主動式配電網調度系統的關鍵功能設計分析

薛 亮，楊 凌

（國網江蘇省電力有限公司句容市供電分公司，江蘇 句容 212400）

0 引 言

未來，配電站將會按照以下流程管理能源：首先，高壓區通過輸電系統實現大規模發電；其次，中壓區利用配電系統傳輸電能；最后，低壓區和電網用戶區使用電能。配電網的目標是增加可再生能源與熱電廠的聯合容量，逐漸推廣利用可再生能源，但同時會導致出現可再生能源的波動性不斷增強的情況，因此需要利用儲能設備建立一種能夠將熱能和電能融入能量系統中的業務模型，從而提高能量利用效率。該業務模型涵蓋從能源市場到電網客戶的全產業鏈，一方面要便于電力用戶使用電能，另一方面要降低能量傳輸過程中的損耗。可以采取在用戶所在地附近設立分布式發電設施或者鼓勵用戶購買本地產生的熱能和電力的措施來降低運輸損失。因此，未來的能量管理將會包含虛擬和局部平衡域的分布式電源管理。運行成本方面，保障用戶與配電網穩定供電、提升電網運行效率以及優化分布式發電單元調度等具有重要意義。目前，如何實現既能讓用戶享受分布式電源帶來的好處，又不增加配電網企業的成本壓力，是運營商亟待解決的問題。若在配電網中引入分布式發電裝置，則必然會引起配電網的電力流動變化[1]。

1 主動式配電網調度系統概述

常規的配電網是一種有源的電力系統，配售電生產管理系統結構如圖1 所示。引入分布式發電技術后（分布式發電構成的配電網絡可以被視為微網絡），含分布式電源的配電網在本質上出現顯著變化。由于配電網中特殊的電抗比例，母線電壓對有功功率的變化會更加靈敏。傳統配電網的電壓的變化由有載調壓變壓器（On Load Tap Changer，OLTC）、配電網中設定的穩壓器、靜止無功補償器（Static Var Compensator，SVC）以及人工控制的固定開關電容等來檢測。然而，目前已有的配電網設備并沒有考慮分布式能源（Distributed Energy Resource，DER）特性的變化，同時由于配電網所需的工作頻率較高，使得一些部件（開關和抽頭等）的工作時間較長，最終縮短了配電網設備的使用壽命[2]。

圖1 配售電生產管理系統結構

有源配網調度側重于“源、網、荷、儲”的綜合協調，采用分布式電源技術，能夠有效控制接入配電網的各種電氣裝置，并采用太陽能電池（Photovoltaic，PV）作為電源；有效調控配電網中的電能，實現無功功率補償，提高配網的運行效率；有效調控配電網各節點的高電壓和低電壓，從而達到提高配網運行效率的目標。該技術能夠使配電網從傳統的被動式用電網變成主動式配電網。

主動式配電系統中，假設在主變電站設置控制中心，并在配電網中實時監測負荷，通過實時調節變流器分接頭與無功功率，可以提高配電網的智能性，減小電網的電壓波動與功率損耗，同時可以節約電網運行成本。該配電網絡叫做活動網絡，為在其中記錄并匯總負荷信息，需要在負荷點設置一個自讀器。電表抄送裝置將電能消耗的資料傳送給監控中心[3,4]。其他的一些信息，如單位時間的能耗、預測的能耗以及市場的能耗等，由控制中心接收。

2 主動式配電網調度系統的關鍵功能設計的目標和需求

主動式配電網能夠增強對分布式電源的消納能力，并有效地減少電網的能量損失，從而更好地滿足用戶對供電質量的要求。主動式配電網能夠讓終端電能消費者積極地參與電網的最優調度，并有效提升電網各環節的設備利用率，進而提升電能利用率。主動式配電網多源協作優化調度是一種基于新一代可再生能源并網架構，利用電力電子學技術分散調控多層次能量資源的有效方法。主動式配電網中的多源協作優化調度能夠實時監控電網中的分布式能源，從而實現可控負載的最優控制。多層次的能源智能協同優化控制，是運用新一代電力系統技術實現能源可再生，并以智能的方法開發電力系統。主動式配電網利用多個時間尺度上的整體最優控制模型，實現協同控制主動式配電網中的能源。文章以“分層處理、框架控制、目標優化”為核心思想，以“多層次供電協同最優控制”為主線，開展面向電力需求的多層次協同控制與結構控制。

