東南大學(xué)科研人員提出面向高彈性配電網(wǎng)的雙層分布式優(yōu)化調(diào)度方法

能源互聯(lián)背景下，以儲(chǔ)能、需求響應(yīng)、分布式發(fā)電（DG）等為代表的多元融合資源將深度參與電網(wǎng)運(yùn)行。配電網(wǎng)作為局部地區(qū)多類分布式資源的整合者，需要通過(guò)有效的手段，對(duì)包括DG、儲(chǔ)能、可控負(fù)荷等多元融合的分布式資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，提高配電網(wǎng)的彈性。東南大學(xué)電氣工程學(xué)院、國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司的研究人員倪萌、王蓓蓓、朱紅、劉少君，在2022年第1期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，針對(duì)多元分布式資源接入后，集中式調(diào)度策略下的配電網(wǎng)將面臨的各類問(wèn)題，結(jié)合多元分布式資源的特性，建立了面向高彈性配電網(wǎng)的兩層分布式協(xié)調(diào)調(diào)度模型。

       近年來(lái)，各國(guó)不斷出臺(tái)有關(guān)政策，以鼓勵(lì)并規(guī)范分布式可再生能源的開(kāi)發(fā)與利用。美國(guó)加州最先推行了可再生能源配額制，由此，風(fēng)電和光伏發(fā)電從2000年5%左右的總裝機(jī)占比，逐步增加到2010年的8%，再到現(xiàn)如今的30%。

     中國(guó)國(guó)家能源局在關(guān)于可再生能源發(fā)展的“十三五”規(guī)劃指導(dǎo)意見(jiàn)中鼓勵(lì)市場(chǎng)主體自主建設(shè)分布式發(fā)電項(xiàng)目，各個(gè)省份紛紛響應(yīng)，其中，浙江省發(fā)改委發(fā)布的能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃中明確了未來(lái)將建成分布式發(fā)電（Distributed Generation, DG）和光伏發(fā)電600萬(wàn)kW，家庭屋頂光伏100萬(wàn)戶。然而，分布式新能源發(fā)電在清潔環(huán)保的同時(shí)，還具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和可變性等特征，因此，較高的新能源滲透率可能會(huì)給電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、電壓質(zhì)量等各方面帶來(lái)挑戰(zhàn)。為解決分布式發(fā)電帶來(lái)的上述問(wèn)題，能源互聯(lián)網(wǎng)可通過(guò)物理層和信息層的互動(dòng)，提高電網(wǎng)對(duì)于各種擾動(dòng)的響應(yīng)能力。作為局部地區(qū)的分布式資源整合者，配電網(wǎng)需要通過(guò)有效的調(diào)控架構(gòu)和調(diào)控策略對(duì)儲(chǔ)能、需求響應(yīng)、分布式發(fā)電等為代表的多元分布式資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，從而在保證安全性、經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，提高配電網(wǎng)運(yùn)行彈性，支持高比例分布式新能源的接入。

      當(dāng)前配電網(wǎng)的主要調(diào)控架構(gòu)包括集中式調(diào)控架構(gòu)和分層調(diào)控架構(gòu)。集中式調(diào)控架構(gòu)是基于一個(gè)控制中心（全局控制中心），對(duì)多節(jié)點(diǎn)的分布式資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，是當(dāng)前配電網(wǎng)采用的主要調(diào)度架構(gòu)。有學(xué)者針對(duì)配電網(wǎng)中高滲透率光伏問(wèn)題，提出一種電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與配電網(wǎng)集中式調(diào)度的控制策略。有學(xué)者通過(guò)集中優(yōu)化與調(diào)度可控負(fù)荷資源實(shí)現(xiàn)新能源消納和削減峰值負(fù)荷的目標(biāo)。有學(xué)者考慮了多種分布式資源的接入，包括儲(chǔ)能和柔性負(fù)荷資源，并建立集中式聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型，通過(guò)算例驗(yàn)證了模型的可行性。上述研究均利用集中式調(diào)控架構(gòu)，控制思路簡(jiǎn)單，但考慮到高彈性多元融合配電網(wǎng)的建設(shè)需求，上述集中式調(diào)度架構(gòu)存在如下兩個(gè)問(wèn)題：①多元融合配電網(wǎng)中資源繁多，全局控制中心下控制負(fù)荷數(shù)量多，需要發(fā)出大量控制指令，計(jì)算量大，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，從工程實(shí)際考慮，無(wú)法實(shí)時(shí)給出調(diào)度指令；②考慮到全局調(diào)度中心在進(jìn)行控制指令下達(dá)和本地信號(hào)上傳過(guò)程中存在傳輸延遲，實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)調(diào)度指令無(wú)法即時(shí)到達(dá)各個(gè)本地節(jié)點(diǎn)。

