源-网-荷互动的虚拟电厂分布式协同控制探究

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　　摘  要：在我国科学技术发展的过程中，新能源智能配电网快速发展，源-网-荷互动逐渐频繁，其中虚拟发电厂有灵活的组织结构，并且应用了不同技术全面克服了用户与发电厂之间的界限。该文提出了一种基于多智能体系的分布式协同优化控制策略，在通信网络中应用一致性算法进行二级优化控制，从而对参考电压与频率进行全面修整，以此来对分布式设备功能率进行精确分配。
　　关键词：源-网-荷互动;虚拟电厂;分布式协同控制系统
　　中图分类号： TM72   文献标志码：A
　　0 前言
　　随着信息技术在各个领域中的广泛应用，一些以化石能源为主的能源系统逐渐变为以可再生能源为主的绿色电力系统。传统电力系统从单向化向双向互动系统方向转变，其中电力企业在发展期间主要实现了用户管理能源生产。但是，分布式电源会对电网系统产生影响，为了对能源实施协调，提出了通过虚拟发电厂使新能源电力与主动配电网相互配合。因新能源有一定的不可预测性与随机性，需要储能、电源以及柔性负荷等的有效配合，以此来确保系统具有较高的经济性与稳定性。
　　1 研究背景及意义
　　在我国的经济发展过程中，环境污染严重，并且资源使用量不断减少，导致电力系统运行环境面临新的问题。国家在治理期间，电力系统发电资源逐渐向清洁方向发展，并且通过并网运行提升节能减排效果，也在区域电网的安全稳定、供电可靠性等方面带来了一系列负面影响。为了提高电网运行的安全性，需要利用新能源，因此虚拟电厂得到了人们的广泛关注。虚拟电厂作为包含灵活负荷和多种分布式电源的独立可控系统，将分布式电源、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一起，可以灵活地在并网运行与孤岛运行模式之间平滑切换，从而大大提高供电的可靠性、安全性和主网友好性。为提升虚拟电厂的可观性和可控性，使虚拟电厂成为电网公司管控分布式电源的有力抓手，亟需深入开展分布式电源规模化接入配电网后的集群分布式电源的虚拟电厂协调控制平台的研究与开发，为高渗透率分布式电源接入电网的运行控制提供更先进的手段，实现配电网对分布式电源的充分消纳、主动管理和优化控制，使得虚拟电厂能够参与电力市场及辅助市场服务，实现真正意义上的“源-网”协同，达到用户和电网公司的双赢。
　　2 基于多智能体系统的虚拟发电厂分布式控制架构
　　2.1 能源交换机智能体功能设计
　　在自治层中能源交换机智能体是其关键设备，设备的运行情况对电厂有一定影响，其结构有标准电气化接口以及标准化网络结构等，此外，标准化电气接口为分布式设备提供并网接口，标准化网络接口能够对分布式设备端口信息进行自动化扫描与识别[1]。
　　能源交换机会使输出功能得到有效改变，并对电网频率、电压以及平滑系统电压等进行跟踪，其功能主要表现在以下5个方面。1）设备在线监控、通信以及管理等功能。2）因分布式设备在运行期间具有下垂特性，应当对功率与下垂进行有效控制。3）电力能量交换在虚拟发电厂中能够进行能量的交换与利用。4） 电能质量治理主要是在控制策略的基础上进行谐波治理与无功补偿。5） 虚拟发电厂在运行中极易出现故障问题，如果出现孤岛以及短路情况，能够在故障预警的基础上，在故障之前进行预警。
　　2.2 能量路由器智能体功能设计
　　能量路由器智能体功能主要表现在以下5个方面。1）能量路由器智能体功能中具有管理、通信等功能。2）在进行能量交换的过程中，可以利用设备以及交换机完成能量交换，同时有效利用交换后的能量。3）无功补偿与谐波治理。4）可进行调配，具有较高的灵活性，同时在发电预测的基础上有效管控能源。5） 在一些薄弱环节中对相关参数进行辨识以及故障识别，对故障位置与类型进行快速确定。
