深度｜智能配电系统与多微网之间如何协同运控？

自律性空间计划是配电管理者根据上级电网调峰、调频等指令,为满足微网发用电诉求,在考虑各微网运行特性和多微网相互关系的基础上,通过合理调度配网调控资源,而制定和发布的用以引导和规范微网行为的发用电计划,可以用具有不同约束程度的区间形式表示,如自由区、博弈区和限制区等,具体为。

①自治区。

      ③博弈区。

对运行在博弈区的微网,它们存在对配网资源

和利益争夺上的关联性。配网需要采取协同控制手段,针对不断变化的运行场景,在博弈区划定出各方利益共赢空间公正分配基础上的运行子区间。对实际运行点落在该子区间内的各微网,视为相互之间处于利益对等地位,即不存在利益上的多占行为;对实际运行点落在该子区间外的微网,存在利益多占和吃亏行为,可视具体情况,纳入微网行为奖惩机制处理。博弈区的上下限分别取限制区边界和自治区上限。

3 协同自律运控模式框架体系与决策流程

在协同自律运控模式下,配电网和微电网的职能属性发生了变化,需要依托现有配电自动化系统构建新型框架体系,以适应多种信息智能化处理基础上的协同策略和弹性自律空间的制定与具体实施的需要。初步设计的框架如图2所示。

图2 协同自律运控模式框架

配电管理系统在预估微网与配网电力交换特性的基础上,智能应用配网运行、微网典型特征、上级电网调控需求或指令、所辖内相邻微网间和同级配电网间联络等信息,对各微网出力的变化绝对值|ΔPW||ΔPW|将是否大于指标体系中的阀值βWβW进行判断。若大于,则形成配网运行调控事件EWEW,控制系统将EWEW制定成协同自律控制命令CWCW,包括自律运行指令CZCZ和协同控制指令CXCX。

CZ指令制定并下发规范和引导各微网运行行为的自律性空间计划,并形成与之配套的配电网有关操控计划。各微网和配电网按照上述计划安排运行方式。在运行方式执行过程中,配电管理系统根据配网及微网实际运行情况或在线预估信息,重点考虑微网超自律空间运行后的责任认定与奖惩情况,决策如何对微网自律性运行空间、配网操控策略进行校正。典型的校正流程如图3所示。

校正是指对配电管理系统所构建的自律性空间修订和对配网操控策略的调整,是协同自律框架体系的重要组成部分。自律性空间校正的频次、内容及范围,需从配网和微网实际运行信息或基于历史

图3 自律性空间校正流程

经验数据的在线预警信息等方面综合考虑。特别是需要认定微网超自律空间运行后的责任,即微网发生越界行为的客观因素,同时还需制定有效的基于技术和经济等条件的奖惩机制。

微电网在正常自治运行的情况下,其能量管理系统自接收到自律性空间计划后,对其内部所辖源荷储运行行为进行监视与辨识,判断其是否满足与配网或与相邻微网间的自律性空间约束条件。如果确实存在临界或越界情况,应提取典型的越界特征数据,采取调整DG/DR运行方式、切换储能设备充放电模式或智能管理充放电行为等措施,使微网的运行点尽快重新锁定在自律性空间内。微网自律性运行决策流程如图4所示。

图4 微网自律性运行流程

在所设计的协同自律运控模式框架中,配电管理系统通过配电网/微电网协同运控策略的制定和弹性自律空间的构建与校正,在配电管理系统和多微网能量管理系统之间,构建了一种新型协作关系,可以在为多微网高渗透营造更大运行空间的同时,降低配网运行的管控难度和运行成本。

4 关键技术问题及可能的解决方法

4.1 关键技术问题

在通过协同自律运控模式促进多微网配电系统向主动性和智能性的良性发展中,会随之出现许多新的科学和关键技术问题,有待进一步研究和解决,具体为：

1)多微网协同运控基础理论。

非主动和完全主动运控模式在一定程度上均存在限制多微网对DG/DR接纳能力、制约微网规模化发展以及增加配网运控难度和运行成本的可能,需要采用新型运控模式实现二者的优势互补。在配网与微网以及多微网之间,既可能存在物理层面的较强联系,又可能存在运行需求和利益诉求方面的差异性甚至矛盾性,同时还可能存在信息层面的高度不确定性,这导致系统运行过程难以再强求某目标或某些目标的全局优化,应更多地推崇在协同自律基础上对运控灵活性的追求和对共赢空间共享权利的合理分配。运控灵活性和共赢空间如何定量评估?其影响因素和影响方式有哪些?运控灵活性如何增强、共赢空间如何合理扩大?共享权利如何分配才算公平合理?不同的分配关系对各微网自趋优运行的影响如何?何种分配关系与全网全局优化解趋近?基于共赢空间共享权利优化分配的问题和基于目标全局优化的问题在数学建模和求解方法上有哪些不同?等等。

