薛 亮，楊 凌

（國網(wǎng)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(qū)通過輸電系統(tǒng)實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)電；其次，中壓區(qū)利用配電系統(tǒng)傳輸電能；最后，低壓區(qū)和電網(wǎng)用戶區(qū)使用電能。配電網(wǎng)的目標是增加可再生能源與熱電廠的聯(lián)合容量，逐漸推廣利用可再生能源，但同時會導致出現(xiàn)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(tǒng)中的業(yè)務模型，從而提高能量利用效率。該業(yè)務模型涵蓋從能源市場到電網(wǎng)客戶的全產(chǎn)業(yè)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?？梢圆扇≡谟脩羲诘馗浇O立分布式發(fā)電設施或者鼓勵用戶購買本地產(chǎn)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(wǎng)穩(wěn)定供電、提升電網(wǎng)運行效率以及優(yōu)化分布式發(fā)電單元調度等具有重要意義。目前，如何實現(xiàn)既能讓用戶享受分布式電源帶來的好處，又不增加配電網(wǎng)企業(yè)的成本壓力，是運營商亟待解決的問題。若在配電網(wǎng)中引入分布式發(fā)電裝置，則必然會引起配電網(wǎng)的電力流動變化[1]。

1 主動式配電網(wǎng)調度系統(tǒng)概述

常規(guī)的配電網(wǎng)是一種有源的電力系統(tǒng)，配售電生產(chǎn)管理系統(tǒng)結構如圖1 所示。引入分布式發(fā)電技術后（分布式發(fā)電構成的配電網(wǎng)絡可以被視為微網(wǎng)絡），含分布式電源的配電網(wǎng)在本質上出現(xiàn)顯著變化。由于配電網(wǎng)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(tǒng)配電網(wǎng)的電壓的變化由有載調壓變壓器（On Load Tap Changer，OLTC）、配電網(wǎng)中設定的穩(wěn)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)設備的使用壽命[2]。

圖1 配售電生產(chǎn)管理系統(tǒng)結構

有源配網(wǎng)調度側重于“源、網(wǎng)、荷、儲”的綜合協(xié)調，采用分布式電源技術，能夠有效控制接入配電網(wǎng)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(wǎng)中的電能，實現(xiàn)無功功率補償，提高配網(wǎng)的運行效率；有效調控配電網(wǎng)各節(jié)點的高電壓和低電壓，從而達到提高配網(wǎng)運行效率的目標。該技術能夠使配電網(wǎng)從傳統(tǒng)的被動式用電網(wǎng)變成主動式配電網(wǎng)。

主動式配電系統(tǒng)中，假設在主變電站設置控制中心，并在配電網(wǎng)中實時監(jiān)測負荷，通過實時調節(jié)變流器分接頭與無功功率，可以提高配電網(wǎng)的智能性，減小電網(wǎng)的電壓波動與功率損耗，同時可以節(jié)約電網(wǎng)運行成本。該配電網(wǎng)絡叫做活動網(wǎng)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(jiān)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(wǎng)調度系統(tǒng)的關鍵功能設計的目標和需求

主動式配電網(wǎng)能夠增強對分布式電源的消納能力，并有效地減少電網(wǎng)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(wǎng)能夠讓終端電能消費者積極地參與電網(wǎng)的最優(yōu)調度，并有效提升電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的設備利用率，進而提升電能利用率。主動式配電網(wǎng)多源協(xié)作優(yōu)化調度是一種基于新一代可再生能源并網(wǎng)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(wǎng)中的多源協(xié)作優(yōu)化調度能夠實時監(jiān)控電網(wǎng)中的分布式能源，從而實現(xiàn)可控負載的最優(yōu)控制。多層次的能源智能協(xié)同優(yōu)化控制，是運用新一代電力系統(tǒng)技術實現(xiàn)能源可再生，并以智能的方法開發(fā)電力系統(tǒng)。主動式配電網(wǎng)利用多個時間尺度上的整體最優(yōu)控制模型，實現(xiàn)協(xié)同控制主動式配電網(wǎng)中的能源。文章以“分層處理、框架控制、目標優(yōu)化”為核心思想，以“多層次供電協(xié)同最優(yōu)控制”為主線，開展面向電力需求的多層次協(xié)同控制與結構控制。

