智能配電網(wǎng)中分布式儲(chǔ)能布局優(yōu)化配置分析

杜劍峰，朱明嫄，莊鎮(zhèn)宇

（1.國(guó)網(wǎng)睢寧縣供電公司，江蘇 睢寧 221200；2.國(guó)網(wǎng)徐州供電公司，江蘇 徐州 221000）

引言

隨著雙碳政策的逐步普及和有源配電網(wǎng)的深入推進(jìn)，傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代化電網(wǎng)需求。為了進(jìn)一步提升電網(wǎng)的信息化水平，確保供電質(zhì)量的穩(wěn)步提升，推動(dòng)配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的健康、可持續(xù)發(fā)展，需要重視分布式儲(chǔ)能的優(yōu)化布局。分布式架構(gòu)的優(yōu)化與控制對(duì)電網(wǎng)的優(yōu)化和升級(jí)具有積極的促進(jìn)作用，有利于企業(yè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展。

1 智能配電網(wǎng)中分布式架構(gòu)系統(tǒng)配置分析

1.1 分布式電源

分布式電源，亦被稱為分布式功能或發(fā)電，通常是指分散布置小型發(fā)電裝置的發(fā)電方式，其分布位置普遍為用戶住處或周邊，對(duì)緩解能源危機(jī)和補(bǔ)充電源發(fā)揮著重要的作用。因此，在配電網(wǎng)中的應(yīng)用極為廣泛。其常見(jiàn)類型主要有太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電。目前，太陽(yáng)能發(fā)電較為普及，可以通過(guò)光電效應(yīng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并用蓄電池組存儲(chǔ)，在使用時(shí)利用逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。風(fēng)力發(fā)電是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，屬于一種清潔無(wú)污染的發(fā)電方式，也是目前最具發(fā)展前景的發(fā)電方式。但上述兩種發(fā)電方式相較于傳統(tǒng)發(fā)電方式，在穩(wěn)定性上存在問(wèn)題，無(wú)論是太陽(yáng)能發(fā)電還是風(fēng)力發(fā)電，均會(huì)受天氣影響，存在隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)。因此，在并網(wǎng)后容易影響配電系統(tǒng)的運(yùn)行，為消除影響，需要對(duì)分布式儲(chǔ)能布局進(jìn)行優(yōu)化，只有這樣，才能保證并網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

1.2 物理系統(tǒng)構(gòu)建

多智能系統(tǒng)是開(kāi)展分布式控制優(yōu)化、決策的基礎(chǔ)，對(duì)于配電網(wǎng)工程來(lái)說(shuō)，主要由本地控制器、通信接口智能裝置以及分布式通信網(wǎng)絡(luò)共同組成了分布式架構(gòu)的智能配電網(wǎng)物理系統(tǒng)。在技術(shù)改造過(guò)程中，配電網(wǎng)的設(shè)備能夠發(fā)揮積極作用，為分布式架構(gòu)物理系統(tǒng)的構(gòu)建提供支持和助力。例如，分布式電源中的逆變器借助帶有通信接口的DSP實(shí)現(xiàn)控制器的作用，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)連接形式，獲得控制策略的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，符合網(wǎng)絡(luò)連接控制策略的數(shù)據(jù)要求，實(shí)現(xiàn)分布式的優(yōu)化與控制。智能化柱上開(kāi)關(guān)能夠?qū)⒕偷鼗Ｗo(hù)、計(jì)量以及通信融合在一起，為其他智能體提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)與拓?fù)湫畔?shù)據(jù)。配電網(wǎng)中不同智能體的物理位置和控制邏輯更加獨(dú)立，利用通信與自身邏輯，能夠?qū)崿F(xiàn)軟件與硬件的結(jié)合。需要注意的是，智能體需要包括以下幾方面的功能：一是通信功能。該功能能夠?qū)崿F(xiàn)接收不同節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自身信息的發(fā)送。二是感知功能。該功能能夠?qū)崿F(xiàn)邊緣數(shù)據(jù)的處理，使得傳感器采集到的原始數(shù)據(jù)信息合理轉(zhuǎn)換為本地計(jì)算、通信服務(wù)。三是計(jì)算功能。該功能能夠依據(jù)已設(shè)定完成的算法進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。四是執(zhí)行功能。該功能依據(jù)所發(fā)出的操作指令進(jìn)行作業(yè)。如對(duì)分布式電源出力進(jìn)行合理調(diào)節(jié)和控制，對(duì)居民用戶的可中斷負(fù)荷進(jìn)行靈活調(diào)整。

