歐洲配電網(wǎng)智能化發(fā)展中的控制技術(shù)

歐洲配電網(wǎng)智能化發(fā)展中的控制技術(shù)由于輸配電網(wǎng)之間存在較大的差異，智能配電網(wǎng)的控制技術(shù)無(wú)法照搬輸電網(wǎng)的現(xiàn)有技術(shù)。在歐洲配電網(wǎng)的智能化進(jìn)程中，經(jīng)濟(jì)適用的傳感器、執(zhí)行器和控制系統(tǒng)的發(fā)展深刻地改變了配電網(wǎng)的控制系統(tǒng)模式，配電網(wǎng)的調(diào)度和控制模式朝著越來(lái)越主動(dòng)的方向發(fā)展。歐洲配電網(wǎng)智能化系列專(zhuān)題已經(jīng)介紹了歐洲配電網(wǎng)智能化發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力和需求分析、應(yīng)用場(chǎng)景，以及功能及其標(biāo)準(zhǔn)化工作，在此基礎(chǔ)上，將繼續(xù)介紹配電網(wǎng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、規(guī)劃技術(shù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)等相關(guān)智能化技術(shù)的進(jìn)展情況，這些技術(shù)是配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)。本篇注重控制系統(tǒng)模式，下篇注重控制對(duì)象及控制內(nèi)容。配電網(wǎng)與輸電網(wǎng)的最大差異在于，配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)規(guī)模比輸電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)規(guī)模多幾個(gè)數(shù)量級(jí)，且配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的功率(電量)密度又遠(yuǎn)低于輸電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的功率(電量)密度，如果直接采用輸電網(wǎng)現(xiàn)成的智能化技術(shù)(如輸電網(wǎng)的集中調(diào)度及相應(yīng)的保護(hù)控制技術(shù)等)，以及像輸電網(wǎng)一樣進(jìn)行信息全采集，配電網(wǎng)的智能化改造成本將是無(wú)法接受的，因此，實(shí)施配電網(wǎng)智能化的技術(shù)路線，需要根據(jù)用戶的可靠性需求以及配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)企業(yè)的投資能力綜合考慮。配電網(wǎng)采用輻射運(yùn)行方式，可采用以變電站為中心的調(diào)度模式?，F(xiàn)有配電系統(tǒng)大都只有部分線路和配變實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，而且配電控制中心的配電管理系統(tǒng)(DMS)的功能較單一、智能化水平不高。相比而言，輸電網(wǎng)上的所有線路和變電站均已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，控制中心的能量管理系統(tǒng)(EMS)智能化程度較高。當(dāng)前智能電能表等局部智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備日益普及，但由于配電網(wǎng)量大面廣的分布式結(jié)構(gòu)，難以做到“全局”最優(yōu)，因此，即使配電網(wǎng)的所有用戶都安裝智能電能表且相關(guān)節(jié)點(diǎn)均裝備智能監(jiān)測(cè)裝置，也不一定能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)全局最優(yōu)的系統(tǒng)級(jí)智能化。無(wú)論從技術(shù)上還是從經(jīng)濟(jì)上，DMS都不宜直接套用EMS層次的一些技術(shù)(如狀態(tài)估計(jì)等)。就智能電網(wǎng)的發(fā)展需求而言，DMS將有可能逐步再現(xiàn)輸電網(wǎng)層次EMS的某些典型常用功能，但現(xiàn)有配置在配電控制中心的DMS目前則還難以全部實(shí)現(xiàn)這些功能。因此，要實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的智能化，還需要研發(fā)適應(yīng)配電網(wǎng)需求的控制系統(tǒng)模式。本文從以下幾個(gè)方面對(duì)配電網(wǎng)的智能控制系統(tǒng)模式進(jìn)行了介紹。首先對(duì)未來(lái)配電網(wǎng)的控制系統(tǒng)模式進(jìn)行了一般性討論。