主動(dòng)配電系統(tǒng)運(yùn)行與控制關(guān)鍵技術(shù)

王守相，葛磊蛟(智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(天津大學(xué))，天津市300072)

主動(dòng)配電系統(tǒng)運(yùn)行與控制關(guān)鍵技術(shù)

王守相，葛磊蛟
(智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(天津大學(xué))，天津市300072)

主動(dòng)配電系統(tǒng)(active distribution system，ADS)是在智能電網(wǎng)發(fā)展的大背景下提出的一個(gè)概念。該文在對(duì)主動(dòng)配電系統(tǒng)的相關(guān)概念進(jìn)行辨析的基礎(chǔ)上，按照預(yù)測(cè)層、控制層和服務(wù)層這3個(gè)層次，具體從主動(dòng)配電系統(tǒng)的態(tài)勢(shì)感知與預(yù)警技術(shù)、主動(dòng)配電系統(tǒng)的自適應(yīng)分層分布式智能控制技術(shù)、主動(dòng)配電系統(tǒng)的互動(dòng)化服務(wù)技術(shù)等幾個(gè)方面，對(duì)主動(dòng)配電系統(tǒng)運(yùn)行與控制關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行總結(jié)和展望。

主動(dòng)配電系統(tǒng)(ADS);智能配電網(wǎng);智能電網(wǎng);云計(jì)算;大數(shù)據(jù)

0 引言

為了綠色經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、高效、可靠、安全運(yùn)行，促進(jìn)可再生能源的規(guī)模化高效利用，達(dá)到能源利用的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益的最大化，發(fā)展智能電網(wǎng)已成為全社會(huì)的共識(shí)和關(guān)注的焦點(diǎn)。在我國(guó)《國(guó)家能源科技“十二五”規(guī)劃》中明確提出大力發(fā)展智能電網(wǎng)技術(shù)。配用電系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)到用戶的最后一環(huán)，與用戶的聯(lián)系最為緊密，對(duì)用戶的影響也最為直接。智能配網(wǎng)技術(shù)的采用有助于充分利用各地的清潔能源和可再生能源，有助于向用戶提供高質(zhì)量、高可靠性的電力，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)“節(jié)能減排”目標(biāo)的重要舉措。未來(lái)的配電系統(tǒng)將朝著具備靈活、可靠、高效的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、高可靠性和高安全性的通信網(wǎng)絡(luò)、高滲透率的分布式電源接入、配電系統(tǒng)的快速仿真與自愈控制的總體方向和總體目標(biāo)發(fā)展。

主動(dòng)配電系統(tǒng)是在智能配電網(wǎng)發(fā)展的大背景下提出的一個(gè)概念。本文在對(duì)主動(dòng)配電系統(tǒng)的相關(guān)概念進(jìn)行辨析的基礎(chǔ)上，主要從主動(dòng)配電系統(tǒng)的態(tài)勢(shì)感知與預(yù)警技術(shù)、主動(dòng)配電系統(tǒng)的分布式智能控制技術(shù)、主動(dòng)配電系統(tǒng)的互動(dòng)化技術(shù)等幾個(gè)方面，對(duì)主動(dòng)配電系統(tǒng)運(yùn)行與控制關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展作一總結(jié)和展望。

1 主動(dòng)配電系統(tǒng)相關(guān)概念辨析

配電系統(tǒng)是由多種配電元件和配電設(shè)施所組成的用以交換電壓和直接向終端用戶分配電能的一個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)中，沒有或者很少存在用戶側(cè)的電源，電能主要來(lái)自上級(jí)電網(wǎng)，電力公司作為配電系統(tǒng)的所有者和運(yùn)營(yíng)方，向用戶配送電能并收取電費(fèi)。一方面，用戶只能被動(dòng)地接受電力公司的供電服務(wù)和用電管理，沒有選擇權(quán)和自主權(quán)。另一方面，電力公司往往也只是被動(dòng)地響應(yīng)和處理配電系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障或其他狀況，并不斷通過改擴(kuò)建來(lái)滿足用戶不斷增長(zhǎng)的負(fù)荷需求。

