含分布式电源的自律分散调控方法分析

含分布式电源的自律分散调控方法分析

王珊珊

（国网湖北省武汉市江夏区供电公司湖北武汉430200）

摘要：面对全球范围内的能源和环境危机，以可再生能源为主的分布式电源在电网中被广泛应用。分布式电源作为未来电力发展的一个新方向，因其种类繁多、并网特性各异，因此现有的集中式调控模式已经无法适应越来越多分布式电源的接入。本文提出了一种分布式电源自律分散协调控制方法，将分布式电源点作为同构节点接入自律分散系统的数据域中，让各节点之间既相互协调作用又能实现自主控制，具有较好的在线扩展性。通过与集中调控模式下的分布式电源控制方法作对比的算例分析，验证了自律分散调控的有效性。

关键词：分布式电源；自律分散；自律可控；自律可协调；在线扩展性

0引言

近年来，以可再生能源为基础的分布式电源得到了越来越广泛的而应用，目前研究和应用的分布式电源种类很多，比较热门的风力发电、光伏发电、微型燃气轮机、燃料电池、储能电池等分布式电源都各具特点，运行方式和并网特性有着很大的差别。不管是处于并网状态还是孤岛状态，分布式电源与电网之间的接入和退出都呈现着比较复杂的随机性，需考虑负荷与分布式电源之间的复杂关系，因此对含分布式电源的调控模式在线扩展性提出了非常高的要求。随着近年来分布式电源接入电网系统的规模不断扩大，传统的集中式调度控制模式，已经越来越难以随着环境的变化，也难以适应新形势下大规模分布式电源的应用与协调调度。

为了解决分布式电源形式多样、数量庞大等弊端，实现其发电技术的的灵活、经济运用，研究人员一方面利用数学模型建立多目标状态下的调控优化，另一方面通过建立多代理协作功能模型实现协作调度，但因为缺少对分布式电源并网后动态化的控制研究，所以本文主要是构建一种在线扩展的自律可协调和可控的控制框架从而实现分布式电源与电网之间的协调调度。

1自律分散控制模型

自律分散系统是由许多个具有自律特性的子系统单元构成，这些单元之间都是独立平等、不存在隶属关系，各个单元能够各自独立完成任务而不受其他单元之间的约束，同时各个单元之间又能够相互协调运作，实现整个电网系统的统一协调运行。其中自律性主要表现在两个方面：一是自律可控性，即不管系统中哪个子系统的功能失效退出，其他的在运子系统都不会因此受到影响，仍旧能够控制和运行自身所承载的功能；另一个是自律可协调性，即使某些部分子系统功能失效，其他的在运子系统也能够相互协调和配合实现整体的可控。

1.1自律分散系统结构

自律分散系统主要包括原子节点和数据域两部分。系统中原子节点是具有控制功能和信息功能的结构，用以保证各子系统具有自律性可控和可协调功能。而数据域是用以数据交换的逻辑空间，用以保证各个原子节点所在的子系统能够流畅地进行数据交换。在这个系统中每个子系统之间不管控制的消息由谁发出，只依照自身所需要的内容代码，从数据域中获取数据，然后在处理完成后将产生的数据信息反馈给数据库中。原子节点依照到齐后的数据来决定处理事件的驱动方式。节点之间虽然没有直接驱动，但是通过数据保持了系统的松散耦合结构，用以保证在线扩展的基础。

1.2自律分散系统的数学模型

自律分散系统中各个原子节点具有相互独立的功能，它们各自被其他节点或者外界所产生的信息来驱动，通过节点之间的相互协调实现整个系统的整体功能。各节点用Si表示，通过函数ƒi来定义输出功率yi，用以下公式表示：

yi∣k+1=ƒi（λi∣k+1，y1∣k，…yi∣k，yN∣k）

公式中λi为函数输入，yi为mi维向量，λi是li维向量，ƒi是由（λi∣k+1，y1∣k，…yi∣k，yN∣k）其中部分的元素产生的输出数据的驱动型函数。如果Si节点被λi驱动后，Si节点的输出结果也会正常地驱动其他的节点，所以节点会产生一系列的有效输出，用Y表示，公式如下：

