淺析做好主動(dòng)配電網(wǎng)分布式能源分區(qū)消納實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制的重要性

韓照亞 王凱

[摘 要]目前，大多數(shù)電網(wǎng)都是傳統(tǒng)模式，電網(wǎng)能控制的區(qū)域相對較集中，控制模式單一，而未來的電網(wǎng)發(fā)展模式是控制區(qū)域廣，模式多樣化，屬于分布式能源。分布式能源具有高滲透性的特點(diǎn)，有效拓寬了分布式能源的應(yīng)用規(guī)模。基于此，本文首先分析了傳統(tǒng)配電網(wǎng)與主動(dòng)配電網(wǎng)的優(yōu)劣，進(jìn)而分析了主動(dòng)配電網(wǎng)分布式能源分區(qū)消納實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制的重要性，最后提出了主動(dòng)配電網(wǎng)分布式能源分區(qū)消納實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化措施。

[關(guān)鍵詞]主動(dòng)配電網(wǎng)；分布式能源；分區(qū)消納；協(xié)調(diào)控制

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.02.035

[中圖分類號]TM921.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號]1673-0194（2019）02-00-02

1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)與主動(dòng)配電網(wǎng)的對比

隨著電力體制逐漸改革，對于配電網(wǎng)需要考慮的因素也越來越多，主要是可再生資源的消納能力不足、系統(tǒng)非凸非線性特性增強(qiáng)、配電網(wǎng)技術(shù)水平較低和創(chuàng)新能力較弱等難題，迫切需要找到新的配電網(wǎng)方式，能夠讓配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)區(qū)域最優(yōu)的協(xié)調(diào)，從而在多次的實(shí)踐中出現(xiàn)了比傳統(tǒng)配電網(wǎng)更具有優(yōu)勢的主動(dòng)配電網(wǎng)。主動(dòng)配電網(wǎng)能夠降低運(yùn)行成本、提高供電水平、減少污染、提高分部分能源的消納能力、提升經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而有利于帶到區(qū)域之間的最優(yōu)化協(xié)調(diào)。

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前的配電模式，因?yàn)閭鹘y(tǒng)配電網(wǎng)的優(yōu)勢已經(jīng)不足以滿足當(dāng)前對配電的要求了。傳統(tǒng)配電網(wǎng)的控制變量與約束條件都有較大的弊端，比如傳統(tǒng)配電儲(chǔ)存裝置的負(fù)荷較低，無法滿足一個(gè)區(qū)域的用電量，如果超過負(fù)荷的電量，就會(huì)導(dǎo)致人們的生活或工作受到影響，也會(huì)讓存儲(chǔ)裝置長期處于高運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。長久以往，存儲(chǔ)裝置就會(huì)受到損害。同時(shí)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)也會(huì)給人們的生活和工作帶來不便，一個(gè)區(qū)域里又分為多個(gè)區(qū)域，當(dāng)一個(gè)區(qū)域需要進(jìn)行用電調(diào)整的時(shí)候，因?yàn)槁?lián)絡(luò)開關(guān)是相連的，所以也會(huì)導(dǎo)致其他區(qū)域的用電網(wǎng)絡(luò)受到影響，造成了極大的不便。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在配電網(wǎng)的技術(shù)中也有一些重要的突破，但大部分還是有一定的局限性。加上相關(guān)的人才較少，對于已有的高技術(shù)人才沒有進(jìn)行有計(jì)劃、有目的的培訓(xùn)。在設(shè)置配電網(wǎng)時(shí)，習(xí)慣套用已有的模式，沒有去創(chuàng)新，打破原有的結(jié)構(gòu)，真正敢于創(chuàng)新的高技術(shù)人才較少，但配電網(wǎng)還是在不斷發(fā)展，并取得了一些成就。

與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，主動(dòng)配電網(wǎng)就要實(shí)用很多，不僅彌補(bǔ)了傳統(tǒng)配電網(wǎng)的弱項(xiàng)，還在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化。主動(dòng)配電分布式能源是一個(gè)綜合控制的分布式能源的配電網(wǎng)，巧妙運(yùn)用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高了配電網(wǎng)工作的科學(xué)性，能夠?qū)ε潆娺^程進(jìn)行有效管理。主動(dòng)配電網(wǎng)可以精確計(jì)算出各個(gè)區(qū)域的交換功率與饋線出口功率。主動(dòng)配電網(wǎng)的優(yōu)化升級主要考慮常規(guī)的電壓、潮流約束，還要考慮源出力約束、儲(chǔ)能充放電循環(huán)約束、配網(wǎng)輻射狀約束等多種約束，確保主動(dòng)配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。分布式能源優(yōu)化比集中式能源優(yōu)化的優(yōu)越之處在于能有效降低有功網(wǎng)絡(luò)的損傷和運(yùn)行成本，更具有合理性。分布式可以對不同的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)考慮，使計(jì)算結(jié)果更加接近，可以考慮不同利益主體的綜合目標(biāo)，解決各區(qū)域之間的沖突，使資源實(shí)現(xiàn)合理配置。