隨著能源需求和環(huán)境保護(hù)的壓力日益增長(zhǎng)，可再生能源發(fā)電受到國(guó)內(nèi)外的廣泛重視?？稍偕茉窗l(fā)電的形式有2種，一種是集中式的大規(guī)模的可再生能源發(fā)電，如大型風(fēng)電場(chǎng)等，其特點(diǎn)是集中接入、單點(diǎn)接入容量大;另一種是小型的分布式的可再生能源發(fā)電，簡(jiǎn)稱分布式發(fā)電，是指利用各種分散存在的能源，包括可再生能源(太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、小型風(fēng)能、小型水能、波浪能等)和本地可方便獲取的化石類燃料(主要指天然氣)進(jìn)行發(fā)電供能的方式，其特點(diǎn)是位于用戶負(fù)荷附近，發(fā)電容量小，通常在幾kW到幾十MW，通過10(35)kV及以下電壓等級(jí)接入配電網(wǎng)或獨(dú)立運(yùn)行，多點(diǎn)接入、點(diǎn)多面廣。分布式電源通常直接接入配電系統(tǒng)，也可以與儲(chǔ)能等配合組成微網(wǎng)(或微電網(wǎng))接入配電系統(tǒng)。微網(wǎng)是由分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、能量轉(zhuǎn)換裝置、監(jiān)控和保護(hù)裝置、負(fù)荷等匯集而成的小型發(fā)、配、用電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和能量管理的自治系統(tǒng)。分布式發(fā)電和微網(wǎng)的接入對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。配電系統(tǒng)中大量分布式電源和微網(wǎng)的存在將改變電力系統(tǒng)在中、低壓層面的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式，增加配電系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜性，但同時(shí)也將有助于解決配電系統(tǒng)中大規(guī)模分布式可再生能源的有效接入問題［1］。

未來(lái)的配電系統(tǒng)將成為含分布式電源的集電能收集、電能傳輸、電能存儲(chǔ)和電能分配為一體的新型電力交換系統(tǒng)。于是有源配電網(wǎng)的概念應(yīng)運(yùn)而生。有源配電網(wǎng)是當(dāng)前正在發(fā)展和未來(lái)電力公司和用戶所共同面對(duì)的網(wǎng)絡(luò)對(duì)象，是新形勢(shì)下區(qū)別于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的提出了新的需求和挑戰(zhàn)的新型配電網(wǎng)。

主動(dòng)配電網(wǎng)是為了應(yīng)對(duì)新形勢(shì)下配電網(wǎng)(即有源配電網(wǎng))的挑戰(zhàn)，由電力公司主導(dǎo)的積極的技術(shù)和管理手段。而主動(dòng)配電系統(tǒng)所涵蓋的內(nèi)容則更廣些，既包括電力公司的主動(dòng)配電網(wǎng)措施，也包括微網(wǎng)及其他用戶積極參與的需求側(cè)響應(yīng)的內(nèi)容［2-4］。

智能配電網(wǎng)是比主動(dòng)配電系統(tǒng)涵義更廣的概念。主動(dòng)配電系統(tǒng)只是重點(diǎn)反映了智能配電網(wǎng)的一個(gè)重要特征，即主動(dòng)性。智能配電網(wǎng)是體現(xiàn)了高度的靈活性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和智能化的高級(jí)配電系統(tǒng)。主動(dòng)性只是智能化的其中一種表現(xiàn)形式。智能配電網(wǎng)是配電網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)終極目標(biāo)，智能配電網(wǎng)的建設(shè)不是一蹴而就的，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)的不斷發(fā)展和完善的過程。

綜上所述，主動(dòng)配電系統(tǒng)相關(guān)的概念關(guān)系，如圖1所示。

主動(dòng)配電系統(tǒng)所涉及的范圍廣泛，包括內(nèi)容也非常多，國(guó)內(nèi)外已開展了較多的研究［5-10］。本文重點(diǎn)按照預(yù)測(cè)層、控制層和服務(wù)層這3層遞進(jìn)關(guān)系，對(duì)主動(dòng)配電系統(tǒng)相關(guān)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)闡述，其各個(gè)內(nèi)容之間的關(guān)系如圖2所示，下文將展開詳細(xì)敘述。