YS=HS•（y1T，y2T，…yNT）T

公式中HS是有效成分矩阵，它的第i个分量h1=0，表示从全部节点的输出中，只选择对系统有效的输出。假如已经给定了系统控制目标，就可以利用设计输出反馈控制器ui∣k+1=ki（YS∣i）来实现跟踪控制，达到系统实际的输出与目标输出值之间的偏差率接近于零。

3含分布式电源的自律分散调控的算例分析

算例参考IEEE34节点辐射型配网系统末端来接入分布式电源点。假如系统中接入3个光伏发电系统和4个风力发电机共七个电源点，模拟的是风力发电机由于受环境、气候等因素的影响造成处理受限制，光伏发电作为分布式电源点接入及退出。同时受环境、光照的影响，光伏发电系统在0时至8时之间、18时至24时之间的出力受到限制，风力发电机全天24小时的出力随机波动受限；11时40分光伏发电系统2号机退出运行，12时35分光伏2号机再接入运行。算例将上述的自律分散调度控制方法与集中式的调度控制方法进行对比，其中集中式的调度控制方法在分布式电源分摊出力策略时实时发布控制命令。

从算例中可以得出由于分布式电源的出力受限为随机波动值，集中式调度控制方法使每个分布式电源的输出受到中央控制器的控制和制约，节点间的出力调整必须待中央控制器下达命令后进行响应，因此对于受随机影响较多的相应就要弱于自律分散调控的策略。在分布式电源点投入运行时，集中式调度控制模式要求在中央控制器中制定出控制策略，同时还需要建立通信通道，而自律分散调度控制模式仅仅需要根据协调的策略来构建自身的控制器，在分布式电源点大规模接入的应用中更加利于在线的扩展和维护。在分布式电源点退出运行时，集中式调度控制方式下的其他节点因为未及时到达下一个控制周期，在该周期内就无法及时调整出力来消除功率的缺额，但自律分散调度控制方式能够实行节点之间的自行调节，有效地减少了控制误差。

4结论

本文对含有分布式电源电网的协调调度进行了分析研究，提出了一种比较有效的自律分散协调控制的框架，即每一个分布式电源作为一个节点从数据域中获取数据信息，根据节点之间的协调控制策略来实现自身的自主控制。这种控制方法摆脱了传统集中式的调度控制框架，简化了调度控制器的设计同时还实现了在线扩展性。通过算例将该种控制方法与传统的集中调控模式下的分布式电源控制的数据进行比对分析，验证了自律分散协调调度控制策略能够提高电力调度控制的精度和响应速度。

参考文献：

[1]武佳琛.分布式电源国内外发展情况及建议.内蒙古工业大学.山西科技.2014.29（3）

[2]王飞.大规模分布式风电电源接入对配电网调度的影响分析及对策.山东大学.2015.

[3]唐昕.庄峥宇.闫博.分布式电源调控平台设计与应用.浙江电力.2015.2.12-15

[4]武家胜.含分布式电源的配电网优化调度模型及其应用研究.华北电力大学.2014.

[5]张峰.曾鸣.我国集中供电和分布式供电技术及其整体协调规划问题研究.中国电力教育.2005.94-96.

[6]王成山.高菲.李鹏等.低压微网控制策略研究[J].中国电机工程学报.2012.32（25）.2-8.

[7]周念成.胡斌.王强钢等.含多种形式能源发电的微网状态转换协调控制策略[J].自然科学版.重庆大学学报.2012.35（9）.61-69.

[8]LinY.F.，BollenM.H.J.，Anoptimalpowerflowbaseddispatchmodelfordistributedgenerationembeddednetwork[C].20109thInternationalConferenceonEnvironmentandElectricalEngineering（EEEIC），2010；101-105

[9]艾欣，许佳佳.基于互动调度的微网与配电网协调运行模式研究[J].中国电机工程学报，2011，31（31）：77-84

[10]KumarT.P.，SubrahmanyamN.，SyduluM..Unitpowercontrolandfeederflowcontrolstrategiesforagrid-connectedhybridsystem[C].2013InternationalConferenceonPower，EnergyandControl（ICPEC），2013：722-727

[11]蒋毅.分布式电源对配电网电压影响及优化配置研究.西南交通大学.2009.

作者简介：

王珊珊（1986—），女，硕士研究生，研究方向为电气工程。