目前，大多數(shù)智能配電網(wǎng)應(yīng)用的控制系統(tǒng)采取集中式或變電站中心式，但許多研究和示范項(xiàng)目正在探索完全分散式架構(gòu)的性能和優(yōu)勢(shì)，并且假如不需要在配電網(wǎng)層面對(duì)全電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性進(jìn)行協(xié)調(diào)，那么點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的局部控制系統(tǒng)將有可能出現(xiàn)可觀的增長(zhǎng)。智能電網(wǎng)的最大新穎性在于：所有孤立的信息系統(tǒng)都將被整合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)相關(guān)性、預(yù)防和校正控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)化FILSR、DER的充分參與、主動(dòng)需求以及儲(chǔ)能系統(tǒng)等進(jìn)行更好更快的數(shù)據(jù)分析。當(dāng)面對(duì)一個(gè)更加復(fù)雜、集成的配電網(wǎng)時(shí)，被授權(quán)的配電網(wǎng)調(diào)度員可利用被集成和過(guò)濾的信息對(duì)很多可能發(fā)生的情況做出快速準(zhǔn)確的決策及回應(yīng)。文章介紹了集中式配電管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，其中包括未來(lái)配電管理系統(tǒng)的調(diào)度員職責(zé)、配電管理系統(tǒng)的主要基本功能和體系結(jié)構(gòu)等。目前市場(chǎng)上多數(shù)的DMS仍然是基于SCADA的被動(dòng)配電系統(tǒng)。但隨著對(duì)智能電網(wǎng)項(xiàng)目的投資，DMS已經(jīng)開(kāi)始受到挑戰(zhàn)，需要提供具有離線分析和適應(yīng)主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行的類(lèi)似EMS功能的新產(chǎn)品。最后介紹了基于多代理的分散式控制系統(tǒng)的發(fā)展情況。分散式控制系統(tǒng)是成本更低、需要較少通信基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)。多代理式(MAS)主動(dòng)配電網(wǎng)的基本思想基于網(wǎng)絡(luò)中負(fù)荷與分布式發(fā)電機(jī)的互動(dòng)，以及與上級(jí)外部電網(wǎng)的互動(dòng)。對(duì)于多代理沒(méi)有嚴(yán)格的定義，利用MAS，智能電網(wǎng)運(yùn)行的許多常見(jiàn)功能可以被簡(jiǎn)化，以減少大量通信數(shù)據(jù)饋入中央處理器的需要(如可采取局部的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信)。已經(jīng)有若干研究項(xiàng)目開(kāi)始研究MAS作為一種管理分布式發(fā)電、虛擬電廠和微電網(wǎng)的方法。配電控制中心目前需要應(yīng)對(duì)各種新的挑戰(zhàn)，例如，需要整合現(xiàn)有的孤立信息系統(tǒng)，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的相關(guān)性整合、進(jìn)行自動(dòng)故障定位隔離和恢復(fù)服務(wù)、對(duì)分布式資源進(jìn)行集成、滿足主動(dòng)負(fù)荷以及存儲(chǔ)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行等。無(wú)論是采用集中式或是基于多代理的分散式控制系統(tǒng)，都需要配置智能化的配電管理系統(tǒng)(DMS)。我國(guó)在發(fā)展主動(dòng)配電系統(tǒng)控制模式的過(guò)程中，在借鑒相關(guān)配電控制技術(shù)的相關(guān)因素和發(fā)展趨勢(shì)時(shí)，還需要根據(jù)我國(guó)配電網(wǎng)的實(shí)際需求和邊界條件，充分考慮不同配電網(wǎng)智能化控制技術(shù)的適用性及其成本效益，提出適應(yīng)我國(guó)配電網(wǎng)智能化發(fā)展的適用可行技術(shù)模式，這將是我們面臨的新挑戰(zhàn)。歐洲配電網(wǎng)已經(jīng)處于較成熟的階段，在應(yīng)對(duì)高滲透率分布式資源接入時(shí)，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較的基礎(chǔ)上傾向于采用智能化(即非網(wǎng)絡(luò)解)的手段。