圖1 主動(dòng)配電系統(tǒng)相關(guān)概念關(guān)系圖Fig.1 Diagram of the relationship among the related concepts of active distribution system

圖2 主動(dòng)配電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)關(guān)系圖Fig.2 Diagram of the relationship among the key technologies of active distribution system

2 主動(dòng)配電系統(tǒng)的態(tài)勢(shì)感知與預(yù)警技術(shù)

2.1 主動(dòng)配電系統(tǒng)的不確定性建模與分析技術(shù)

雖然從可再生能源和清潔能源利用的角度來(lái)看，分布式電源優(yōu)勢(shì)明顯，需要大力提倡和發(fā)展。但從電網(wǎng)的角度來(lái)看，由于風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等屬于間歇式電源，這些分布式電源的隨機(jī)性和間歇性特點(diǎn)，使得含分布式電源和微網(wǎng)的電力網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、分析和優(yōu)化運(yùn)行都不同于傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)。未來(lái)需要在思路上有所創(chuàng)新，要求在傳統(tǒng)確定性分析方法的基礎(chǔ)上考慮更多不確定因素的影響。尤其在配電網(wǎng)絡(luò)之中，存在更多的不確定性因素。配電系統(tǒng)的負(fù)荷種類繁多、變化頻繁，時(shí)常發(fā)生的故障或檢修等原因會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的連結(jié)方式發(fā)生改變，所有這些不確定性因素的影響，使得配電系統(tǒng)中經(jīng)常得到的是不確定性的信息。另外，在未來(lái)實(shí)施配電側(cè)電力市場(chǎng)條件下，受電價(jià)尤其是實(shí)時(shí)電價(jià)調(diào)節(jié)作用的影響，電力用戶會(huì)以小型儲(chǔ)能、分布式電源或戶內(nèi)用電負(fù)荷調(diào)整的方式參與電能調(diào)節(jié)，使得系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中的不確定因素大大增加。傳統(tǒng)的優(yōu)化分析方法需要各物理量的準(zhǔn)確的點(diǎn)值信息，而分布式電源發(fā)出的電能、用戶消費(fèi)的負(fù)荷功率時(shí)刻都會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng)變化，難以預(yù)知其準(zhǔn)確的數(shù)值。同時(shí)，傳統(tǒng)優(yōu)化分析方法得到的優(yōu)化結(jié)果往往依賴于所給的具體點(diǎn)值，受參數(shù)變化的影響較大，優(yōu)化結(jié)果的適應(yīng)性和可信度差，難以適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化，一旦條件改變，其優(yōu)化的效果和性能會(huì)大大降低，有時(shí)甚至適得相反。因此，研究考慮不確定性的建模和分析方法十分必要。

2.2 主動(dòng)配電系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

近年來(lái)，大數(shù)據(jù)(Big Data)技術(shù)已經(jīng)在全球?qū)W術(shù)界、工業(yè)界和各國(guó)政府得到高度關(guān)注和重視。2012年3月，美國(guó)政府發(fā)布了“大數(shù)據(jù)研究發(fā)展創(chuàng)新計(jì)劃”，并投資2億美元啟動(dòng)大數(shù)據(jù)技術(shù)研發(fā)。緊跟全球大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展的浪潮，我國(guó)政府、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)大數(shù)據(jù)也予以了高度的關(guān)注。目前，大數(shù)據(jù)技術(shù)在全球的工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和各行業(yè)領(lǐng)域迅猛發(fā)展。在信息技術(shù)應(yīng)用較早、數(shù)據(jù)積累較多的行業(yè)，如互聯(lián)網(wǎng)、電信、金融等領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)初步顯示出對(duì)行業(yè)的顛覆性影響。近年電力行業(yè)的數(shù)據(jù)資源開始急劇增長(zhǎng)并形成了一定的規(guī)模，對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)也產(chǎn)生強(qiáng)烈的需求。具體表現(xiàn)為:數(shù)據(jù)量由TB級(jí)向PB級(jí)發(fā)展，面臨數(shù)據(jù)高性能存儲(chǔ)和高可擴(kuò)展性挑戰(zhàn);公司業(yè)務(wù)向智能化精細(xì)化方向發(fā)展，對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)性提出更高要求;跨業(yè)務(wù)、跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理和分析能力需要進(jìn)一步提升。然而目前仍鮮有研究的是關(guān)于利用大數(shù)據(jù)技術(shù)解決電力系統(tǒng)，特別是配用電系統(tǒng)的上述問題。

