基于大規模新能源接入的配電網協調控制策略研究

作者簡介：李加亮（1987— ），男，工程師，本科；研究方向：電力系統，新能源承載力和消納能力分析。

摘要：文章分析了新能源接入對配電網的影響，包括電壓波動、功率不平衡、諧波污染等，提出一種基于模型預測控制的優化調度方法。該方法通過滾動優化和反饋校正，實現新能源發電和配電網負荷的實時匹配，降低了配電網的運行成本。對所提出的協調控制策略仿真驗證，結果表明該策略能夠有效地平抑新能源發電的波動，提高配電網的電壓穩定性和供電可靠性。

關鍵詞：大規模；新能源；配電網；控制

中圖分類號：TP393" 文獻標志碼：A

0" 引言

隨著全球能源結構的轉變和可持續發展戰略的深入實施，新能源擁有相應的協調控制策略以提高配電網的運行效率和穩定性［1-2］。本文基于大規模新能源接入的配電網協調控制策略，通過深入分析新能源接入對配電網的影響機理，提出一種有效的協調控制策略，旨在實現新能源發電單元、儲能單元和負荷單元之間的優化協調，提高配電網的供電可靠性和電能質量。同時，本文還將探討新能源接入下的配電網優化調度問題，以期為實現配電網的綠色、智能、高效運行提供理論支撐和實踐指導［3-4］。

1" 新能源接入對配電網的影響

新能源的接入顯著優化了配電網的能源結構。過去，配電網主要依賴化石能源，不僅資源有限，而且環境污染嚴重［5-6］。如今，風能、太陽能等可再生能源的接入，使得配電網的能源來源更加多樣化、清潔化。這不僅有助于緩解能源緊張的局面，更在推動環保事業、實現綠色可持續發展方面發揮積極作用。新能源的接入也給配電網運行帶來一系列挑戰。由于新能源發電具有間歇性和波動性，這使得配電網的供電可靠性和電能質量面臨新的考驗。為應對這些挑戰，配電網需要采用更加先進的運行控制技術，實現對新能源發電的精細化調度和管理。同時，還需要對現有設備與系統完成升級和改造，以提高配電網對新能源的接納能力和運行效率。

2" 協調控制策略的總體設計框架

本文專注于研究一個微電網系統，這個系統由4個分布式能源模塊以及1個負載模塊組成。其中，能源模塊包括存儲模塊、微型渦輪與燃料電池聯合發電模塊、風力渦輪發電模塊和光伏電池發電模塊；負載模塊則由非關鍵和關鍵負荷構成。

為高效協調這一復雜系統的運行，本文設計一種基于多智能體系統（multi-agent system， MAS）的分布式協調控制策略。這一策略的核心在于構建一個高層中心智能體與多個低層單元智能體的架構。低層單元智能體主要承擔各自能源單元的分布式控制任務，它們根據系統需求靈活切換運行模態，從而調整功率輸出并確保運行安全。而高層中心智能體則扮演著全局協調者的角色，負責統籌各單元智能體的模態切換。本文致力于提升系統能源供應的安全與經濟性，通過智能體間的緊密信息溝通，成功實施了一種高效、靈活的分布式協同控制方法。

3" 新能源接入下配電網協調控制策略

對于可再生能源單元，如光伏（Photovoltaic，PV）和風力渦輪機（Wind Turbine，WT），其控制策略是確保它們能夠最大限度地利用自然資源，同時保持與配電網的穩定連接。這些控制策略通常涉及對輸出功率的預測和管理，以響應不斷變化的天氣條件和電力需求。

PPV=PstcGingGstc（1+k（Tc+Tr））Ginggt;C

0Ginglt;C（1）

式中，PPV代表光照Ging時對應輸出功率；Pstc代表標準條件下最大輸出功率；Ging代表入射輻射度；k代表標準輻照度下對應的溫度系數；Tc代表列陣溫度；Tr代表參考溫度25 ℃。

WT單元輸出功率表達式為：

PWT=0Vlt;Vin

a+bV+CV2V≤V≤VR

PRVR≤V≤Vout

0Vgt;Vout（2）

式中，PWT代表輸出功率；V代表風的速度；PR代表WT的額定功率；Vin代表切入風速；VR代表額定轉速；Vout代表切出速度。

系數a﹑b和c的求解表達式為：

a+bVin+cV2in=0（3）

a+bVR+cV2R=PR（4）

光伏（PV）與風力渦輪機（WT）是可再生能源的基礎，輸出功率及運行方式都緊密依賴于自然環境。為追求最大的經濟效益，通常會選擇讓PV和WT發電單元在最大功率點跟蹤（MPPT）模式下運行。但是，安全始終是第一位的。當系統電壓攀升至超過最大安全電壓的1.05倍時，需要將這些發電單元切換至電壓限制（VL）模式。這樣的切換不僅是對設備的保護，更是對整個系統穩定、安全運行的有力保障。通過靈活的模式切換，既能充分發揮可再生能源的經濟效益，又能確保系統的安全可靠，實現經濟效益與安全運行的完美平衡。