1.3 區(qū)域優(yōu)化與控制

智能配電網(wǎng)智能化體系的運(yùn)行在分布式架構(gòu)基礎(chǔ)上需要保證運(yùn)行通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，以配電網(wǎng)拓?fù)湫畔⒑蛯?shí)際運(yùn)行情況為核心，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。通常情況下，分管區(qū)域的劃分應(yīng)與該區(qū)域受控單元數(shù)量以及分布區(qū)域大小為基礎(chǔ)，使不同區(qū)域的空間距離與智能體的耦合連接更加順暢。分布式系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要是以多智能體架構(gòu)系統(tǒng)的穩(wěn)定性為依托，對(duì)單個(gè)智能體性能、智能體數(shù)量進(jìn)行科學(xué)控制。當(dāng)獨(dú)立、單一的智能體性能較高時(shí)，其控制對(duì)象的效果也更好，但此時(shí)整體系統(tǒng)的智能體數(shù)量卻不斷增加，造成整個(gè)控制與優(yōu)化成本的增加。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，集中布置的分布式電源可以通過(guò)性能設(shè)置、主體智能體功能的完善實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)的分解和調(diào)度，對(duì)于下游的控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，則采用低成本的控制智能體完成相關(guān)任務(wù)。而當(dāng)單一智能體控制對(duì)象的數(shù)量增加時(shí)，則建設(shè)成本隨之降低，在此過(guò)程中，被控制對(duì)象的控制效率也不斷降低，進(jìn)一步增強(qiáng)了被控制對(duì)象發(fā)生故障的可能性，當(dāng)整體系統(tǒng)受到波動(dòng)時(shí)，由于智能體數(shù)量的降低造成控制策略無(wú)法及時(shí)跟蹤到系統(tǒng)的變化和波動(dòng)，對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響[1]。

1.4 建設(shè)規(guī)劃

配電網(wǎng)信息系統(tǒng)在分布式架構(gòu)的支持下，能夠?qū)崿F(xiàn)信息與通信的交換，同時(shí)對(duì)其自身的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提出了新的需求，不僅需要系統(tǒng)自身運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，還需要重視配電網(wǎng)抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力。即對(duì)于緊急狀態(tài)下的突發(fā)事件，電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，依據(jù)自身的分布式電源和智能體系實(shí)現(xiàn)整體的調(diào)度和控制，進(jìn)一步增強(qiáng)配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，需要對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行合理的規(guī)劃和布置。對(duì)于智能體的管理區(qū)域劃分，需要對(duì)該區(qū)域的配電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行能力和智能體所在區(qū)域的依賴關(guān)系進(jìn)行充分考量，對(duì)分布式儲(chǔ)能設(shè)施則需要重點(diǎn)考量。因此，對(duì)于分布式架構(gòu)下的智能配電網(wǎng)，既需要做好通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，更需要明確配電網(wǎng)的科學(xué)合理規(guī)劃。

1.4.1 通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性離不開(kāi)圖像的連通性，為保證通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，需要在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)前做好連通度閾值的預(yù)定工作。合理制定通信寬帶、通信信號(hào)以及通信能耗的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升通信的整體運(yùn)行時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間[2]。