大數(shù)據(jù)軟件體系結(jié)構(gòu)可分為數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理、數(shù)據(jù)分析和挖掘等幾個(gè)方面。在數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理方面，針對(duì)管理信息系統(tǒng)中的異構(gòu)數(shù)據(jù)集成、Web系統(tǒng)中的實(shí)體識(shí)別和DeepWeb集成、傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)已有很多研究工作，如Data Flux、Data Stage等。在大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理方面，當(dāng)前普遍采用的是分布式文件系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。分布式文件系統(tǒng)涉及高效元數(shù)據(jù)管理技術(shù)、存儲(chǔ)可擴(kuò)展技術(shù)、針對(duì)負(fù)載的存儲(chǔ)優(yōu)化技術(shù)、基于存儲(chǔ)器件的優(yōu)化技術(shù)等;分布式數(shù)據(jù)庫(kù)包括事務(wù)型數(shù)據(jù)庫(kù)、NoSql數(shù)據(jù)庫(kù)和分析型數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)前大數(shù)據(jù)處理的典型技術(shù)包括HBase和Hive等查詢分析系統(tǒng)，MapReduce和Hadoop等批處理系統(tǒng)，S4和Storm等流處理系統(tǒng)，Pregel等圖計(jì)算系統(tǒng)。由于大數(shù)據(jù)處理的多樣性和復(fù)雜性，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界不斷研究和推出新的大數(shù)據(jù)計(jì)算模式和平臺(tái)，重要的發(fā)展趨勢(shì)包括Hadoop平臺(tái)與其他計(jì)算模式的融合、多樣性混合計(jì)算模式、基于內(nèi)存的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)。數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)方面，針對(duì)Hadoop分析功能薄弱的特點(diǎn)，IBM將R語(yǔ)言與Hadoop進(jìn)行集成，Apache推出了基于Hadoop的算法庫(kù)Mahout，能夠完成的頻繁項(xiàng)集、分類、聚類等傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘任務(wù)。雖然大數(shù)據(jù)處理技術(shù)得到了很大的發(fā)展，但是還需要進(jìn)一步研究原先由于軟硬件限制而無(wú)法實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析和挖掘方法，如大規(guī)模的關(guān)系和時(shí)序數(shù)據(jù)的分析處理。另外，配用電大數(shù)據(jù)應(yīng)用存在各種類型的混雜數(shù)據(jù)、不同特性的分析任務(wù)以及嚴(yán)格的服務(wù)響應(yīng)需求，這對(duì)大數(shù)據(jù)體系架構(gòu)和處理技術(shù)提出了新的要求。

主動(dòng)配電系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)包括輸、配、用以及用戶側(cè)的分布式電源、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車等，具有海量、數(shù)據(jù)更新速度快等大數(shù)據(jù)的固有特性，合理利用大數(shù)據(jù)技術(shù)為主動(dòng)配電網(wǎng)做支撐，是一個(gè)較好的應(yīng)用范例。

