东南大学科研人员提出面向高弹性配电网的双层分布式优化调度方法
能源互联背景下，以储能、需求响应、分布式发电（DG）等为代表的多元融合资源将深度参与电网运行。配电网作为局部地区多类分布式资源的整合者，需要通过有效的手段，对包括DG、储能、可控负荷等多元融合的分布式资源进行优化调控，提高配电网的弹性。东南大学电气工程学院、国网江苏省电力有限公司南京供电分公司的研究人员倪萌、王蓓蓓、朱红、刘少君，在2022年第1期《电工技术学报》上撰文，针对多元分布式资源接入后，集中式调度策略下的配电网将面临的各类问题，结合多元分布式资源的特性，建立了面向高弹性配电网的两层分布式协调调度模型。
近年来，各国不断出台有关政策，以鼓励并规范分布式可再生能源的开发与利用。美国加州最先推行了可再生能源配额制，由此，风电和光伏发电从2000年5%左右的总装机占比，逐步增加到2010年的8%，再到现如今的30%。
中国国家能源局在关于可再生能源发展的“十三五”规划指导意见中鼓励市场主体自主建设分布式发电项目，各个省份纷纷响应，其中，浙江省发改委发布的能源发展“十三五”规划中明确了未来将建成分布式发电（Distributed Generation, DG）和光伏发电600万kW，家庭屋顶光伏100万户。然而，分布式新能源发电在清洁环保的同时，还具有随机性、波动性和可变性等特征，因此，较高的新能源渗透率可能会给电力系统运行的稳定性、电压质量等各方面带来挑战。为解决分布式发电带来的上述问题，能源互联网可通过物理层和信息层的互动，提高电网对于各种扰动的响应能力。作为局部地区的分布式资源整合者，配电网需要通过有效的调控架构和调控策略对储能、需求响应、分布式发电等为代表的多元分布式资源进行优化调控，从而在保证安全性、经济性的同时，提高配电网运行弹性，支持高比例分布式新能源的接入。
当前配电网的主要调控架构包括集中式调控架构和分层调控架构。集中式调控架构是基于一个控制中心（全局控制中心），对多节点的分布式资源进行优化调度，是当前配电网采用的主要调度架构。有学者针对配电网中高渗透率光伏问题，提出一种电池储能系统参与配电网集中式调度的控制策略。有学者通过集中优化与调度可控负荷资源实现新能源消纳和削减峰值负荷的目标。有学者考虑了多种分布式资源的接入，包括储能和柔性负荷资源，并建立集中式联合优化调度模型，通过算例验证了模型的可行性。上述研究均利用集中式调控架构，控制思路简单，但考虑到高弹性多元融合配电网的建设需求，上述集中式调度架构存在如下两个问题：①多元融合配电网中资源繁多，全局控制中心下控制负荷数量多，需要发出大量控制指令，计算量大，计算时间长，从工程实际考虑，无法实时给出调度指令；②考虑到全局调度中心在进行控制指令下达和本地信号上传过程中存在传输延迟，实际系统运行时实时调度指令无法即时到达各个本地节点。
针对集中式调度模式的问题，目前已有文章指出可以通过建立分布式的分层调度架构以应对上述问题，该控制架构下，各个本地优化中心被赋予一定的自主优化权限，全局控制中心被给予更长的缓冲时间进行长时段的优化调度，不需要给出实时指令。
然而，由于当前文献对配电网中各类分布式资源的特性分析不足，模型构建较为简单，实际中执行此类优化调度结果较为困难。考虑到工程实际，现有文献没有更好地考虑全局控制中心和本地控制中心对于不可控负荷和多种分布式资源信息的掌握程度及预测精度的不同，以上问题可能会给调控的精确性带来影响。此外，当前文献中的分布式优化主要考虑了配电网的整体利益，并未兼顾配电网下本地资源拥有者的收益，例如保证储能资源拥有者的收益尽可能增大。针对以上问题，东南大学电气工程学院、国网江苏省电力有限公司南京供电分公司的研究人员建立了面向高弹性的多元融合配电网双层分布式优化调度模型，协调全局控制中心和本地控制中心的控制策略，对储能及可控负荷资源进行合理优化调度。
图1 全局中心与本地中心协同控制架构
该双层分布式框架对多元融合配电网中的储能和需求侧资源的控制更为精确，上层的负荷预测误差由下层来协调，节约了购电成本，增加了配电网对于分布式新能源的高弹性消纳能力。该策略充分考虑了本地节点的更为精确的负荷预测信息，通过上、下层的协调控制，对多类分布式资源进行优化，从而实现配电网成本的最小化。研究人员通过算例分析对比了传统集中式调度策略及双层分布式调度结果，验证了所提模型的可行性，同时也证明了在该调控模式下，配电网可以在保证较低成本的同时，获得更为平滑的根节点功率曲线。此外，当逐步提高系统新能源渗透率或延长全局控制中心的优化周期时，该双层分布式优化调度策略可以利用本地节点更为精准的负荷预测信息实现分布式资源更为精确的优化控制，提高了配电网对于分布式新能源接入的响应弹性，以及计算量更大、对时间要求更高的全局控制中心对于计算周期的弹性。为了验证双层分布式模型在更为复杂的配电网系统下的适用性，研究人员分析了IEEE 69节点配网系统下，集中式及双层分布式调度策略的调度结果，进一步验证了双层分布式调度策略的优越性。他们最后指出，目前研究中仅通过功率因数来限制各节点的无功功率，后续研究可以加入无功功率调节手段配合各分布式资源进行优化调度。本课题得到了国家自然科学基金项目和国网公司科技项目的支持。
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