3 主動式配電網(wǎng)調度系統(tǒng)關鍵功能設計

3.1 主動式配電網(wǎng)調度系統(tǒng)算法

配電網(wǎng)絡具有不平衡性，且智能電網(wǎng)不斷增加發(fā)電機和控制變量的數(shù)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(wǎng)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(jù)預定義的功率曲線確定有功功率。發(fā)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(jié)分布式發(fā)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(shù)據(jù)參數(shù)。針對風力渦輪機等不可調度單元，可以根據(jù)功率曲線，在規(guī)范區(qū)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(wǎng)混合仿真調度平臺架構如圖2 所示。

圖2 主動式配電網(wǎng)混合仿真調度平臺架構

主動式配電網(wǎng)調度系統(tǒng)中，通過優(yōu)化分布式過程獲取設置點。系統(tǒng)優(yōu)化過程中，利用分布次梯度法優(yōu)化調度對象，包括分布式電源、微電網(wǎng)以及儲能裝置等，有效調度配電網(wǎng)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(yōu)化過程中，配電網(wǎng)的有功功率和無功功率在各個時間段內會發(fā)生變化，以功率曲線為依據(jù)，跟蹤規(guī)范區(qū)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(jù)主動式配電網(wǎng)調度系統(tǒng)制定相應的管理系統(tǒng)，順利實現(xiàn)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(wǎng)調度系統(tǒng)發(fā)送指令，即使控制中心發(fā)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(wǎng)損耗達到最小。主動式配電網(wǎng)調度系統(tǒng)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(tǒng)計預測誤差，人工設置氣象數(shù)據(jù)和控制參數(shù)。

3.2 系統(tǒng)應用功能分析

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

表1 主動式配電網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)

3.3 實現(xiàn)主動式配電網(wǎng)調度系統(tǒng)

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(fā)展對大規(guī)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(lián)網(wǎng)部署多項分布式服務，同時根據(jù)實際需求擴展該服務。云計算的響應速度非?？?，且維護成本低，可以減少IT 人員配置數(shù)量，降低整體工作成本。主動式配電網(wǎng)調度系統(tǒng)可以綜合利用物聯(lián)網(wǎng)和傳感器完成檢測工作，有效控制每個工作環(huán)節(jié)的能耗，同時節(jié)省硬件消耗量。例如，主動式配電網(wǎng)調度系統(tǒng)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(tǒng)都可以運行，并支持大數(shù)據(jù)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(wǎng)調度系統(tǒng)利用混合式部署方式，可以節(jié)省公共云的成本，且具有可拓展性，可以保障數(shù)據(jù)資源控制效果。與傳統(tǒng)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(qū)相比，該方法可以顯著縮短響應時間。執(zhí)行平臺在部署主動式配電網(wǎng)調度系統(tǒng)功能的過程中，分布式網(wǎng)絡的節(jié)點上需設置任務重調度功能分區(qū)和任務消息，有利于在電力監(jiān)控過程中貫徹執(zhí)行安全防護規(guī)定，同時可以接入上級能源管理系統(tǒng)，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(xù)發(fā)展。

最后，在滿足數(shù)據(jù)一致性和標識一致性的前提下，主動式配電網(wǎng)調度系統(tǒng)實現(xiàn)了基于《配電管理的系統(tǒng)接口》（IEC 61968）和《能量管理系統(tǒng)應用程序接口（EMS-API）》（IEC 61970）的信息交互。從終端到輸電系統(tǒng)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(wǎng)建設提供有力的支撐。電力系統(tǒng)中，電力企業(yè)的各個關鍵環(huán)節(jié)都會受電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)的影響。隨著通信、數(shù)據(jù)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(wǎng)調度系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笠苍絹碓礁?。面向服務架構的新能源管理系統(tǒng)，以國際電工委員會（International Electrical Commission，IEC）的公共信息模型（Common Information Model，CIM）規(guī)范為基礎，通過Web 服務總線解決方案，實現(xiàn)通信標準化，利用各項創(chuàng)新技術和通信技術，進一步完善主動式配電網(wǎng)調度系統(tǒng)。

4 結 論

文章分析了主動式配電網(wǎng)調度系統(tǒng)的關鍵功能設計，有利于搭建系統(tǒng)結構，優(yōu)化配電網(wǎng)系統(tǒng)功能，可以保證配電網(wǎng)高效傳輸電能，實現(xiàn)節(jié)能發(fā)展的目標。通過落實多電源系統(tǒng)，可以提高地區(qū)輸配電能力，保障整個電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。