2.3 主動(dòng)配電系統(tǒng)的云計(jì)算技術(shù)與云平臺(tái)構(gòu)建

云計(jì)算技術(shù)是Google公司于2007年提出的一種基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算模式，在各行各業(yè)得到了迅猛發(fā)展。Google、Microsoft、IBM、亞馬遜、阿里巴巴、甲骨文、騰訊等國(guó)際國(guó)內(nèi)各大IT公司相繼結(jié)合各自原有產(chǎn)品的特性推出了相關(guān)的公有云、私有云和混合云系列產(chǎn)品及服務(wù)。云計(jì)算作為一種新興的計(jì)算模式，是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)的深入發(fā)展，可以認(rèn)為是基于網(wǎng)絡(luò)的超級(jí)計(jì)算模式。云計(jì)算技術(shù)通過互聯(lián)網(wǎng)將各種廣域異構(gòu)計(jì)算資源整合，形成一個(gè)抽象的、虛擬的和可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的計(jì)算資源池，再通過互聯(lián)網(wǎng)向用戶提供計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、軟件平臺(tái)和應(yīng)用軟件功能。云計(jì)算技術(shù)能夠提供安全可靠的信息存儲(chǔ)，方便快捷的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，是下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)的核心技術(shù)。與傳統(tǒng)計(jì)算模式相比，云計(jì)算技術(shù)主要優(yōu)勢(shì)有:能夠整合大規(guī)模異構(gòu)計(jì)算資源，易于動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，虛擬化服務(wù)，以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的通信平臺(tái)，有很強(qiáng)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。

隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展建設(shè)，我國(guó)電力行業(yè)也正在將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)的調(diào)度、生產(chǎn)、管理、系統(tǒng)仿真、新能源的監(jiān)控等各個(gè)相關(guān)方面，涉及到了潮流分析、不良數(shù)據(jù)辨識(shí)、電力調(diào)度綜合監(jiān)控、繼電保護(hù)整定、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)災(zāi)備、電力仿真等諸多方面，并取得了一些研究成果。

傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)計(jì)算分析平臺(tái)存在一定局限性。隨著智能配電網(wǎng)的建設(shè)，高級(jí)量測(cè)系統(tǒng)、相角測(cè)量單元(PMU)、智能電表，甚至各種智能家電的嵌入式系統(tǒng)都可能向配網(wǎng)調(diào)度中心提供大量的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，其數(shù)據(jù)量驚人，以系統(tǒng)現(xiàn)有處理平臺(tái)的信息處理能力將不足以完成對(duì)海量數(shù)據(jù)流的存儲(chǔ)和分析功能。云平臺(tái)可以有效解決大量信息存儲(chǔ)的問題。

云計(jì)算技術(shù)在主動(dòng)配電系統(tǒng)分析中具有廣泛的應(yīng)用前景。云計(jì)算技術(shù)能夠全方位地應(yīng)用于配電網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行管理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、智能分析等方面并發(fā)揮巨大作用。以云計(jì)算技術(shù)在主動(dòng)配電選題快速建模分析與仿真方面的應(yīng)用為例。一方面，可以將云計(jì)算技術(shù)借鑒應(yīng)用到主動(dòng)配電系統(tǒng)的建模分析和仿真算法中去，以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電系統(tǒng)的快速仿真分析;另一方面，可以按照主動(dòng)配電系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求開發(fā)適合主動(dòng)配電系統(tǒng)仿真的云計(jì)算平臺(tái)。為主動(dòng)配電系統(tǒng)的快速分析和仿真提供一個(gè)可靠高效的計(jì)算平臺(tái)。云計(jì)算與智能電網(wǎng)一樣，不單單是一個(gè)概念，更重要的是一種應(yīng)用與實(shí)踐。一個(gè)好的理念需要付諸實(shí)踐才能發(fā)揮其巨大的效益。因此，開展云計(jì)算這一新興技術(shù)在主動(dòng)配電系統(tǒng)方面的應(yīng)用研究工作，具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

主動(dòng)配電系統(tǒng)運(yùn)行和控制兼顧輸、配、用以及用戶側(cè)的分布式電源、微電網(wǎng)等電力系統(tǒng)的多個(gè)方面，所涉及的IT設(shè)備也將包括大型服務(wù)器、小型機(jī)、刀片服務(wù)器、普通PC機(jī)等多種異構(gòu)的設(shè)施，合理融合這些設(shè)備，高效利用其作用是主動(dòng)配電系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)，于是，云計(jì)算技術(shù)成為整合傳統(tǒng)配電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)備層，為系統(tǒng)的快速可靠控制提供實(shí)施平臺(tái)的一種有效方式。

