基于分布式电源群调群控技术的配网调节控制方案设计

蔡方明，金欣晨，杨 燕，陈 旭

（国网江西省供电公司南昌供电分公司，江西 南昌 330006）

0 引言

近年来分布式电源得到了大力发展，逐渐成为配网的重要组成部分，然而分布式电源对于配网的安全稳定运行带来了诸多影响。文献[1-2]在传统保护的基础上，通过改变传统电流保护策略，以解决配网中各支路的电流由于分布式电源的接入而导致的原有保护误动或灵敏度下降问题。文献[3]基于中压配网辐射状结构，分析总结了分布式电源不同并网参数对配网系统网损以及电压分布的影响规律。由于分布式电源渗透性的日益增强，引发配网故障定位的难度，一方面可以通过故障计算的手段[4]，形成故障分析保护策略。另一方则通过一种改进的鸽群故障定位算法[5]，有效提高了分布式电源配网故障定位的效率。此外，大量分布式电源的接入同样给配网带来了新的挑战，如潮流越限、有功调节等问题。为了解决这些问题，本文提出了一种基于分布式电源群调群控技术的调节控制策略，旨在实现分布式电源的可视、可控的调节控制，以实现配网的安全稳定运行。

1 面临的挑战

可调可控需求：随着可再生能源的快速发展，分布式电源的接入规模不断增长。然而，传统配网往往无法有效管理大规模的分布式电源接入，使得配网面临对分布式电源进行精细化调节的需求，包括输出功率、无功功率和电压等参数的调节，以适应配网负载的变化和提高供电质量。

潮流越限：由于分布式电源群的接入，配网系统中潮流分布变得复杂。当出现潮流超过额定范围时，可能导致设备过载、线损增加，甚至影响配网运行的稳定性。

有功调节：配网中大量的分布式电源接入会带来有功功率的波动和不确定性，有功调节用于平衡系统的有功功率；然而，由于分布式电源群数量庞大且分布广泛，有功调节涉及到大规模的协同控制问题，包括保持电网的供需平衡，确保稳定的电压和频率。

针对上述问题，须形成一种分布式电源群调群控技术的配网调节控制策略，在考虑与传统配电系统兼容性的前提下，以实现对分布式电源的精细化调节和全局协同控制，从而确保配网的安全稳定运行。

2 解决方案

分布式电源群调群控技术类属于一种分布式电源的集中控制和自治协同的调节控制手段。通过将分布式电源组织成群，实现对群内分布式电源的集中控制，同时允许各个分布式电源在一定范围内进行自治协同，以实现配网的调节和控制。

分布式电源群调群控技术通过集中控制和自治协同的方式，实现了对分布式电源的精细化调节和全局协同控制，具有较高的可调控、自治协同、故障处置等主要优势。

2.1 解决原理

分布式电源群调群控技术采用了省、地、用三级主站控制架构，即在配网中设置省级主站、地级主站和用户级主站，如图1所示。省级主站负责整体规划和全局控制，地级主站负责区域调度与分布式电源群控制，用户级主站负责用户侧的需求响应与协同。这种架构能够实现层级化管理，将控制从上到下进行，并适应不同层次的调控需求。为了实现对分布式电源群的集中调控，设计对应的分布式电源群调群控模块，通过与各个分布式电源的通信接口进行交流，获取分布式电源的运行状态和参数，并向其发送调控指令，最终完成对分布式电源的集中调节和控制。

图1 调控层级架构

通过架构与模块结合的方式，有效管理和调控分布式电源群，从而提升配网的可调性和可控性。同时，它也能够确保分布式电源群在配电网中的稳定运行，解决了因分布式电源接入而引起的潮流越限问题。

2.2 主要优势

可调控：分布式电源具备可调控性，可根据系统需求进行灵活调节，有效应对配网负荷变化和电网波动，提高系统性能与供电质量。

自治协同：分布式电源群调群控技术允许分布式电源在一定范围内进行自治协同。每个分布式电源可以根据自身情况（通过实时发电情况和储能水平，判断是否须进行发电或储能操作。如果发电能力或储能容量较高，可以主动将多余的电能注入到配网中；反之，可向其他分布式电源请求电能。此外，可依据负荷需求和电力市场价格等因素，灵活调整自身运行状态与其他分布式电源进行协同。）和局部调控要求做出响应的调节决策，同时为了实现与其他分布式电源协同，分布式电源之间需要进行信息交流和协调，利用智能设备并配合必要的通信手段，建立分布式电源间的通信网络，实现发电能力、储能水平、负荷需求等信息数据的传递与共享。在协同过程中，分布式电源可以通过集体决策、协作，实现整体性的配网调控。例如，当某个地区的负荷需求较高时，分布式电源可以相互协调，将多余的发电能力集中供给该地区，以满足需求；或者在某个分布式电源发生故障时，其他分布式电源可以共同承担相应的负荷，保证电网的稳定运行。