上述这些问题是新型运控模式必须面临和逐步需要研究的理论问题。其解决有助于初步形成多微网协同运控基础理论。

2)弹性自律空间构建与校正技术。

多微网高渗透使配网呈现出更多的电源特性。鉴于其发电量的随机不确定性和数量庞大的特点,配电管理系统难以仿照大电网调度模式安排各微网发电计划,而转为为各微网制定并适时校正弹性自律性运行空间。需要研究构建涵盖多方技术约束和利益诉求、如何体现共赢空间共享权利合理分配关系的微网弹性自律运行空间计划和配网操控计划;研究如何根据配网及微网实际运行情况或在线预估信息,重点考虑微网超自律空间运行后的责任认定与奖惩情况,对微网自律性运行空间和配网操控策略进行校正的方法;研究微网如何在分布式自治过程中引入弹性自律空间进行控制和追求自我利益或目标最优化的方法。

3)新型潮流管控技术。

多微网的高渗透虽然削弱了配电网管控潮流的能力,为潮流的不良自由窜动提供了机会,但也为潮流的合理分配创造了条件。目前针对含多微网的配网潮流研究多集中于潮流反向后的算法以及最优潮流、网络重构和无功优化等问题,即基于配网角度的优化问题。协同自律运控模式使配网潮流管控的技术目标转变为为多微网提供更高的运控灵活性、更合理的共赢空间共享权利分配关系。需要研究如何借助于无功和有功调整、网络重构等传统措施和储能、柔性直流等新型调控手段,实现不确定信息环境下配网潮流如何在物理约束范围的合理分配的方法;研究同时包含多种调控手段和考虑其他利益诉求形式的配网潮流计算方法;研究信息不确定条件下的、采用非直接计算或半直接计算方式的配网模糊潮流获取方法;研究伴随配网电气潮流分布的环境价值、经济价值等非电气潮流分布计算方法,以更好地服务于评估多微网在配电网中的综合价值。

4)网架结构规划技术。

随着微网并网数量的增加,现有网络将越来越显现出不适应性,研究现有配电网网架结构如何适应多微网的接入,是解决多微网并网的前提条件。主要包括：骨干网适应策略,分支网灵活调整方案设计,新的联络线规划方法等。随着直流负荷的逐渐增多,直流电网将不仅仅存在于微电网中,交直流混合的中高压配电网架结构可能出现,需要研究追加考虑运控灵活性和共赢空间共享权分配合理性的网架结构规划方法。

5)构建基于自律空间的微网行为奖惩机制。

多微网出现超自律空间运行行为后,配电管理系统应对该行为的责任进行认定,而后启动奖惩机制对微网越界行为采取技术性限制和经济性引导等措施对微网行为加以规范。需要研究奖惩机制的启动条件(如越界行为持续时间、导致的物理量变化程度以及对其他微网影响程度和范围等)和具体的措施(如电价奖励或惩罚和强制性管控等措施);研究奖惩措施和市场化竞争性营销模式的结合机制。

6)制定更加柔性的接入标准和准入协议。

微网接入标准的制定是不断完善和发展的过程,其制定的原则应当体现更大的柔性,即适应各种能源结构的微网,减少对选址和定容的限制。这种接入标准,区别于传统的电压、短路电流和功率限制,将体现出动态特性,即出现新的准入容量和选址计算方法。在微网接入标准体系结构中,内容涉及很多,主要包括：组成微网的装置设备规范;微网的规划设计标准;微网的准入协议;微网自律运行原则和微网的并网协同运行规范等。

4.2 可能的解决方法

上述关键技术是支撑协同自律运控模式实施的基础,可以促使配电系统从被动型向主动型和智能型发展。但受物理设备发展的阶段性和多维影响因素的制约,其可能应用到的解决方法也不甚相同,甚至可衍生出新的方法。具体为：

1)分层分布控制方法。

电网的分层结构、微电网及其配套测量和通信设备的分散布置、配网和微网之间利益或目标的多元化格局等决定了需要采用分层分布控制的方式,对其进行协同。

2)分布式行为辨识方法。

量测和通信体系配置的不健全或滞后性、微网布置的分散性和行为的多样化、异构数据的海量性,使得传统预测和状态辨识方法难以适应协同自律运控模式。需要追加应用分布式大数据挖掘技术,形成包含预测、估计、统计和学习等信息共同支撑条件下反映多微网运行状态和行为规律的分布式辨识方法。