3 主動(dòng)配電系統(tǒng)的自適應(yīng)分層分布式智能控制技術(shù)

主動(dòng)配電系統(tǒng)的自適應(yīng)分層分布式智能控制是旨在適應(yīng)分布式電源、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車、柔性負(fù)荷等具有主動(dòng)特性的元件接入傳統(tǒng)配電網(wǎng)后的運(yùn)行和控制。

由于主動(dòng)配電系統(tǒng)的監(jiān)管范圍遍布輸-配-用電各個(gè)環(huán)節(jié)，所涉及的計(jì)量表計(jì)、通信傳輸設(shè)備、二次保護(hù)設(shè)備等設(shè)備類型多樣;所采用的通信方式兼顧光纖、以太網(wǎng)、GPRS、RS485、RS422等多種形式，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群晚憫?yīng)時(shí)間也各不相同，因此，在實(shí)際的運(yùn)行和控制過程中，將面臨時(shí)滯、通信阻塞、設(shè)備故障、事件響應(yīng)延緩等諸多運(yùn)行和控制的協(xié)調(diào)問題。追究其產(chǎn)生如此多控制協(xié)調(diào)問題的實(shí)際原因，一方面是當(dāng)前配電網(wǎng)的實(shí)際現(xiàn)狀，無(wú)法即時(shí)滿足新技術(shù)的快速推廣應(yīng)用，由于電網(wǎng)的發(fā)展一直具有延續(xù)性，新老設(shè)備和技術(shù)并存是一個(gè)無(wú)法回避的實(shí)際問題，各種不同類型和層次的設(shè)備、技術(shù)在配電網(wǎng)運(yùn)行和控制會(huì)交錯(cuò)存在;另一方面是配電網(wǎng)運(yùn)行和控制目標(biāo)(可靠性、經(jīng)濟(jì)性和安全性等)太多，并且其等式和不等式的約束條件參數(shù)獲取范圍太廣，而控制中心的終端與控制中心的直接對(duì)接的通信網(wǎng)絡(luò)速度太慢，存在高速公路與鄉(xiāng)間小路的對(duì)接問題。

自適應(yīng)分層分布式智能控制技術(shù)，是一種自上而下的控制策略架構(gòu)，最高級(jí)的控制中心僅僅控制最主要目標(biāo)因素并對(duì)下一級(jí)的控制效果進(jìn)行合理歸類和合并，同時(shí)，每一級(jí)控制中心僅僅關(guān)注各自的一個(gè)或者幾個(gè)重要的控制目標(biāo)，如此依次按照以實(shí)現(xiàn)最主要目標(biāo)的控制策略運(yùn)行，直至最終目標(biāo)由系統(tǒng)最終端的控制單元設(shè)備進(jìn)行具體實(shí)現(xiàn)。

終端控制單元，具有較強(qiáng)大的功能，一方面采集系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行一次、二次設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定運(yùn)行目標(biāo)進(jìn)行就地就近控制，以保障現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行;另一方面自適應(yīng)優(yōu)先響應(yīng)上一級(jí)下發(fā)的控制指令，并結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，采用啟發(fā)式的高級(jí)尋優(yōu)算法，進(jìn)行自適應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)響應(yīng)。

采用如此的層級(jí)分明、目標(biāo)明確的自適應(yīng)分層分布式智能控制架構(gòu)，可以有效解決通信鏈路阻塞、信息不流通等所致的控制目標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行與控制問題。