　　3 分布式协同优化设计
　　配网级智能体中的能量管理系统会在运行成本、电价以及环境保护等因素的基础上，制定行之有效的发电规划。不同分布式设备在运行期间会产生数据信息，被能量路由器智能体接收，同时通过配网级智能体接收调度容量信息，通过智能体控制目标，根据实际情况协调相关设备。如果外网系统存在并网，联络线功能在调节的过程中应控制误差范围，一般情况下不能大于5%，由于系统在运行期间具有一定的独立性。如果虚拟电厂与外网络联络线出现的波动与功率限制相比相对较大，需要对分布式设备速率进行把控，确定调节任务设备类型。如果负荷波动小，能够对储能充放电功率进行调整，以此来对联络线功率波动进行平抑。
　　3.1 稀疏通信网络拓扑架构
　　不同智能体在运行期间会接收相关信息，比如电压与频率，与相关智能体间进行有效通信，并且通過一致性算法，计算出网络状态信息，根据计算结果，调整频率与电压测量过程中所产生的误差，以此形成另一种频率与电压[2]。
　　3.2 一致性控制流程
　　3.2.1 本地下垂控制
　　对于不同分布式设备来说，需要对系统频率与电压进行有效控制，为了实现全面控制，需要调节功率。其中：频率、有功功率、电压与无功功率间存在一定关联，并且能够以下公式呈现：
　　4 仿真与分析
　　4.1 未超过联络线功率约束，响应虚拟电厂需求
　　不同分布式设备在能量路由器发送的计划指令的基础上，确保设备运行的稳定性，也就是储能、光伏、风能保持在15 kW、5 kW、2 kW。如果虚拟发电厂产生的负荷不稳定，在此期间，储能装置将发挥重要的作用，因此应对其进行有效调节，以此来使系统有足够的运行能量，联络线功率与之前相比没有明显改变。
　　4.2 孤岛设计时，虚拟发电厂从外部网络吸收能量
　　能量路由器智能体会在一定时间内形成计划孤岛，发电厂会通过外网获取相关能量，离网后不同智能体之间会形成通信，并且还应对其进行控制，不同分布式设备有功功率根据相关比例有效分配。此外，不同分布式设备电压与系统平均电压保持一致，与额定电压值较为接近。
　　4.3 非计划孤岛时，外部网络向虚拟发电厂提供能量
　　能量路由器智能体在11 s时间段时产生非计划孤岛，在离网之前，分布式设备会产生较大能量，一些剩余能量会传输到外网中。离网之后，不同分布式设备中的智能体之间有通信功能，并且在对其控制的基础上，需要对有功功率实施分配，在分配的过程中应根据相关比例，只有这样才能进行对有功功率的控制。此外，应确保不同分布式设备的电压与系统平均电压一致。
　　5 结语
　　综上所述，在进行虚拟电厂建设的过程中，采用了在多智能体系统基础上分布式协同优化的控制方法，能够确保分布式能源系统稳定、安全运行。在设计的过程中，需要设计能量交换智能体，同时还应设计多端口路由器，以此来实现能量的优化。此外，还应构建分布式通信网络，通过多智能体一致性算法，对分布式设备频率与电压进行调整，不管是孤网还是并网，均能够对不同分布式设备进行精确控制，保证不同其具有稳定的额定电压。
　　参考文献
　　[1]高辉， 徐晴， 欧阳曾恺，等. 含多类型分布式电源的源网荷协调优化控制策略分析[J]. 江苏电机工程， 2018（4）：21-26.
　　[2]徐杰彦， 裴冠荣， 张薇，等. 基于源网荷协同的发电能力提升初探[J]. 电子技术与软件工程， 2019（5）：240-242.
　　基金项目：“广东电网有限责任公司科技项目资助（项目编号：GDKJXM20185069（032000KK52180069））”。
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