歐洲配電網(wǎng)智能化發(fā)展中的控制技術

歐洲配電網(wǎng)智能化發(fā)展中的控制技術由于輸配電網(wǎng)之間存在較大的差異，智能配電網(wǎng)的控制技術無法照搬輸電網(wǎng)的現(xiàn)有技術。在歐洲配電網(wǎng)的智能化進程中，經(jīng)濟適用的傳感器、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越主動的方向發(fā)展。歐洲配電網(wǎng)智能化系列專題已經(jīng)介紹了歐洲配電網(wǎng)智能化發(fā)展的驅(qū)動力和需求分析、應用場景，以及功能及其標準化工作，在此基礎上，將繼續(xù)介紹配電網(wǎng)控制技術、通信技術、規(guī)劃技術和數(shù)據(jù)倉庫技術等相關智能化技術的進展情況，這些技術是配電網(wǎng)實現(xiàn)智能化的基礎。本篇注重控制系統(tǒng)模式，下篇注重控制對象及控制內(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)點規(guī)模比輸電網(wǎng)的節(jié)點規(guī)模多幾個數(shù)量級，且配電網(wǎng)節(jié)點的功率(電量)密度又遠低于輸電網(wǎng)節(jié)點的功率(電量)密度，如果直接采用輸電網(wǎng)現(xiàn)成的智能化技術(如輸電網(wǎng)的集中調(diào)度及相應的保護控制技術等)，以及像輸電網(wǎng)一樣進行信息全采集，配電網(wǎng)的智能化改造成本將是無法接受的，因此，實施配電網(wǎng)智能化的技術路線，需要根據(jù)用戶的可靠性需求以及配電網(wǎng)運營企業(yè)的投資能力綜合考慮。配電網(wǎng)采用輻射運行方式，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現(xiàn)了自動化，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現(xiàn)了自動化，控制中心的能量管理系統(tǒng)(EMS)智能化程度較高。當前智能電能表等局部智能化監(jiān)測設備日益普及，但由于配電網(wǎng)量大面廣的分布式結構，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節(jié)點均裝備智能監(jiān)測裝置，也不一定能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)全局最優(yōu)的系統(tǒng)級智能化。無論從技術上還是從經(jīng)濟上，DMS都不宜直接套用EMS層次的一些技術(如狀態(tài)估計等)。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現(xiàn)這些功能。因此，要實現(xiàn)配電網(wǎng)的智能化，還需要研發(fā)適應配電網(wǎng)需求的控制系統(tǒng)模式。本文從以下幾個方面對配電網(wǎng)的智能控制系統(tǒng)模式進行了介紹。首先對未來配電網(wǎng)的控制系統(tǒng)模式進行了一般性討論。目前，大多數(shù)智能配電網(wǎng)應用的控制系統(tǒng)采取集中式或變電站中心式，但許多研究和示范項目正在探索完全分散式架構的性能和優(yōu)勢，并且假如不需要在配電網(wǎng)層面對全電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性進行協(xié)調(diào)，那么點對點的局部控制系統(tǒng)將有可能出現(xiàn)可觀的增長。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，以實現(xiàn)對配電網(wǎng)的實時數(shù)據(jù)相關性、預防和校正控制、狀態(tài)監(jiān)測、自動化FILSR、DER的充分參與、主動需求以及儲能系統(tǒng)等進行更好更快的數(shù)據(jù)分析。當面對一個更加復雜、集成的配電網(wǎng)時，被授權的配電網(wǎng)調(diào)度員可利用被集成和過濾的信息對很多可能發(fā)生的情況做出快速準確的決策及回應。文章介紹了集中式配電管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，其中包括未來配電管理系統(tǒng)的調(diào)度員職責、配電管理系統(tǒng)的主要基本功能和體系結構等。目前市場上多數(shù)的DMS仍然是基于SCADA的被動配電系統(tǒng)。