3 主動式配電網調度系統關鍵功能設計

3.1 主動式配電網調度系統算法

配電網絡具有不平衡性，且智能電網不斷增加發電機和控制變量的數量，因此延長了計算操作的時間，同時增加了信息處理量，需要選擇合適的方法提高調度消納的合理性，如分散方法。傳輸線的有功功率和無功功率的變化影響著配電網中電壓的變化，因此需要嚴格控制有功功率和無功功率，始終將電壓控制在允許范圍內。另外，需要通過不可調度單元智能控制無功功率，根據預定義的功率曲線確定有功功率。發電微控制器和測量單元以及負載微控制器和測量單元屬于內部控制器，以設定點為基礎，合理調節分布式發電過程中的負載消耗。同時，該單元可以測量電壓，傳輸各項重要數據參數。針對風力渦輪機等不可調度單元，可以根據功率曲線，在規范區域內跟蹤最大功率點。每日峰值負載與負載的功率消耗情況有直接關系[5]。主動式配電網混合仿真調度平臺架構如圖2 所示。

圖2 主動式配電網混合仿真調度平臺架構

主動式配電網調度系統中，通過優化分布式過程獲取設置點。系統優化過程中，利用分布次梯度法優化調度對象，包括分布式電源、微電網以及儲能裝置等，有效調度配電網的各種資源。具體的調度時間包括年度、季度、月度、周度以及小時等。優化過程中，配電網的有功功率和無功功率在各個時間段內會發生變化，以功率曲線為依據，跟蹤規范區域內的最大功率點。利用通用方法，對有功功率和無功功率的管理工作進行建模，并根據主動式配電網調度系統制定相應的管理系統，順利實現預定目標。

與其他算法相比，文章提出的方法無須控制中心動作，可以直接向主動式配電網調度系統發送指令，即使控制中心發生故障，也不影響電源管理工作。文章提出利用新型控制器使配電網損耗達到最小。主動式配電網調度系統分布式計算所需時間較短，可以結合氣候和溫度等因素，保障預測結果的精細化，同時可以自動統計預測誤差，人工設置氣象數據和控制參數。

3.2 系統應用功能分析

配電網系統運行過程中，通過優化調度策略落實多元協同優化調度，并在時空尺度上均衡調控能源。主動式配電網中，通過實時監控網絡中的各類信息，并將這些信息與網絡中的非結構化信息相結合，從而獲得完整的網絡信息。利用實時狀態感知技術感知配電網的運行狀況，從而積極地管理配電網，提升配電網承受風險的能力。主動式配電網系統參數如表1 所示。

表1 主動式配電網系統參數

3.3 實現主動式配電網調度系統

信息時代，信息和通信技術的影響力逐漸提升，個人和社會的發展對大規模計算能力提出較高的要求。云計算以虛擬化信息技術（Information Technology，IT）部署模型為基礎，通過虛擬化處理，利用互聯網部署多項分布式服務，同時根據實際需求擴展該服務。云計算的響應速度非常快，且維護成本低，可以減少IT 人員配置數量，降低整體工作成本。主動式配電網調度系統可以綜合利用物聯網和傳感器完成檢測工作，有效控制每個工作環節的能耗，同時節省硬件消耗量。例如，主動式配電網調度系統可以利用智慧電力云平臺完成檢測工作。此外，在國內外各種主流軟件和硬件平臺中，該系統都可以運行，并支持大數據挖掘技術的應用，方便各種瀏覽器和移動終端的運行。

實際部署工作中，主動式配電網調度系統利用混合式部署方式，可以節省公共云的成本，且具有可拓展性，可以保障數據資源控制效果。與傳統部署方式相比，利用該方法可以顯著降低成本。此外，與樸素分區相比，該方法可以顯著縮短響應時間。執行平臺在部署主動式配電網調度系統功能的過程中，分布式網絡的節點上需設置任務重調度功能分區和任務消息，有利于在電力監控過程中貫徹執行安全防護規定，同時可以接入上級能源管理系統，保障部署機制的靈活性和快速性，并且可以提高訪問模式的便捷性，有利于推動智慧能源的可持續發展。

最后，在滿足數據一致性和標識一致性的前提下，主動式配電網調度系統實現了基于《配電管理的系統接口》（IEC 61968）和《能量管理系統應用程序接口（EMS-API）》（IEC 61970）的信息交互。從終端到輸電系統的無縫、安全的信息交流，以及新能源接入比例的提高，將為未來的電網建設提供有力的支撐。電力系統中，電力企業的各個關鍵環節都會受電力系統的運行狀態的影響。隨著通信、數據管理以及信息安全等國際標準要求的不斷提高，主動式配電網調度系統對數據傳輸的要求也越來越高。面向服務架構的新能源管理系統，以國際電工委員會（International Electrical Commission，IEC）的公共信息模型（Common Information Model，CIM）規范為基礎，通過Web 服務總線解決方案，實現通信標準化，利用各項創新技術和通信技術，進一步完善主動式配電網調度系統。

4 結 論

文章分析了主動式配電網調度系統的關鍵功能設計，有利于搭建系統結構，優化配電網系統功能，可以保證配電網高效傳輸電能，實現節能發展的目標。通過落實多電源系統，可以提高地區輸配電能力，保障整個電網運行的穩定性和可靠性。