及新能源接入比例的提高，将为未来的电网建设提供有力的支撑。电力系统中，电力企业的各个关键环节都会受电力系统的运行状态的影响。随着通信、数据管理以及信息安全等国际标准要求的不断提高，主动式配电网调度系统对数据传输的要求也越来越高。面向服务架构的新能源管理系统，以国际电工委员会（International Electrical Commission，IEC）的公共信息模型（Common Information Model，CIM）规范为基础，通过Web 服务总线解决方案，实现通信标准化，利用各项创新技术和通信技术，进一步完善主动式配电网调度系统。