多智能體技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)分層分布式智能控制的一個(gè)有效手段。智能體是一種具有獨(dú)立求解問題能力并能適應(yīng)環(huán)境，與環(huán)境中的其他智能體相互通信協(xié)作共同完成其特定任務(wù)的自治實(shí)體。多智能體系統(tǒng)就是由這樣一組智能體組成的聯(lián)盟。聯(lián)盟中的智能體之間可以為了各自的目標(biāo)進(jìn)行協(xié)作和競(jìng)爭(zhēng)，每個(gè)智能體都具有獨(dú)立的運(yùn)行能力。多智能體的這些特點(diǎn)非常適合主動(dòng)配電系統(tǒng)這樣復(fù)雜的、多維的、系統(tǒng)的分布式智能控制。

4 主動(dòng)配電系統(tǒng)的互動(dòng)化服務(wù)技術(shù)

4.1 多微網(wǎng)協(xié)同調(diào)度技術(shù)

在電網(wǎng)側(cè)方面，主動(dòng)配電系統(tǒng)的互動(dòng)化特性主要體現(xiàn)在分布式電源、微網(wǎng)及區(qū)域多微電網(wǎng)參與配電網(wǎng)的協(xié)同調(diào)度。

分布式電源、10 kV中壓微電網(wǎng)和0．4 kV低壓微電網(wǎng)、多類型負(fù)荷等通過不同的電壓等級(jí)相互連接，從而形成了一個(gè)具備能量流、信息流和業(yè)務(wù)流而融合為一體的中低壓嵌套式的區(qū)域多微電網(wǎng)，其接入配電網(wǎng)一方面將對(duì)配電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行帶來(lái)逆功率、PCC電壓越界、頻率波動(dòng)等諸多問題，也給配電網(wǎng)帶來(lái)了活力，使傳統(tǒng)配電網(wǎng)轉(zhuǎn)化為具有互動(dòng)化操作平臺(tái)和基礎(chǔ)的主動(dòng)配電網(wǎng);另一方面區(qū)域多微電網(wǎng)內(nèi)部的多類型分布式能源、多類型儲(chǔ)能與多類型負(fù)荷等，彼此之間的嵌套、并列、分散多點(diǎn)接入等運(yùn)行方式，也使為保持其穩(wěn)定運(yùn)行的協(xié)同調(diào)度技術(shù)面臨很多新挑戰(zhàn)。

多微網(wǎng)協(xié)同調(diào)度技術(shù)是一個(gè)多目標(biāo)多約束的非線性實(shí)踐問題，其目標(biāo)包括分布式電源、微電網(wǎng)及區(qū)域多微電網(wǎng)的能源利用率、供電可靠性、通信可靠性、電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)能減排、可再生能源利用率等，其約束條件有潮流約束、電壓約束、頻率約束等多方面;同時(shí)，還有兼顧系統(tǒng)的通信時(shí)滯、設(shè)備的響應(yīng)時(shí)滯、不同時(shí)間響應(yīng)常數(shù)設(shè)備的同步控制等諸多問題;以及分布式電源、柔性負(fù)荷的非線性特性等。因此，多微網(wǎng)協(xié)同調(diào)度技術(shù)將會(huì)使主動(dòng)配電網(wǎng)的互動(dòng)化功能具有了智慧的大腦，能夠?yàn)橹鲃?dòng)配電網(wǎng)互動(dòng)化功能在電網(wǎng)側(cè)的實(shí)施，提供有效的支撐。

4.2 用戶互動(dòng)技術(shù)

在用戶側(cè)方面，“靈活、互動(dòng)”是主動(dòng)配電系統(tǒng)的重要特征。其中，靈活包括兩層含義，其一為快速響應(yīng)市場(chǎng)變化和客戶需求，包括滿足客戶多元化、個(gè)性化需求，充分利用電網(wǎng)資源為客戶提供增值服務(wù)。其二為支持新能源新設(shè)備接入，實(shí)現(xiàn)各種不同容量的分布式電源、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能裝置等新能源新設(shè)備的“即插即用式”接入?；?dòng)同樣包含兩層含義:其一是用電信息的互動(dòng)，是指采用現(xiàn)代通信與信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用電及電網(wǎng)信息在供電企業(yè)與用戶之間即時(shí)交換;其二是電能的互動(dòng)，是指用戶根據(jù)各種激勵(lì)措施調(diào)整用電方式，并應(yīng)用自備分布式電源的市場(chǎng)參與行為。