1.4.2 經(jīng)濟(jì)性規(guī)劃

為保證智能配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性規(guī)劃滿足實(shí)際運(yùn)行需求，需要對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、分布式能源消耗進(jìn)行合理控制。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，不僅整體通信網(wǎng)絡(luò)要達(dá)標(biāo)，更要實(shí)現(xiàn)降低建設(shè)成本的目的。對(duì)于分布式能源的消耗，可再生能源消耗率的增加，能夠有效減少供電成本。此外，分布式能源的消耗對(duì)降低因遠(yuǎn)距離輸送導(dǎo)致線路損耗具有積極的意義。通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本主要與通信拓?fù)湓O(shè)計(jì)、智能體總體個(gè)數(shù)有關(guān)。因此，分布式能源消耗率、線路損耗的降低都需要配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)合理規(guī)劃和選址定容的合理配置。

在配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃中，由于分布式電源、分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)以及網(wǎng)架規(guī)劃之間聯(lián)系緊密，當(dāng)分布式能源滲透率逐步提高時(shí)，區(qū)域配電網(wǎng)自給率隨之升高，有效降低了規(guī)劃后的網(wǎng)架建設(shè)成本。智能配電網(wǎng)中分布式架構(gòu)建立的相關(guān)指標(biāo)與智能體管理區(qū)域劃分和分布式能源整體利用率緊密相關(guān)。當(dāng)分布式能源占比較高時(shí)，極易造成區(qū)域內(nèi)調(diào)度難度逐漸增大，系統(tǒng)的電壓頻率隨之提升，帶來(lái)一定的供需不平衡問(wèn)題。當(dāng)分布式能源占比較低時(shí)，容易發(fā)生整體網(wǎng)架建設(shè)成本、電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本提高。因此，科學(xué)平衡分布式能源占比和網(wǎng)架建設(shè)成本對(duì)于智能配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃具有積極的意義[3]。

2 分布式儲(chǔ)能布局優(yōu)化與選址

2.1 選址定容規(guī)劃模型建立

分布式能源主要包括分布式電源和分布式儲(chǔ)能，其中分布式電源主要以清潔能源為主，其選擇多靠近用戶。而分布式儲(chǔ)能則能夠優(yōu)化和完善分布式電源整體特征，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)壓，提升配電網(wǎng)的可靠性，優(yōu)化分布式電源高滲透率。分布式儲(chǔ)能選址定容規(guī)劃需要從以下幾個(gè)方面入手：一是對(duì)配電網(wǎng)DG負(fù)荷分布情況進(jìn)行全方位了解，明確已有分布式儲(chǔ)能容量與位置。二是整理和收集現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)信息，與規(guī)劃方案相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)前期的預(yù)測(cè)。三是依據(jù)選取的信息，以模型的方式對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行驗(yàn)證。在實(shí)際的規(guī)劃中，需要結(jié)合多方面的原因，綜合經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)科學(xué)設(shè)置。將分布式儲(chǔ)能接入到配電網(wǎng)中能夠?qū)崿F(xiàn)改善和調(diào)節(jié)作用，將發(fā)電運(yùn)行成本、網(wǎng)損以及客戶終端成本指標(biāo)進(jìn)行合理分析。

模型的建設(shè)過(guò)程中，其限制約束條件主要體現(xiàn)在配電網(wǎng)中的潮流，在此基礎(chǔ)上，需要對(duì)以下幾個(gè)因素進(jìn)行綜合考量：一是儲(chǔ)能設(shè)備以離散形式為主，因此，儲(chǔ)能設(shè)備廠家以標(biāo)準(zhǔn)功率儲(chǔ)能單元進(jìn)行模塊定制。二是已接入的分布式儲(chǔ)能容量需要高于間歇性分布式電源出力負(fù)荷，確保分布式電源的消耗力。三是為進(jìn)一步提升分布式儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)負(fù)荷的變化制定儲(chǔ)能放電策略。在模型的建立過(guò)程中，一方面應(yīng)對(duì)規(guī)劃目標(biāo)、約束條件予以充分考量，另一方面則需要與配電網(wǎng)各種影響因素相結(jié)合。在配電網(wǎng)負(fù)荷逐漸增加的背景下，實(shí)際的規(guī)劃應(yīng)與應(yīng)用前景相結(jié)合[4]。

