原文發表在《電力工程技術》2017年第36卷第4期，歡迎品讀

黃素娟，張曉青，孫保華，等. 主動配電網協調控制系統設計及應用[J]. 電力工程技術, 2017, 36(4): 127-132.

HUANG Sujuan, ZHANG Xiaoqing, SUN Baohua, al, et. Design and Application of Coordinated Control System in Active Distribution Network[J]. Electric Power Engineering Technology, 2017, 36(4): 127-132

主動配電網協調控制系統設計及應用

黃素娟，張曉青，孫保華，等

1. 研究背景

隨著分布式電源在配電網中的滲透率不斷上升，傳統配電網結構和形態發生改變。可再生新能源的接入加劇了系統的隨機性和波動性，使得配電網傳統的優化調度方式已無法滿足大規模分布式電源接入的現實需求。主動配電網是實現對大量接入配電網的分布式電源進行主動管理的有效解決方案。目前，國內外正在開展相關技術的研究，我國也已將主動配電網作為國家高技術研究發展計劃的研究方向。對主動配電網協調控制研究大多停留在理論分析及仿真上，本文從主動配電網的特性出發，綜合考慮分布式電源、配電網、儲能、柔性負荷等多種可調可控資源，提出一種主動配電網協調控制系統，用于配電網正常運行狀態下的網-源-荷協調優化調度。

2. 軟件架構設計

主動配電網協調控制系統以中壓配電網、分布式電源、分布式儲能、電動汽車、柔性負荷等為管控對象，在配電自動化全覆蓋的基礎上，融合EMS、PMS/GIS、營銷、負控、用采等外部系統數據，構建從分布式電源到柔性負荷的協調控制系統，實現主動配電網的全景全量協同管理。系統軟件結構包括操作系統層、應用支撐層和高級應用層。 其中操作系統層和應用支撐層是基于配電自動化系統軟件平臺搭建的統一平臺；應用層包含3個部分，分別是網源荷特性分析、主動配電網態勢感知、網源荷協調控制。作為輔助調度人員進行配電網協調調控的支持系統，系統功能的設置面向實際的業務需求，進而實現主動配電網的安全可靠運行。主動配電網協調控制系統的軟件結構如圖1所示。

圖1 主動配電網協調控制系統軟件結構圖

系統間的信息交互通過遵循IEC 61968/61970國際標準的信息交互總線實現，保證接口的統一性和標準化。主動配電協調控制系統利用信息交互總線從以下各系統獲取數據信息的內容。(1)EMS系統：變電站圖形、模型、實時數據信息；(2)DMS系統：配網實時、歷史數據；(3)PMS/GIS系統：10kV配網圖形、模型信息；(4)用電采集系統：10kV配變（含專變）運行信息、可調負荷運行信息；(5)營銷系統：專變模型、可調負荷模型、充電樁模型和運行信息；(6)分布式能源監控系統：分布式電源模型、分布式電源運行信息。

3. 功能設計

3.1 網源荷特性分析

(1)分布式電源特性分析。分布式光伏：分析分布式光伏的出力特性，分析不同時間段、不同天氣類型光伏出力變化率的分布特性分析光伏并網點電壓與光伏出力的關聯特性等。分布式風機：分析一段時期內的出力曲線，分析風速對風機出力水平的影響，分析統計風機所在位置風資源的時間分布特性，分析風機出力變化率的特性分布，分析并網點電壓與風機出力的關聯特性，風機類型及安裝方式對出力分布和出力變化率的影響等。

(2)分布式儲能特性分析。根據分布式儲能的充放電特性，分析電網各種情況下儲能系統的應急響應能力和負荷支撐能力，根據儲能歷史充放電樣本數據，分析不同類型、容量的儲能充放電轉換效率。 包括分析儲能充放電特性曲線，儲能充放電經濟性分析，分析儲能對于平抑分布式電源出力波動的影響等。

(3)配電網調節特性分析。在充分考慮分布式發電間歇性和波動性特征的基礎上，分析影響配電網消納分布式電源能力的各個因素；分析節點電壓限制和支路電流過載風險對分布式能源接納能力的影響；分析配電網在某確定的計劃方式下的供電能力和最多能接入的分布式發電的容量，為分布式發電的接入和協調控制提供參考依據。

