東南大學科研人員提出面向高彈性配電網的雙層分布式優化調度方法
能源互聯背景下，以儲能、需求響應、分布式發電（DG）等為代表的多元融合資源將深度參與電網運行。配電網作為局部地區多類分布式資源的整合者，需要通過有效的手段，對包括DG、儲能、可控負荷等多元融合的分布式資源進行優化調控，提高配電網的彈性。東南大學電氣工程學院、國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司的研究人員倪萌、王蓓蓓、朱紅、劉少君，在2022年第1期《電工技術學報》上撰文，針對多元分布式資源接入后，集中式調度策略下的配電網將面臨的各類問題，結合多元分布式資源的特性，建立了面向高彈性配電網的兩層分布式協調調度模型。
近年來，各國不斷出臺有關政策，以鼓勵并規范分布式可再生能源的開發與利用。美國加州最先推行了可再生能源配額制，由此，風電和光伏發電從2000年5%左右的總裝機占比，逐步增加到2010年的8%，再到現如今的30%。
中國國家能源局在關于可再生能源發展的“十三五”規劃指導意見中鼓勵市場主體自主建設分布式發電項目，各個省份紛紛響應，其中，浙江省發改委發布的能源發展“十三五”規劃中明確了未來將建成分布式發電（Distributed Generation, DG）和光伏發電600萬kW，家庭屋頂光伏100萬戶。然而，分布式新能源發電在清潔環保的同時，還具有隨機性、波動性和可變性等特征，因此，較高的新能源滲透率可能會給電力系統運行的穩定性、電壓質量等各方面帶來挑戰。為解決分布式發電帶來的上述問題，能源互聯網可通過物理層和信息層的互動，提高電網對于各種擾動的響應能力。作為局部地區的分布式資源整合者，配電網需要通過有效的調控架構和調控策略對儲能、需求響應、分布式發電等為代表的多元分布式資源進行優化調控，從而在保證安全性、經濟性的同時，提高配電網運行彈性，支持高比例分布式新能源的接入。
當前配電網的主要調控架構包括集中式調控架構和分層調控架構。集中式調控架構是基于一個控制中心（全局控制中心），對多節點的分布式資源進行優化調度，是當前配電網采用的主要調度架構。有學者針對配電網中高滲透率光伏問題，提出一種電池儲能系統參與配電網集中式調度的控制策略。有學者通過集中優化與調度可控負荷資源實現新能源消納和削減峰值負荷的目標。有學者考慮了多種分布式資源的接入，包括儲能和柔性負荷資源，并建立集中式聯合優化調度模型，通過算例驗證了模型的可行性。上述研究均利用集中式調控架構，控制思路簡單，但考慮到高彈性多元融合配電網的建設需求，上述集中式調度架構存在如下兩個問題：①多元融合配電網中資源繁多，全局控制中心下控制負荷數量多，需要發出大量控制指令，計算量大，計算時間長，從工程實際考慮，無法實時給出調度指令；②考慮到全局調度中心在進行控制指令下達和本地信號上傳過程中存在傳輸延遲，實際系統運行時實時調度指令無法即時到達各個本地節點。
針對集中式調度模式的問題，目前已有文章指出可以通過建立分布式的分層調度架構以應對上述問題，該控制架構下，各個本地優化中心被賦予一定的自主優化權限，全局控制中心被給予更長的緩沖時間進行長時段的優化調度，不需要給出實時指令。
然而，由于當前文獻對配電網中各類分布式資源的特性分析不足，模型構建較為簡單，實際中執行此類優化調度結果較為困難。考慮到工程實際，現有文獻沒有更好地考慮全局控制中心和本地控制中心對于不可控負荷和多種分布式資源信息的掌握程度及預測精度的不同，以上問題可能會給調控的精確性帶來影響。此外，當前文獻中的分布式優化主要考慮了配電網的整體利益，并未兼顧配電網下本地資源擁有者的收益，例如保證儲能資源擁有者的收益盡可能增大。針對以上問題，東南大學電氣工程學院、國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司的研究人員建立了面向高彈性的多元融合配電網雙層分布式優化調度模型，協調全局控制中心和本地控制中心的控制策略，對儲能及可控負荷資源進行合理優化調度。
圖1 全局中心與本地中心協同控制架構
該雙層分布式框架對多元融合配電網中的儲能和需求側資源的控制更為精確，上層的負荷預測誤差由下層來協調，節約了購電成本，增加了配電網對于分布式新能源的高彈性消納能力。該策略充分考慮了本地節點的更為精確的負荷預測信息，通過上、下層的協調控制，對多類分布式資源進行優化，從而實現配電網成本的最小化。研究人員通過算例分析對比了傳統集中式調度策略及雙層分布式調度結果，驗證了所提模型的可行性，同時也證明了在該調控模式下，配電網可以在保證較低成本的同時，獲得更為平滑的根節點功率曲線。此外，當逐步提高系統新能源滲透率或延長全局控制中心的優化周期時，該雙層分布式優化調度策略可以利用本地節點更為精準的負荷預測信息實現分布式資源更為精確的優化控制，提高了配電網對于分布式新能源接入的響應彈性，以及計算量更大、對時間要求更高的全局控制中心對于計算周期的彈性。為了驗證雙層分布式模型在更為復雜的配電網系統下的適用性，研究人員分析了IEEE 69節點配網系統下，集中式及雙層分布式調度策略的調度結果，進一步驗證了雙層分布式調度策略的優越性。他們最后指出，目前研究中僅通過功率因數來限制各節點的無功功率，后續研究可以加入無功功率調節手段配合各分布式資源進行優化調度。本課題得到了國家自然科學基金項目和國網公司科技項目的支持。
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