摘要：合理的运行体系构建及分层分区调控方法，可以实现主动配电网运行过程中的主动决策、管理和控制，保证电网运行的安全性和经济性。构建了基于多时间尺度的主动配电网三层控制体系框架，提出了目标提前决策、全局集中优化、区域分散自治的分层分区协同调控方法。主动配电网的每个控制区域接受全局优化给定的计划目标，进行实时功率校准。提出扰动临界切换指标，对运行中系统受到的扰动大小进行量化，以此作为控制模式选择的依据。
关键词：主动配电网；分层调控；自制策略
随着新能源发电技术的日益成熟和广泛应用，配电网将成为资源优化配置的重要载体。可再生能源的大量接入会使传统配电网(PDN)的接纳、传输以及运行控制能力面临新的挑战，其规划运行、潮流分布、保护方案、设备选型、非计划孤岛运行等方面都会受到一定影响，由此可能会导致一系列的安全问题，如电压越限、短路电流增大、频率失稳以及供电可靠性降低等。此外，在国家政策的大力支持下，电动汽车、储能系统(ESS)等技术迅速发展，随机性负荷接入电网的容量将急剧增加，无序充放电与随机负荷扰动将会对电网的削峰填谷造成不利影响。在此背景下，为了适应未来全球能源发展中低碳性、安全性和可持续性的基本要求，主动配电网(ADN)技术应运而生。
目前，针对于ADN的优化运行以及控制技术，由于调控范围、控制对象以及时效要求的不同，系统所采用的优化方案也不尽相同。提出采取集中控制和分散自治相结合的方式来平衡分布式电源(DU)大量接入ADN后的功率波动，同时降低DU的并网成本。考虑到ADN中ESS的灵活调控作用，提出了以ESS装置接入配电网中的容量最大为优化目标，为ADN运行中的灵活控制提供支撑。提出了ADN的分层能量管理与协调控制框架。在提出馈线控制误差(FLE)的基础上，针对ADN的区域自治提出了定交换功率与追踪目标的控制模式。在经过全局优化给定计划值的前提下，提出了区域自治的控制目标，并针对性地提出了一种区域间的协同自治控制策略。本文在ADN的运行控制系统中，采用全局集中优化与区域分散自治相结合的方法来对系统进行协调控制。
1 ADN运行控制体系与区域自治框架设计
1.1ADN的运行控制体系框架
在不同条件下，为实现ADN在运行过程中的主动控制和主动管理，本文提出三层架构下的多时间尺度控制体系。
ADN的运行控制系统应该具备自主调控能力和控制方式的快速切换能力。与传统意义的配电网控制方式相比，ADN的控制方式更加灵活、多样、安全，更加符合不同运行条件下的控制需求，能够全方位实现“源一网一荷”之间的良好互动。自上而下三层架构分析如下。
1.1.1第一层为ADN运行控制系统的目标决策层，汇集DU出力预测数据、负荷需求预测数据以及网络拓扑结构信息，根据所处环境和外部要求进行可靠性、经济性评估，通过分析和决策，确定整个配电网的优化目标。
1.1.2第二层为ADN的全局优化层，主要负责全局层面的优化管理，并执行最高层下发的控制目标，采取合适的智能优化算法，在给定约束的条件下，计算得出长时间尺度下的全局优化计划值，确定下层区域的有功、无功交换目标。由于实际中配电网的节点数目庞大，全局层次的寻优需要较长的时间，属于长时间尺度优化。
1.1.3第三层为ADN的区域自治层，在相邻两次全局优化目标下发的间隙内，根据实际运行情况中间歇性DU的功率波动以及区域内部负荷的波动，按照计划值进行实时校准，确保运行过程中能够及时调整区域内部的间歇式能源出力和负荷的变化，使区域功率达到上层给定的计划值，实现无差控制。
1.2ADN的区域自治控制系统构架
ADN的区域自治控制是一个反馈校正的过程，以FCE为零作为控制目标来进行反馈调节，根据扰动量的大小，可以采取的控制模式有定交换功率控制、追踪目标控制、馈线协调控制等。
在ADN的实时控制中，过于复杂的算法难以满足实际工况的快速响应。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆本文提出了扰动临界切换指标，并根据该指标的状态来选择相应的控制模式，以实现FCE为零的目标来构架闭环控制系统，通过修正实际值与计划值之间的偏差，达到ADN区域自治的无差调节。
2 ADN信息集成共享与自治区域的分区原则
2.1ADN信息集成与共享
ADN的运行控制体系中，涉及的所有控制步骤，包括目标主动决策、全局集中优化管理以及区域内部的实时控制都需要稳定可靠的通信手段来保障。由于ADN中各类控制器和分布式能源接入灵活多变，需要建立柔性的通信技术标准，来满足信息交互的基本要求。
2.2ADN的自治区域划分原则
ADN自治区域的划分可以依照以下原则进行:①馈线上两个分段开关的间隔之内，如果包含有可控分布式能源，则可将其划分为一个独立的自治区域;②馈线上分支点的分界开关到线路末端的间隔之内，如果包含有可控分布式能源，则可将其划分为一个独立的自治区域。
3 ADN的区域自治实时控制策略
3.1ADN区域自治的控制目标
ADN的全局优化系统向自治区域下发计划值后，自治区域按照系统设定的控制策略，对实际运行过程中的扰动进行实时的响应，以此来对区域内部的DU等进行协调控制，实现局部区域的自治，保证在消纳清洁能源发电的同时维持系统的电压稳定以及功率平衡。
3.2 扰动临界切换指标
ADN中，扰动的大小直接关系到系统的稳定与否。对于扰动的位置和大小需要分析与量化，确定受控对象的调控时序，有利于促使ADN调控模式的明确化和标准化，提高系统运行的可靠性和经济性。扰动临界切换指标的提出，量化描述了扰动量在控制系统内所占的比例，可以根据Fk的大小来启动合适的调控对象，能够为系统的有序控制提供良好依据。
3.3ADN不同控制模式的切换
根据扰动临界切换指标，参考ADN在实际中的运行要求:首先满足柔性CL的用电需求;其次保证DU发电的完全消纳，减小运行过程中的切机量;充分利用ESS在ADN中平抑功率波动的调节能力;尽力在本区域实现就地平衡，防止跨区域平衡产生的不确定性连锁反应。据此设定调控设备的优先级，提出了一种基于扰动临界切换指标的主动切换控制策略。
3.4 基于局部区域拓扑扩展的区域协同自治策略
当ADN中受到的扰动较为剧烈，本区域内部调节无法完成控制目标，再加上全局优化的时间间隔较长，可能无法及时跟踪到实际运行工况，不能够及时更新全局优化目标。这种情况下，适合对ADN的自治区域进行拓展，将馈线上相邻的下一个区域引进局部拓扑，形成临时扩展区域，按照扩展区域内部的调控对象的备用容量进行先调ESS、再调CL最后调节DU接入容量的顺序进行调控，以使区域的交换功率维持稳定。
结束语
本文主要研究了分层调控下的ADN局部区域自治策略，以长时间尺度下全局优化的计算结果为基础，根据实际运行工况对区域交换功率进行实时校正。在系统受到扰动时，为了减小调控的复杂度，在以FLE为零作为控制目标的基础上，提出扰动临界切换指标，并根据其值的范围，确定可控设备的调控优先级以及不同控制模式的切换依据，设定了功率调整的启动顺序，使其控制过程更具合理性。
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论文作者:邢明华
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/20
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