為了提高配電網(wǎng)接納可再生能源的能力，同時(shí)提高系統(tǒng)的安全性與供電服務(wù)質(zhì)量和減少投資成本與運(yùn)營(yíng)成本，歐洲配電網(wǎng)智能化的第4篇介紹了具有能量管理應(yīng)用的現(xiàn)代集中式與分散式控制系統(tǒng)，這些不同的控制系統(tǒng)模式為進(jìn)行實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制提供了良好的機(jī)會(huì)。目前在智能電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用中，多數(shù)為集中式或以變電站為中心的先進(jìn)控制系統(tǒng)，但許多研究和示范項(xiàng)目正在探索完全分散代理結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的能力和優(yōu)點(diǎn)。作為控制技術(shù)的姐妹篇，本文將介紹歐洲配電網(wǎng)智能化條件下對(duì)電網(wǎng)控制對(duì)象進(jìn)行保護(hù)和控制的內(nèi)容。保護(hù)和控制對(duì)象包括配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)元件與主動(dòng)客戶，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)上還是從技術(shù)上，在對(duì)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)元件進(jìn)行保護(hù)和控制時(shí)，無(wú)法采用輸電網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)元件進(jìn)行全面信息化、智能化和自動(dòng)化的技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)元件進(jìn)行有效的控制，智能配電網(wǎng)基于3個(gè)基本條件：①網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的可用性;②通信網(wǎng)絡(luò)的可用性;③監(jiān)視和控制系統(tǒng)的有效性。電網(wǎng)主要節(jié)點(diǎn)上電氣測(cè)量值(電壓、電流、有功功率和無(wú)功功率等)的可用性對(duì)于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性是必不可少的。測(cè)量結(jié)果應(yīng)該實(shí)時(shí)提供給控制網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控系統(tǒng)，在這種情況下，保護(hù)系統(tǒng)才能發(fā)揮關(guān)鍵作用。對(duì)于電網(wǎng)中發(fā)生的所有故障，才能確保保護(hù)系統(tǒng)做出正確選擇和及時(shí)操作。保護(hù)隨著配電網(wǎng)中的分布式電源滲透率越來(lái)越高，雙向潮流對(duì)保護(hù)的影響開(kāi)始顯現(xiàn)，需要采用方向保護(hù)以適應(yīng)雙向潮流的影響。方向保護(hù)將集合幾種保護(hù)的功能，由此可能會(huì)增加保護(hù)設(shè)備的費(fèi)用;另外，針對(duì)高滲透率分布式電源，介紹了防孤島保護(hù)的3個(gè)基本類(lèi)型(被動(dòng)保護(hù)、主動(dòng)保護(hù)、廣域保護(hù))，以避免分布式電源條件下出現(xiàn)的非計(jì)劃孤島運(yùn)行問(wèn)題?？蛻魠⑴c市場(chǎng)由于需要充分考慮可再生能源的波動(dòng)性發(fā)電和所有儲(chǔ)能優(yōu)化利用等帶來(lái)的不確定性，以及新型的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)，這些都可能會(huì)影響配電網(wǎng)的運(yùn)行與控制，并帶來(lái)與電能消費(fèi)和本地發(fā)電有關(guān)的新型客戶行為。產(chǎn)消一體化的客戶參與控制能夠帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)性。網(wǎng)絡(luò)控制術(shù)語(yǔ)“網(wǎng)絡(luò)控制”的含義非常廣泛，主要指配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商保證配電系統(tǒng)安全和可靠的所有行動(dòng)。在已經(jīng)部署了集中式和分散式控制系統(tǒng)的配電系統(tǒng)中，近年來(lái)主要致力于實(shí)現(xiàn)故障定位隔離和恢復(fù)服務(wù)(FLISR)自動(dòng)化以降低故障給客戶帶來(lái)的影響。針對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃需要考慮網(wǎng)絡(luò)控制問(wèn)題這一全新概念，分析了網(wǎng)絡(luò)解(增加或改造網(wǎng)絡(luò)元件