基于分布式電源群調群控技術的配網調節控制方案設計

蔡方明，金欣晨，楊 燕，陳 旭

（國網江西省供電公司南昌供電分公司，江西 南昌 330006）

0 引言

近年來分布式電源得到了大力發展，逐漸成為配網的重要組成部分，然而分布式電源對于配網的安全穩定運行帶來了諸多影響。文獻[1-2]在傳統保護的基礎上，通過改變傳統電流保護策略，以解決配網中各支路的電流由于分布式電源的接入而導致的原有保護誤動或靈敏度下降問題。文獻[3]基于中壓配網輻射狀結構，分析總結了分布式電源不同并網參數對配網系統網損以及電壓分布的影響規律。由于分布式電源滲透性的日益增強，引發配網故障定位的難度，一方面可以通過故障計算的手段[4]，形成故障分析保護策略。另一方則通過一種改進的鴿群故障定位算法[5]，有效提高了分布式電源配網故障定位的效率。此外，大量分布式電源的接入同樣給配網帶來了新的挑戰，如潮流越限、有功調節等問題。為了解決這些問題，本文提出了一種基于分布式電源群調群控技術的調節控制策略，旨在實現分布式電源的可視、可控的調節控制，以實現配網的安全穩定運行。

1 面臨的挑戰

可調可控需求：隨著可再生能源的快速發展，分布式電源的接入規模不斷增長。然而，傳統配網往往無法有效管理大規模的分布式電源接入，使得配網面臨對分布式電源進行精細化調節的需求，包括輸出功率、無功功率和電壓等參數的調節，以適應配網負載的變化和提高供電質量。

潮流越限：由于分布式電源群的接入，配網系統中潮流分布變得復雜。當出現潮流超過額定范圍時，可能導致設備過載、線損增加，甚至影響配網運行的穩定性。

有功調節：配網中大量的分布式電源接入會帶來有功功率的波動和不確定性，有功調節用于平衡系統的有功功率；然而，由于分布式電源群數量龐大且分布廣泛，有功調節涉及到大規模的協同控制問題，包括保持電網的供需平衡，確保穩定的電壓和頻率。

針對上述問題，須形成一種分布式電源群調群控技術的配網調節控制策略，在考慮與傳統配電系統兼容性的前提下，以實現對分布式電源的精細化調節和全局協同控制，從而確保配網的安全穩定運行。

2 解決方案

分布式電源群調群控技術類屬于一種分布式電源的集中控制和自治協同的調節控制手段。通過將分布式電源組織成群，實現對群內分布式電源的集中控制，同時允許各個分布式電源在一定范圍內進行自治協同，以實現配網的調節和控制。

分布式電源群調群控技術通過集中控制和自治協同的方式，實現了對分布式電源的精細化調節和全局協同控制，具有較高的可調控、自治協同、故障處置等主要優勢。

2.1 解決原理

分布式電源群調群控技術采用了省、地、用三級主站控制架構，即在配網中設置省級主站、地級主站和用戶級主站，如圖1所示。省級主站負責整體規劃和全局控制，地級主站負責區域調度與分布式電源群控制，用戶級主站負責用戶側的需求響應與協同。這種架構能夠實現層級化管理，將控制從上到下進行，并適應不同層次的調控需求。為了實現對分布式電源群的集中調控，設計對應的分布式電源群調群控模塊，通過與各個分布式電源的通信接口進行交流，獲取分布式電源的運行狀態和參數，并向其發送調控指令，最終完成對分布式電源的集中調節和控制。

圖1 調控層級架構

通過架構與模塊結合的方式，有效管理和調控分布式電源群，從而提升配網的可調性和可控性。同時，它也能夠確保分布式電源群在配電網中的穩定運行，解決了因分布式電源接入而引起的潮流越限問題。

2.2 主要優勢

可調控：分布式電源具備可調控性，可根據系統需求進行靈活調節，有效應對配網負荷變化和電網波動，提高系統性能與供電質量。

自治協同：分布式電源群調群控技術允許分布式電源在一定范圍內進行自治協同。每個分布式電源可以根據自身情況（通過實時發電情況和儲能水平，判斷是否須進行發電或儲能操作。如果發電能力或儲能容量較高，可以主動將多余的電能注入到配網中；反之，可向其他分布式電源請求電能。此外，可依據負荷需求和電力市場價格等因素，靈活調整自身運行狀態與其他分布式電源進行協同。）和局部調控要求做出響應的調節決策，同時為了實現與其他分布式電源協同，分布式電源之間需要進行信息交流和協調，利用智能設備并配合必要的通信手段，建立分布式電源間的通信網絡，實現發電能力、儲能水平、負荷需求等信息數據的傳遞與共享。在協同過程中，分布式電源可以通過集體決策、協作，實現整體性的配網調控。例如，當某個地區的負荷需求較高時，分布式電源可以相互協調，將多余的發電能力集中供給該地區，以滿足需求；或者在某個分布式電源發生故障時，其他分布式電源可以共同承擔相應的負荷，保證電網的穩定運行。