2 主動(dòng)配電網(wǎng)分布式能源分區(qū)消納實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制的重要性

主動(dòng)配電網(wǎng)會(huì)為每一個(gè)配電區(qū)域設(shè)置一個(gè)區(qū)域控制器，區(qū)域控制器包括了配電信息。每一個(gè)區(qū)域都有很多開關(guān)，區(qū)域控制器就是要檢測這些開關(guān)的情況，確保配電能及時(shí)配置。主動(dòng)配電網(wǎng)有很多開關(guān)可以調(diào)節(jié)各個(gè)區(qū)域的配電量以及配電時(shí)長，有效提高了配電的適應(yīng)性和靈活性。主動(dòng)配電網(wǎng)的主要優(yōu)勢是讓各個(gè)區(qū)域協(xié)調(diào)運(yùn)行，各區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃矛盾和利益主體之間追求優(yōu)化目標(biāo)一致，通過全局的優(yōu)化配置，細(xì)化到局部的優(yōu)化配置，最終達(dá)到兼顧全局與局部的最優(yōu)化配置。

2.1 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

分布式能源是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展的主要配置，分布式能源配置主要有光伏、電池儲(chǔ)能、微型燃?xì)廨啓C(jī)等，其中光伏和風(fēng)機(jī)是可再生能源，可以長久使用，電網(wǎng)對光伏和風(fēng)機(jī)都可以進(jìn)行完全的分區(qū)消納。在不頻繁改變放電狀態(tài)的情況下，電池儲(chǔ)能量較大，若不考慮微型燃?xì)廨啓C(jī)的效率問題，發(fā)電的單價(jià)較低，這些都為主動(dòng)配電增加了使用價(jià)值。由于區(qū)域內(nèi)的分布式能源會(huì)在分布功率的時(shí)候發(fā)生偏差，在配置設(shè)計(jì)之前用局部拓?fù)涞闹绷鞒绷魉惴ǎ?jì)算出區(qū)域最優(yōu)的解決辦法，確保控制區(qū)域與外界區(qū)域電網(wǎng)交換時(shí)的功率平衡，所以要與固定功率的電源點(diǎn)或負(fù)荷相等，確保區(qū)域電網(wǎng)與外界電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)交流。主動(dòng)配電網(wǎng)的區(qū)域可以不用考慮可再生資源的問題，只用考慮局部經(jīng)濟(jì)的發(fā)展目標(biāo)，就會(huì)把整個(gè)主動(dòng)電網(wǎng)分布式能源配置做到最優(yōu)化。

2.2 主動(dòng)配電網(wǎng)的全局優(yōu)化

要想得到較少的配電網(wǎng)損失、較低的運(yùn)行成本、最大化的經(jīng)濟(jì)效益，就需要對主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行全局優(yōu)化。如果沒有一個(gè)全局優(yōu)化的系統(tǒng)，就會(huì)增加投資、運(yùn)行、維護(hù)的成本，從而導(dǎo)致售電成本增加，節(jié)能減排的效果較差。如何選擇一個(gè)最優(yōu)化的方法，最好的選擇是快速非支配排序遺傳算法，該算法主要針對雙層優(yōu)化模型，能夠化解多個(gè)函數(shù)算法之間的矛盾，從而選擇最優(yōu)的算法以得到最大的經(jīng)濟(jì)效益。此外，還可以選擇離散遺傳算子對算法，在連續(xù)空間和離散空間中找到消納能力最強(qiáng)的可再生資源，以協(xié)調(diào)各個(gè)區(qū)域之間的沖突，實(shí)現(xiàn)全局引導(dǎo)局部、局部有機(jī)組成全局的目標(biāo)。

3 主動(dòng)配電網(wǎng)分布式能源分區(qū)消納實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制的優(yōu)化措施