針對(duì)集中式調(diào)度模式的問(wèn)題，目前已有文章指出可以通過(guò)建立分布式的分層調(diào)度架構(gòu)以應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題，該控制架構(gòu)下，各個(gè)本地優(yōu)化中心被賦予一定的自主優(yōu)化權(quán)限，全局控制中心被給予更長(zhǎng)的緩沖時(shí)間進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)段的優(yōu)化調(diào)度，不需要給出實(shí)時(shí)指令。

      然而，由于當(dāng)前文獻(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)中各類分布式資源的特性分析不足，模型構(gòu)建較為簡(jiǎn)單，實(shí)際中執(zhí)行此類優(yōu)化調(diào)度結(jié)果較為困難?？紤]到工程實(shí)際，現(xiàn)有文獻(xiàn)沒(méi)有更好地考慮全局控制中心和本地控制中心對(duì)于不可控負(fù)荷和多種分布式資源信息的掌握程度及預(yù)測(cè)精度的不同，以上問(wèn)題可能會(huì)給調(diào)控的精確性帶來(lái)影響。此外，當(dāng)前文獻(xiàn)中的分布式優(yōu)化主要考慮了配電網(wǎng)的整體利益，并未兼顧配電網(wǎng)下本地資源擁有者的收益，例如保證儲(chǔ)能資源擁有者的收益盡可能增大。針對(duì)以上問(wèn)題，東南大學(xué)電氣工程學(xué)院、國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司的研究人員建立了面向高彈性的多元融合配電網(wǎng)雙層分布式優(yōu)化調(diào)度模型，協(xié)調(diào)全局控制中心和本地控制中心的控制策略，對(duì)儲(chǔ)能及可控負(fù)荷資源進(jìn)行合理優(yōu)化調(diào)度。

圖1 全局中心與本地中心協(xié)同控制架構(gòu)

     該雙層分布式框架對(duì)多元融合配電網(wǎng)中的儲(chǔ)能和需求側(cè)資源的控制更為精確，上層的負(fù)荷預(yù)測(cè)誤差由下層來(lái)協(xié)調(diào)，節(jié)約了購(gòu)電成本，增加了配電網(wǎng)對(duì)于分布式新能源的高彈性消納能力。該策略充分考慮了本地節(jié)點(diǎn)的更為精確的負(fù)荷預(yù)測(cè)信息，通過(guò)上、下層的協(xié)調(diào)控制，對(duì)多類分布式資源進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)成本的最小化。研究人員通過(guò)算例分析對(duì)比了傳統(tǒng)集中式調(diào)度策略及雙層分布式調(diào)度結(jié)果，驗(yàn)證了所提模型的可行性，同時(shí)也證明了在該調(diào)控模式下，配電網(wǎng)可以在保證較低成本的同時(shí)，獲得更為平滑的根節(jié)點(diǎn)功率曲線。此外，當(dāng)逐步提高系統(tǒng)新能源滲透率或延長(zhǎng)全局控制中心的優(yōu)化周期時(shí)，該雙層分布式優(yōu)化調(diào)度策略可以利用本地節(jié)點(diǎn)更為精準(zhǔn)的負(fù)荷預(yù)測(cè)信息實(shí)現(xiàn)分布式資源更為精確的優(yōu)化控制，提高了配電網(wǎng)對(duì)于分布式新能源接入的響應(yīng)彈性，以及計(jì)算量更大、對(duì)時(shí)間要求更高的全局控制中心對(duì)于計(jì)算周期的彈性。為了驗(yàn)證雙層分布式模型在更為復(fù)雜的配電網(wǎng)系統(tǒng)下的適用性，研究人員分析了IEEE 69節(jié)點(diǎn)配網(wǎng)系統(tǒng)下，集中式及雙層分布式調(diào)度策略的調(diào)度結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了雙層分布式調(diào)度策略的優(yōu)越性。他們最后指出，目前研究中僅通過(guò)功率因數(shù)來(lái)限制各節(jié)點(diǎn)的無(wú)功功率，后續(xù)研究可以加入無(wú)功功率調(diào)節(jié)手段配合各分布式資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。本課題得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國(guó)網(wǎng)公司科技項(xiàng)目的支持。

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