用戶互動(dòng)技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)的設(shè)備層面，主要是通過將供電側(cè)到用戶側(cè)的重要設(shè)備，通過靈活的電力網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)相連，形成高效完整的用電和信息服務(wù)體系，通過互動(dòng)化策略，調(diào)動(dòng)用戶參與需求響應(yīng)或直接進(jìn)行遠(yuǎn)程優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷的柔性化，指導(dǎo)用戶或直接進(jìn)行用電方式優(yōu)化，支撐供電側(cè)的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，主動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)在用戶層的互動(dòng)化，將重點(diǎn)在于用戶側(cè)的設(shè)備層面的互動(dòng)化技術(shù)的支撐。

4.3 滿足用戶差異化需求的主動(dòng)調(diào)度技術(shù)

主動(dòng)配電系統(tǒng)在服務(wù)層面的互動(dòng)化，主要體現(xiàn)在能夠針對(duì)用戶對(duì)供電可靠性和電能質(zhì)量的差異化需求，對(duì)用戶現(xiàn)狀進(jìn)行即時(shí)評(píng)估，采取主動(dòng)的調(diào)度措施，滿足用戶的合同要求。

電網(wǎng)的發(fā)展，勢(shì)必導(dǎo)致不同的設(shè)備組成、不同的用戶構(gòu)成和不同的服務(wù)訴求，用戶主動(dòng)參與電網(wǎng)，以及電網(wǎng)主動(dòng)的響應(yīng)用戶，將形成主動(dòng)配電系統(tǒng)面臨的主調(diào)旋律。深入開展針對(duì)不同的差異化用戶，所供選擇的區(qū)別化的主動(dòng)調(diào)度技術(shù)研究，將成為主動(dòng)配電網(wǎng)服務(wù)層面的一個(gè)關(guān)鍵問題。

5 結(jié)論

本文按照預(yù)測(cè)層、控制層和服務(wù)層這3個(gè)層次，具體分別對(duì)應(yīng)主動(dòng)配電系統(tǒng)的態(tài)勢(shì)感知與預(yù)警技術(shù)、主動(dòng)配電系統(tǒng)的自適應(yīng)分層分布式智能技術(shù)和主動(dòng)配電系統(tǒng)的互動(dòng)化服務(wù)技術(shù)對(duì)主動(dòng)配電系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，為主動(dòng)配電系統(tǒng)的發(fā)展提供了一種思路。另外，對(duì)于主動(dòng)配電系統(tǒng)中涉及的系統(tǒng)信息安全、用戶信息隱私等信息安全方面也是將來(lái)主動(dòng)配電系統(tǒng)在運(yùn)行和維護(hù)過程中面臨的實(shí)際難題，也是有待深入研究和探討的課題。

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Key Technology of Operation and Control of Active Distribution System

WANG Shouxiang，GE Leijiao
(Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of Education(Tianjin University)，Tianjin 300072，China)

Active distribution system is a concept proposed under the background of smart grid．Based on the clarification of relevant concepts of active distribution system，this paper summaries and outlooks the developmentof the key technology of operation and control of active distribution system from three levels of anticipate level，control level and service level．They mainly include the situational awareness and early warning technology，the adaptive hierarchical distributed intelligent control technology，and interactive technology for active distribution system．

active distribution system(ADS);smart distribution grid;smart grid;cloud computing;big data

TM 727

A

1000-7229(2015)01-0085-06

10.3969/j．issn.1000-7229.2015.01.013

2014-12-10

2014-12-18

王守相(1973)，男，工學(xué)博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榉植际桨l(fā)電、微網(wǎng)與智能配電網(wǎng);

(編輯:張媛媛)

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(863計(jì)劃) (2014AA052003);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51361135704，51377115)。

葛磊蛟(1984)，男，博士研究生，研究方向?yàn)橹悄芘潆娋W(wǎng)與不確定性仿真。