歐洲配電網智能化發(fā)展中的控制技術

歐洲配電網智能化發(fā)展中的控制技術由于輸配電網之間存在較大的差異，智能配電網的控制技術無法照搬輸電網的現有技術。在歐洲配電網的智能化進程中，經濟適用的傳感器、執(zhí)行器和控制系統(tǒng)的發(fā)展深刻地改變了配電網的控制系統(tǒng)模式，配電網的調度和控制模式朝著越來越主動的方向發(fā)展。歐洲配電網智能化系列專題已經介紹了歐洲配電網智能化發(fā)展的驅動力和需求分析、應用場景，以及功能及其標準化工作，在此基礎上，將繼續(xù)介紹配電網控制技術、通信技術、規(guī)劃技術和數據倉庫技術等相關智能化技術的進展情況，這些技術是配電網實現智能化的基礎。本篇注重控制系統(tǒng)模式，下篇注重控制對象及控制內容。配電網與輸電網的最大差異在于，配電網的節(jié)點規(guī)模比輸電網的節(jié)點規(guī)模多幾個數量級，且配電網節(jié)點的功率(電量)密度又遠低于輸電網節(jié)點的功率(電量)密度，如果直接采用輸電網現成的智能化技術(如輸電網的集中調度及相應的保護控制技術等)，以及像輸電網一樣進行信息全采集，配電網的智能化改造成本將是無法接受的，因此，實施配電網智能化的技術路線，需要根據用戶的可靠性需求以及配電網運營企業(yè)的投資能力綜合考慮。配電網采用輻射運行方式，可采用以變電站為中心的調度模式?，F有配電系統(tǒng)大都只有部分線路和配變實現了自動化，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，輸電網上的所有線路和變電站均已實現了自動化，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，也不一定能夠實現配電網全局最優(yōu)的系統(tǒng)級智能化。無論從技術上還是從經濟上，DMS都不宜直接套用EMS層次的一些技術(如狀態(tài)估計等)。就智能電網的發(fā)展需求而言，DMS將有可能逐步再現輸電網層次EMS的某些典型常用功能，但現有配置在配電控制中心的DMS目前則還難以全部實現這些功能。因此，要實現配電網的智能化，還需要研發(fā)適應配電網需求的控制系統(tǒng)模式。本文從以下幾個方面對配電網的智能控制系統(tǒng)模式進行了介紹。首先對未來配電網的控制系統(tǒng)模式進行了一般性討論。目前，大多數智能配電網應用的控制系統(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層面對全電網的安全穩(wěn)定性進行協調，那么點對點的局部控制系統(tǒng)將有可能出現可觀的增長。智能電網的最大新穎性在于：所有孤立的信息系統(tǒng)都將被整合，以實現對配電網的實時數據相關性、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據分析。當面對一個更加復雜、集成的配電網時，被授權的配電網調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)的研究現狀，其中包括未來配電管理系統(tǒng)的調度員職責、配電管理系統(tǒng)的主要基本功能和體系結構等。目前市場上多數的DMS仍然是基于SCADA的被動配電系統(tǒng)。但隨著對智能電網項目的投資，DMS已經開始受到挑戰(zhàn)，需要提供具有離線分析和適應主動配電網運行的類似EMS功能的新產品。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)主動配電網的基本思想基于網絡中負荷與分布式發(fā)電機的互動，以及與上級外部電網的互動。對于多代理沒有嚴格的定義，利用MAS，智能電網運行的許多常見功能可以被簡化，以減少大量通信數據饋入中央處理器的需要(如可采取局部的點對點通信)。已經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，需要整合現有的孤立信息系統(tǒng)，需要進行實時數據的相關性整合、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，還需要根據我國配電網的實際需求和邊界條件，充分考慮不同配電網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)。歐洲配電網已經處于較成熟的階段，在應對高滲透率分布式資源接入時，在技術經濟性比較的基礎上傾向于采用智能化(即非網絡解)的手段。為了提高配電網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量和減少投資成本與運營成本，歐洲配電網智能化的第4篇介紹了具有能量管理應用的現代集中式與分散式控制系統(tǒng)，這些不同的控制系統(tǒng)模式為進行實時網絡控制提供了良好的機會。目前在智能電網的實際應用中，多數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智能化條件下對電網控制對象進行保護和控制的內容。保護和控制對象包括配電網的網絡元件與主動客戶，無論從經濟上還是從技術上，在對配電網的網絡元件進行保護和控制時，無法采用輸電網對網絡元件進行全面信息化、智能化和自動化的技術。為了實現對網絡元件進行有效的控制，智能配電網基于3個基本條件：①網絡測量的可用性;②通信網絡的可用性;③監(jiān)視和控制系統(tǒng)的有效性。電網主要節(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，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的非計劃孤島運行問題?？蛻魠⑴c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。產消一體化的客戶參與控制能夠帶來極大的經濟性。網絡控制術語“網絡控制”的含義非常廣泛，主要指配電網運營商保證配電系統(tǒng)安全和可靠的所有行動。在已經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。針對配電網規(guī)劃需要考慮網絡控制問題這一全新概念，分析了網絡解(增加或改造網絡元件