但隨著對智能電網(wǎng)項目的投資，DMS已經(jīng)開始受到挑戰(zhàn)，需要提供具有離線分析和適應主動配電網(wǎng)運行的類似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、需要較少通信基礎設施的系統(tǒng)。多代理式(MAS)主動配電網(wǎng)的基本思想基于網(wǎng)絡中負荷與分布式發(fā)電機的互動，以及與上級外部電網(wǎng)的互動。對于多代理沒有嚴格的定義，利用MAS，智能電網(wǎng)運行的許多常見功能可以被簡化，以減少大量通信數(shù)據(jù)饋入中央處理器的需要(如可采取局部的點對點通信)。已經(jīng)有若干研究項目開始研究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對各種新的挑戰(zhàn)，例如，需要整合現(xiàn)有的孤立信息系統(tǒng)，需要進行實時數(shù)據(jù)的相關性整合、進行自動故障定位隔離和恢復服務、對分布式資源進行集成、滿足主動負荷以及存儲系統(tǒng)的優(yōu)化運行等。無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)。我國在發(fā)展主動配電系統(tǒng)控制模式的過程中，在借鑒相關配電控制技術的相關因素和發(fā)展趨勢時，還需要根據(jù)我國配電網(wǎng)的實際需求和邊界條件，充分考慮不同配電網(wǎng)智能化控制技術的適用性及其成本效益，提出適應我國配電網(wǎng)智能化發(fā)展的適用可行技術模式，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，在應對高滲透率分布式資源接入時，在技術經(jīng)濟性比較的基礎上傾向于采用智能化(即非網(wǎng)絡解)的手段。為了提高配電網(wǎng)接納可再生能源的能力，同時提高系統(tǒng)的安全性與供電服務質(zhì)量和減少投資成本與運營成本，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)模式為進行實時網(wǎng)絡控制提供了良好的機會。目前在智能電網(wǎng)的實際應用中，多數(shù)為集中式或以變電站為中心的先進控制系統(tǒng)，但許多研究和示范項目正在探索完全分散代理結構控制系統(tǒng)的能力和優(yōu)點。作為控制技術的姐妹篇，本文將介紹歐洲配電網(wǎng)智能化條件下對電網(wǎng)控制對象進行保護和控制的內(nèi)容。保護和控制對象包括配電網(wǎng)的網(wǎng)絡元件與主動客戶，無論從經(jīng)濟上還是從技術上，在對配電網(wǎng)的網(wǎng)絡元件進行保護和控制時，無法采用輸電網(wǎng)對網(wǎng)絡元件進行全面信息化、智能化和自動化的技術。為了實現(xiàn)對網(wǎng)絡元件進行有效的控制，智能配電網(wǎng)基于3個基本條件：①網(wǎng)絡測量的可用性;②通信網(wǎng)絡的可用性;③監(jiān)視和控制系統(tǒng)的有效性。電網(wǎng)主要節(jié)點上電氣測量值(電壓、電流、有功功率和無功功率等)的可用性對于網(wǎng)絡狀態(tài)估計的準確性是必不可少的。測量結果應該實時提供給控制網(wǎng)絡的監(jiān)控系統(tǒng)，在這種情況下，保護系統(tǒng)才能發(fā)揮關鍵作用。對于電網(wǎng)中發(fā)生的所有故障，才能確保保護系統(tǒng)做出正確選擇和及時操作。保護隨著配電網(wǎng)中的分布式電源滲透率越來越高，雙向潮流對保護的影響開始顯現(xiàn)，需要采用方向保護以適應雙向潮流的影響。方向保護將集合幾種保護的功能，由此可能會增加保護設備的費用;另外，針對高滲透率分布式電源，介紹了防孤島保護的3個基本類型(被動保護、主動保護、廣域保護)，以避免分布式電源條件下出現(xiàn)的非計劃孤島運行問題。客戶參與市場由于需要充分考慮可再生能源的波動性發(fā)電和所有儲能優(yōu)化利用等帶來的不確定性，以及新型的市場結構，這些都可能會影響配電網(wǎng)的運行與控制，并帶來與電能消費和本地發(fā)電有關的新型客戶行為。產(chǎn)消一體化的客戶參與控制能夠帶來極大的經(jīng)濟性。網(wǎng)絡控制術語“網(wǎng)絡控制”的含義非常廣泛，主要指配電網(wǎng)運營商保證配電系統(tǒng)安全和可靠的所有行動。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，近年來主要致力于實現(xiàn)故障定位隔離和恢復服務(FLISR)自動化以降低故障給客戶帶來的影響。針對配電網(wǎng)規(guī)劃需要考慮網(wǎng)絡控制問題這一全新概念，分析了網(wǎng)絡解(增加或改造網(wǎng)絡元件