高效可靠：通過集中控制和自治協同相結合的方式，兼顧調控的高效性和可靠性。集中控制可以確保全局調控的準確性和一致性，而自治協同則提高了系統的容錯能力和穩定性。

2.3 主要應用

分布式電源群調群控技術作為一種集中控制和自治協同的調節控制手段，為分布式電源的管理和調控提供了全新的解決方案，其應用前景十分廣闊。主要體現在故障處置、全局協同以及節能減排等方面。對于故障處置方面，通過與分布式電源通信接口的匹配實現信息互通，實時監測分布式電源的運行狀態和參數。在發生故障時，系統可以快速定位故障點，通過省級主站和地級主站的整體規劃和全局控制，迅速識別受影響的區域和分布式電源群，為故障處置提供有力支持。同時，可以通過協同控制實現負荷的智能轉移，使其他正常運行的分布式電源群承擔額外的負荷。

此外，各個分布式電源也可以根據自身情況和局部調控要求做出響應的調節決策。這種自主故障響應機制使得系統在進行故障隔離時更加靈活，能夠減小受影響的區域范圍，提高整個系統的容錯能力。

3 調控策略

基于分布式電源群調群控技術，對目標區域進行分層分區優化，以確定所選整體區域能夠以一種區域化的方式進行調控。在保證調控準確性的同時應該盡量避免目標區域越限導致調控失敗的情況發生，實現一種范圍內分布式電源的精準調控，從而提高電網用電的可靠性。

調控策略可由4個模塊原型共同實現，即層級聚類、狀態更新、監測控制以及電源群控。（1）層級聚類模塊利用分布式電源的電源信息對目標區域進行分層聚類，形成層級化結構。通過K-means算法完成對目標區域的多標準聚類，獲得多層次嵌套結構，方便分布式電源大面積群控時目標的確定。（2）狀態更新模塊實時捕獲目標區域內分布式電源的動態信息，根據已有信息實時更新局部區域的數據。這樣做有助于監測和更新目標區域分布式電源的實時信息，提高調控的準確性和實用性。（3）監測控制模塊在獲得控制信號后，根據對控制信號的解析結果，結合層級化結構，確定若干目標控制區域，完成待調控區域的分解，以確定若干目標控制網格為一個整體進行調控。在保證了調控的準確性的同時在提高分布式電源大面積調控效率，避免區域過大導致部分調控失誤的問題。（4）電源群控模塊獲取目標控制區域對應的實時信息，核驗并確認目標電源。通過對目標電源的同步調控，確保實現目標控制網格內的精準調控。在實際調控前，該模塊對涉及的分布式電源特征進行核驗，為調控目標提供保障，實現對分布式電源的精準調控和管理。

分布式電源群調群控策略流程圖，如圖2所示。

圖2 群調群控策略流程圖

具體的步驟如下：

步驟1：獲取目標區域內的分布式電源信息，并根據電源屬性和相似性進行層級化分層聚類。通過使用聚類算法將分布式電源劃分為不同的層級（這里分類的依據主要根據接入的電壓等級、發電設備類型以及控制性質），以支持后續的調控操作。

步驟2：實時獲取目標區域內分布式電源的動態信息，并動態更新對應區域的實時數據。動態信息包括實時功率輸出、連接狀態和負載等。通過實時監測和更新，可以準確了解每個區域的當前狀態，為后續調控決策提供依據。

步驟3：解析實時控制信號并確定目標控制區域。控制信號通常來自電網系統或上層調度系統，用于指示分布式電源的調控行為。通過協議解析和數據處理技術，解析控制信號的內容和目標區域。結合層級化區域的信息，確定需要進行調控的目標控制區域。

步驟4：獲取并驗證目標控制區域的實時信息。通過電源群控模塊，獲取目標控制區域內的分布式電源實時數據，并進行驗證。這樣可以確保所選目標電源滿足調控要求，并為后續的同步調控做好準備。

步驟5：對目標電源進行同步調控。在實際的調控操作中，對目標控制區域內的分布式電源進行同步調控，包括功率調整和負載均衡等。通過同步調控實現目標控制區域內分布式電源的協調運行，提高調控的準確性和穩定性，便于完成分布式電源進行合理的潮流分配與平抑波動的目標。

4 結束語

本文提出了基于分布式電源群調群控技術的調節控制方案，旨在解決分布式電源接入配網遭遇的潮流越限、有功調節等問題。該方案利用分布式電源的可調控性優勢，實現了配網接入分布式電源的全局控制與就地自治協同，為電網的安全穩定運行提供了支撐。對于未來的研究進程，可通過優化調控策略以適應不斷演化的配網需求。