(4)柔性負荷特性分析。柔性負荷特性分析主要是指可調控的負荷特性分析，掌握各種柔性負荷的運行特性，為負荷的調度提供依據。具體包括負荷中剛性部分與柔性部分所占比重分析，不同類型負荷的用電特性分析，不同負荷對于電價等激勵的敏感度分析，不同時間尺度下負荷調節范圍及其成本差異分析等。

3.2 運行態勢感知

配電網運行態勢感知通過對接入配網的各類數據進行融合分析，應用態勢感知的先進技術，準確分析出配電網的狀態及變化趨勢等。配電網運行態勢感知主要包括多源信息融合、饋線級負荷預測、分布式電源功率預測、主動配電網風險分析、電網狀態評估、含分布式電源的潮流分析等。

(1)多源信息融合。多源信息融合應用數據挖掘、聚類分析等理論，對多時間尺度的多源測量信息進行清洗、分類、聚合，剔除錯誤數據，并進行信息融合。 多源數據在滿足合理性校驗后按照人工定義的優先級存放，經判斷后將最優數據放入數據庫中，為主動配電網協調控制系統的各個應用功能提供數據支撐。

(2)饋線級負荷預測。通過分析挖掘歷史饋線負荷數據資料，分析用電負荷的變化特性規律，提取出影響饋線負荷變化量的相關因素，分析在不同因素影響下負荷特性的變化情況，包括負荷類型、天氣情況、日期類型、不同類型負荷比例等。 建立饋線負荷預測模型，實現饋線負荷的預測。

(3)分布式電源功率預測。根據實時氣象數據、數值天氣預報數據以及光伏電站、風電場的實時運行數據，結合歷史數據，建立光伏、風機等分布式電源發電預測的模型，對分布式電源短期和超短期的輸出功率進行預測。

(4)主動配電網風險分析。根據分布式電源的出力特點，分析分布式電源接入對配電網影響，結合電力系統風險分析的基本原理，對于節點過電壓和設備過負荷進行風險指標計算，為主動配電網安全穩定運行提供決策依據。

3.3 網源荷協調控制

協調控制的核心在于將主動配電網存在的各類可調可控資源有效充分地利用起來，實現下級到上級的可調度容量和以及反饋信號的提交，上級到下級的控制策略和目標曲線的下發、控制策略的評估等功能。具體包括可調度容量分析、網-源-荷協調控制、策略評估等。(1)可調度容量分析。可調度容量分析指在主動配電網分層控制的每一層可實現對本層可調度電源容量和可調度負荷容量的分析，為上層應用提供基本的數據支撐。分析建立在負荷預測、分布式發電預測、網絡拓撲、柔性負荷減載合同及電價等信息基礎上，并結合各類資源的特性分析，給出本層可調度電源容量和負荷容量。(2)網-源-荷-儲協調控制。協調控制模塊將主動配電網中存在的各類可調可控資源均納入調控范圍，對象包括配電網設備、分布式電源、微網、儲能、柔性負荷等。協調控制整體框架如圖2所示。

圖2 主動配電網協調控制框圖

在配電網運行出現節點電壓越限或支路功率越限等異常情況時，將分布式電源無功功率調整和有功功率削減作為一種控制手段。給出的控制策略包括配網運行方式調整，儲能充放電功率的調整，可控分布式電源的有功功率削減、無功功率的調整，柔性負荷減載等。(3)策略評估。建立優化調度策略評估體系，對運行控制策略的執行效果進行評估，并根據評估結果，更新協調優化調度策略庫，為后續策略優化提供基礎。

4. 結束語

本文針對主動配電網的特征，提出了一種主動配電網協調控制系統的設計方案，該系統通過實現網-源-荷多方資源的互動協調控制，充分發揮分布式電源、儲能、柔性負荷等配電網可調可控資源在配電網運行中的作用，在主動配電網安全可靠運行基礎上，提升分布式電源的有效消納和高效利用以及多樣化負荷參與電網調峰的能力，為主動配電網的研究和深入開展提供參考和借鑒。