3.1 使用可再生資源與政策支持

在主動(dòng)配電網(wǎng)絡(luò)中，可以使用可再生資源，在解決由于資源枯竭導(dǎo)致配電網(wǎng)無法運(yùn)行的問題時(shí)，還能在一定程度上減少環(huán)境污染。在配電中光伏和風(fēng)力都是可再生資源，光力與風(fēng)力可以無限使用，從而也降低了配電裝置的成本。使用再生資源就需要對模型進(jìn)行優(yōu)化，首先要建立每個(gè)時(shí)段的電壓偏差，向上級電網(wǎng)輸送功率最小的目標(biāo)函數(shù)的有功—無功綜合優(yōu)化模型。還有兩個(gè)方式是運(yùn)用蜂群算法求解模型和應(yīng)多目標(biāo)粒子群算法，都可以在控制電壓偏差的同時(shí)降低成本，減少污染物的排放量。

為了促進(jìn)配電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，國家應(yīng)該進(jìn)行電力體制改革，讓符合條件的配電投資業(yè)務(wù)企業(yè)率先進(jìn)入配電網(wǎng)行業(yè)，大力鼓勵(lì)社會(huì)資本投資、運(yùn)營配電網(wǎng)。在運(yùn)營配電網(wǎng)時(shí)，如果發(fā)生多個(gè)區(qū)域互相干擾的問題，可采用多代理技術(shù)，通過復(fù)制邊界節(jié)點(diǎn)，讓各個(gè)區(qū)域互相獨(dú)立且保持聯(lián)系，各個(gè)區(qū)域不用交換內(nèi)部變量就可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域之間的調(diào)度工作，從而能夠保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，提高了配電的效率，減少了操作的步驟。

3.2 優(yōu)化控制方式

在主動(dòng)配電網(wǎng)分布式能源分區(qū)消納實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制中，可以使用集中式、分散式、混合分層式等方式。3種方式各有優(yōu)勢與局限，在使用過程中應(yīng)揚(yáng)長避短，合理利用這幾種控制方式。集中式再通過控制各DG分配有功無功協(xié)調(diào)配電網(wǎng)，保證電壓和頻率處于合理范圍內(nèi)，再協(xié)調(diào)DG和并聯(lián)電容器等設(shè)備，提高穩(wěn)定性。但是，集中式也有自身的局限性，比如需要使用的設(shè)備價(jià)格較高，可控性較差，信息量大，分析數(shù)據(jù)較困難等局限。分散式的優(yōu)點(diǎn)在于可以讓不同區(qū)域之間以最少的信息交流達(dá)到最快的運(yùn)行速度，但容易導(dǎo)致參數(shù)對算法收斂性較高，使信息數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。混合分層式集中了集中式和分散式的優(yōu)點(diǎn)，使個(gè)部分各司其職，但容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)分析不及時(shí)而出現(xiàn)誤差。

3.3 考慮多方面的因素

基于多代理技術(shù)的方法，可以考慮分布式能源的選址與定容之間的協(xié)調(diào)優(yōu)化。在考量已有的電網(wǎng)和增量配電網(wǎng)的模式下，考慮用戶方面，可以嘗試建立“源-網(wǎng)-荷”三方協(xié)調(diào)的優(yōu)化模型，使資源得到最大化利用。在考慮光伏與電力是可再生資源的時(shí)候，沒有考慮到它們的隨機(jī)性，就單靠預(yù)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)得到的數(shù)據(jù)和狀態(tài)存在偏差，而無法了解真實(shí)的情況。在此問題上，需要協(xié)調(diào)考慮多方面的因素。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，可以充分利用智能算法，能較快地解決非凸非線性問題，方便調(diào)試與改進(jìn)；在信息量較大時(shí)，可以將智能算法與現(xiàn)成求解器兩種方法結(jié)合起來，尋找解決問題的最佳方法。

4 結(jié) 語

近年來，配電網(wǎng)中分布式能源的使用率越來越高，國家的電改體制不斷完善。配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和功能越來越完善，分布式能源實(shí)現(xiàn)了區(qū)域配電的協(xié)調(diào)優(yōu)化。主動(dòng)配電網(wǎng)分布式能源分區(qū)消納實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制在新形勢下越來越彰顯出重要性。雖然配電網(wǎng)取得了一定的成就，但還需要積極探索，采用創(chuàng)新的模式，避免套用過時(shí)的模式，詳細(xì)周到地考慮到方方面面的因素，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)分布式能源消納實(shí)時(shí)監(jiān)控的最優(yōu)化。

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