高效可靠：通过集中控制和自治协同相结合的方式，兼顾调控的高效性和可靠性。集中控制可以确保全局调控的准确性和一致性，而自治协同则提高了系统的容错能力和稳定性。

2.3 主要应用

分布式电源群调群控技术作为一种集中控制和自治协同的调节控制手段，为分布式电源的管理和调控提供了全新的解决方案，其应用前景十分广阔。主要体现在故障处置、全局协同以及节能减排等方面。对于故障处置方面，通过与分布式电源通信接口的匹配实现信息互通，实时监测分布式电源的运行状态和参数。在发生故障时，系统可以快速定位故障点，通过省级主站和地级主站的整体规划和全局控制，迅速识别受影响的区域和分布式电源群，为故障处置提供有力支持。同时，可以通过协同控制实现负荷的智能转移，使其他正常运行的分布式电源群承担额外的负荷。

此外，各个分布式电源也可以根据自身情况和局部调控要求做出响应的调节决策。这种自主故障响应机制使得系统在进行故障隔离时更加灵活，能够减小受影响的区域范围，提高整个系统的容错能力。

3 调控策略

基于分布式电源群调群控技术，对目标区域进行分层分区优化，以确定所选整体区域能够以一种区域化的方式进行调控。在保证调控准确性的同时应该尽量避免目标区域越限导致调控失败的情况发生，实现一种范围内分布式电源的精准调控，从而提高电网用电的可靠性。

调控策略可由4个模块原型共同实现，即层级聚类、状态更新、监测控制以及电源群控。（1）层级聚类模块利用分布式电源的电源信息对目标区域进行分层聚类，形成层级化结构。通过K-means算法完成对目标区域的多标准聚类，获得多层次嵌套结构，方便分布式电源大面积群控时目标的确定。（2）状态更新模块实时捕获目标区域内分布式电源的动态信息，根据已有信息实时更新局部区域的数据。这样做有助于监测和更新目标区域分布式电源的实时信息，提高调控的准确性和实用性。（3）监测控制模块在获得控制信号后，根据对控制信号的解析结果，结合层级化结构，确定若干目标控制区域，完成待调控区域的分解，以确定若干目标控制网格为一个整体进行调控。在保证了调控的准确性的同时在提高分布式电源大面积调控效率，避免区域过大导致部分调控失误的问题。（4）电源群控模块获取目标控制区域对应的实时信息，核验并确认目标电源。通过对目标电源的同步调控，确保实现目标控制网格内的精准调控。在实际调控前，该模块对涉及的分布式电源特征进行核验，为调控目标提供保障，实现对分布式电源的精准调控和管理。

分布式电源群调群控策略流程图，如图2所示。

图2 群调群控策略流程图

具体的步骤如下：

步骤1：获取目标区域内的分布式电源信息，并根据电源属性和相似性进行层级化分层聚类。通过使用聚类算法将分布式电源划分为不同的层级（这里分类的依据主要根据接入的电压等级、发电设备类型以及控制性质），以支持后续的调控操作。

步骤2：实时获取目标区域内分布式电源的动态信息，并动态更新对应区域的实时数据。动态信息包括实时功率输出、连接状态和负载等。通过实时监测和更新，可以准确了解每个区域的当前状态，为后续调控决策提供依据。

步骤3：解析实时控制信号并确定目标控制区域。控制信号通常来自电网系统或上层调度系统，用于指示分布式电源的调控行为。通过协议解析和数据处理技术，解析控制信号的内容和目标区域。结合层级化区域的信息，确定需要进行调控的目标控制区域。

步骤4：获取并验证目标控制区域的实时信息。通过电源群控模块，获取目标控制区域内的分布式电源实时数据，并进行验证。这样可以确保所选目标电源满足调控要求，并为后续的同步调控做好准备。

步骤5：对目标电源进行同步调控。在实际的调控操作中，对目标控制区域内的分布式电源进行同步调控，包括功率调整和负载均衡等。通过同步调控实现目标控制区域内分布式电源的协调运行，提高调控的准确性和稳定性，便于完成分布式电源进行合理的潮流分配与平抑波动的目标。

4 结束语

本文提出了基于分布式电源群调群控技术的调节控制方案，旨在解决分布式电源接入配网遭遇的潮流越限、有功调节等问题。该方案利用分布式电源的可调控性优势，实现了配网接入分布式电源的全局控制与就地自治协同，为电网的安全稳定运行提供了支撑。对于未来的研究进程，可通过优化调控策略以适应不断演化的配网需求。