- 頭條長沙理工科研人員提出邊緣計算架構下配電臺區虛擬電站的控制策略2022-02-15 作者：劉東奇、曾祥君、王耀南 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語長沙理工大學電氣與信息工程學院、機器人視覺感知與控制技術國家工程實驗室的研究人員劉東奇、曾祥君、王耀南，在2021年第13期《電工技術學報》上撰文，提出一種邊緣計算信息網架構下的配電網臺區分布式虛擬電站運行模式和相應的控制方法。該方法為分布式能源、電動汽車廣泛接入的配電網運行與控制提供一種新的解決思路和控制方案，推動配電網的運行模式從“集中調控”向“分布自治”的延伸和發展。
“智慧城市”（Smart City）建設已成為當今國際社會城市發展的主要目標，其信息化、智能化和彈性化必將成為未來城市發展的主要趨勢。作為智慧城市能源配置的基礎平臺與綜合能源樞紐的核心載體，配電網是保證城市電力供應、提升城市能源供給彈性的關鍵所在。
隨著國家“碳達峰、碳中和”戰略目標的推進，未來分布式能源（Distributed Generator, DG）和電動汽車將廣泛接入配電網，逐步構成以新能源為主導的深度低碳新型電力系統，給傳統電網的穩定控制帶來挑戰。為了平抑分布式電源和電動汽車負荷的隨機性帶來的能量供需不平衡，一些研究提出采用儲能系統快速平衡系統中的不平衡功率，提高電網安全穩定性。
然而，城市配電網臺區數量極大，隨著分布式能源等在低壓臺區中的滲透率不斷攀升，在每個臺區部署相當容量的儲能系統是不現實的，所付出的成本將難以接受。而且，部署儲能系統不僅代價高昂，一旦管理失當，極易引發火災、環境污染等次生災害。
一些研究提出，可以利用電動汽車作為有功功率調節、輔助電網進行削峰填谷的工具，然而，電動汽車電池極其昂貴，往往采用動力性較磷酸鐵鋰更好的三元鋰電池，如長期使其深度充放電，對電池壽命影響較大，用戶難以接受。因此，如何經濟、高效地消納廣泛接入配電網的分布式能源，是配電網發展過程中亟需解決的一大問題。
同時，隨著大量的DG、電動汽車等廣泛接入電網，產生了巨大的信息流量，通信數據量將達澤字節（ZB）級別。電力系統傳統的集中式調度模式已經不能高效處理這些DG、電動汽車等產生的數據，傳統的電網調控方式和信息處理模式將難以為繼。因此，邊緣計算模式應運而生，邊緣計算是針對集中式處理的云計算模式演化出來的新型計算模式，它的基本理念是通過將部分計算任務遷移到接近數據源的計算資源上就地運行處理，解決云計算資源不足的問題。
在配電網中，智能配變終端（Distribution Trans-former supervisory Terminal Unit, TTU）是實現邊緣計算的具體載體，它是一種新型的配電終端設備。TTU不僅監測配電變壓器電壓、電流、功率等物理量，而且它本身具有一定的計算能力，相當于一個就地進行數據匯聚、清洗、處理的平臺，并且能夠實現一些就地的控制功能。通過將TTU部署在380V低壓配電臺區，就可以利用該終端的邊緣計算能力實現對臺區內DG、電動汽車和負荷等的有效管理。為此，長沙理工大學科研人員提出了一種邊緣計算架構下含高比例DG和電動汽車的配電網臺區運行的模式和相應的控制方法。
圖1 本文所提出的虛擬電站架構
首先，將各380V變壓器臺區所轄的負荷、分布式能源及電動汽車定義為一個虛擬電站。在各臺區變壓器低壓側部署具有邊緣計算能力的智能配電變壓器監測終端（簡稱配變終端）（TTU）。然后，利用配變終端的邊緣計算能力，根據監測的配電變壓器各物理量信息，感知各臺區計及分布式電源（DG）和電動汽車的等效廣義負荷（源），并在此基礎上，邊緣計算對各臺區接入配電網的電動汽車并網工況進行就地控制。對于有功功率，基于混沌優化算法對電動汽車充電/空閑的工作狀態進行調控，在盡量消納本臺區新能源發電的同時兼顧大電網的調峰需求；對于無功功率，將處于空閑態的電動汽車控制為虛擬的同步調相機，用以支撐本地電壓，實現就地的無功無償。
圖2 變壓器二次側部署的配變監測終端
仿真結果表明，所提出的方法能夠為接入大量分布式能源、電動汽車的配電網提供一種就地化的控制方案。所提出的優化模型及控制策略在完成就地消納DG發電功率的同時，也使虛擬電站在峰值負荷時期保留跨臺區供電的容量。同時，空閑態的電動汽車為本地臺區提供無功功率補償，實現就地支撐本地電網的功能。
以上研究成果發表在2021年第13期《電工技術學報》，論文標題為“邊緣計算架構下配電臺區虛擬電站的控制策略”，作者為劉東奇、曾祥君 等。