2.2 選址定容規(guī)劃求解

分布式儲(chǔ)能選址定容對(duì)配電網(wǎng)優(yōu)化與運(yùn)行具有積極的作用，可實(shí)現(xiàn)分布式電源的靈活調(diào)整。選址定容規(guī)劃求解方式主要分為傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化、混合策略以及元啟發(fā)式策略。其中，傳統(tǒng)數(shù)學(xué)優(yōu)化策略的實(shí)現(xiàn)需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，將多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題變?yōu)閱文繕?biāo)的形式，在該種策略中最優(yōu)潮流是較為經(jīng)典的求解方式。對(duì)于輻射狀配電網(wǎng)規(guī)劃來(lái)說(shuō)，以系統(tǒng)導(dǎo)納矩陣為依據(jù)進(jìn)行分布式能源安裝位置的確認(rèn)，更加快速、精確。當(dāng)配電網(wǎng)較為復(fù)雜時(shí)，無(wú)法進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)解析、無(wú)法建立模型將相關(guān)數(shù)據(jù)以目標(biāo)函數(shù)的方式展現(xiàn)出來(lái)，其優(yōu)化效果依然需要借助仿真實(shí)驗(yàn)完成?；旌喜呗苑绞綗o(wú)法在提升優(yōu)化精確性的同時(shí)，保證方法具有高度的普適性。因此，為了最大程度確保策略有更大的適用領(lǐng)域，進(jìn)一步提升優(yōu)化的效率，需要對(duì)其策略進(jìn)行行改進(jìn)和融合，改善其存在的劣勢(shì)問(wèn)題。元啟發(fā)式策略的應(yīng)用較為廣泛，能夠有效改善對(duì)某一問(wèn)題的依賴性，但是存在所求結(jié)果不精確的問(wèn)題。其中的禁忌搜索策略在應(yīng)用過(guò)程中能夠以最快的速度確定搜索范圍，實(shí)現(xiàn)分布式能源的選址定容。

2.3 主動(dòng)管理

主動(dòng)管理技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)智能配電網(wǎng)資源的合理控制和協(xié)調(diào)，轉(zhuǎn)變?cè)须娋W(wǎng)建設(shè)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)管理規(guī)劃。同時(shí)，主動(dòng)管理模式的有效應(yīng)用能夠保證分布式能源在接入方面的優(yōu)勢(shì)更加明顯和突出。主要體現(xiàn)為規(guī)劃管理系統(tǒng)借助該區(qū)域?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)與分析，對(duì)分布式能源自身進(jìn)行深入分析和考量，針對(duì)配電網(wǎng)存在的運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定、負(fù)載大等問(wèn)題進(jìn)行合理配置，提升規(guī)劃的精確程度。同時(shí)，根據(jù)配電網(wǎng)的實(shí)際負(fù)荷增長(zhǎng)情況，對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，將配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)情況和規(guī)劃內(nèi)容相結(jié)合，引入網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的方式，將響應(yīng)策略、自愈策略等自動(dòng)管理技術(shù)相融合，推動(dòng)智能配電網(wǎng)能夠穩(wěn)定、高效運(yùn)行，進(jìn)一步提升設(shè)備的利用效率。智能配電網(wǎng)的主動(dòng)管理需要對(duì)各類智能化設(shè)備通信系統(tǒng)進(jìn)行有效應(yīng)用，根據(jù)分布式儲(chǔ)能的規(guī)劃要求進(jìn)行科學(xué)管理。智能配電網(wǎng)規(guī)模的增大，分布式電源與分布式儲(chǔ)能滲透率的提升，分布式結(jié)構(gòu)能夠改善集中化管理帶來(lái)的通信成本高、擴(kuò)展性差等問(wèn)題[5]。

3 結(jié)論

分布式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，對(duì)實(shí)現(xiàn)分布式優(yōu)化與控制技術(shù)具有積極的意義。隨著理論與研究技術(shù)的深入與進(jìn)步，為分布式架構(gòu)在智能配電網(wǎng)信息系統(tǒng)中的有效應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。智能配電網(wǎng)智能化的完善與優(yōu)化，不僅能夠有效提升設(shè)備的利用效率，還有助于提升配電網(wǎng)安全性與穩(wěn)定性。