基于上述考慮，本文設計PV或WT Agent的運行模態控制策略，并通過如圖1所示直觀地展示。該策略根據實時計算的功率輸出和電壓條件，動態地調整單元的運行模態。同時，通過結合Petri-net模型和單元Agent模態切換控制策略，能夠更加有效地管理PV和WT發電單元的運行狀態，從而提高整個系統的穩定性和經濟效益。

4" 實驗與結果分析

在探討對負載供電的情境中，深入研究基于多智能體系統（MAS）的協調控制策略在微電網中的實際供電性能，主要目的是驗證其在實際應用中的有效性。負荷隨時間變化的曲線如圖2（a）所示，詳細描繪了負載需求的變化情況。如圖2（b）所示則直觀地展示了在此協調控制策略下，各個分布式能源單元的輸出功率情況，體現策略對系統能源分配的精細調控。通過對比分析這2張圖，可以更好地理解該策略在微電網供電過程中的實際作用效果。觀察圖2（b），可以發現在大部分時間內，負載超過可再生能源的發電量，導致PV和WT單元的智能體在正常運行時，均保持在最大功率點跟蹤（MPPT）模態，以確保能源單元能夠高效地產出電能。然而，在特定時刻t=12.75 h，由于系統遭遇瞬時故障，導致大約50%的負載突然丟失。這一突變使得可再生能源的發電量顯著超過剩余的負載需求。為應對這種情況，PV和WT單元的智能體迅速響應，自動切換到低電壓（LV）運行模式，以適應當前的電力供需狀況，確保系統的穩定運行。另外，在15：15—16：20時間段內，可再生能源發電持續超出負載需求，PV單元保持在LV模態，但WT單元則切換回MPPT模態。值得注意的是，在17：00—24：00時間段內，由于光照不足，PV單元的智能體停止工作。蓄電池單元的智能體，除停機模式外，靈活地在放電和充電模態間切換，以應對系統中可能出現的功率不平衡情況。而燃料電池/微型渦輪機（FC/MT）單元的智能體，則多數時間在低成本、高效能的經濟運行模式下，微電網（MG）的電壓性能得到了精細的調控。如圖2（c）所示，在整個仿真過程中，電壓被穩定地控制在0.95標幺值～1.05標幺值，展現出良好的穩定性。即便在負載突然減少50%的極端情況下，電壓波動也始終控制在±5%的安全范圍內。這些實驗數據充分驗證所提出的基于多智能體系統（MAS）的協調控制策略在微電網供電中的高效性和安全性，不僅確保電力的穩定供應，也兼顧經濟運行的考量。

5" 結語

隨著新能源技術的迅猛發展和廣泛應用，大規模新能源接入配電網已成為電力系統轉型的重要趨勢。本文實現了新能源發電單元、儲能單元和負荷單元之間的優化協調。該策略充分考慮新能源的間歇性和" 不確定性，通過預測與控制相結合的方法，實現新能源發電與配電網負荷的實時匹配。同時，儲能技術的應用能有效平抑功率波動，提高配電網的穩定性。此外，分布式能源管理和智能配電網的建設為協調控制策略的實施提供了有力支撐。實際案例分析表明，本文提出的協調控制策略能夠顯著降低配電網的運行成本，提高供電可靠性和電能質量。

參考文獻

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（編輯" 沈" 強）

Research on coordinated control strategy of distribution network based on large scale new energy access

LI Jialiang1， BI Jingbin2

（1.Shandong Zhaocheng Electric Power Technology Co.， Ltd.， Jinan 250002， China;

2.Shandong Luzhong Electric Power Engineering Design Co.， Ltd.， Jinan 250000， China）

Abstract：" This article analyzes the impact of new energy integration on the distribution network， including voltage fluctuations， power imbalance， harmonic pollution， etc. Propose an optimized scheduling method based on model predictive control. This method achieves real-time matching of new energy generation and distribution network load through rolling optimization and feedback correction， reducing the operating cost of the distribution network. Simulate and verify the proposed coordinated control strategy. The results show that this strategy can effectively suppress the fluctuations of new energy generation， improve the voltage stability and power supply reliability of the distribution network.

Key words： large-scale; new energy; distribution network; control