為了滿(mǎn)足傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)型的需求，東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院的研究人員楊珺、俊浩、劉亞威、張化光，在2021年第19期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，對(duì)電力系統(tǒng)中分布式協(xié)同控制算法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理，指出該研究領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題和未來(lái)發(fā)展的方向。

 

 

能源和電力系統(tǒng)作為國(guó)家發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)和核心動(dòng)力，與人們的生活息息相關(guān)。由于電力系統(tǒng)規(guī)模龐大、地域范圍廣闊，給電力系統(tǒng)的調(diào)控帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)，例如，由于分布式電源（Distributed Generation, DG）不斷增多，存儲(chǔ)設(shè)備和可控負(fù)載需經(jīng)逆變器連接到電網(wǎng)，使得電網(wǎng)控制和電網(wǎng)運(yùn)行模式的靈活性大大增加，因此研究微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行控制有著重要意義；另一方面，分布式電源的出力不確定性會(huì)增加對(duì)普通發(fā)電單元的供能依賴(lài)性，嚴(yán)重影響了風(fēng)、光等新能源發(fā)電的消納過(guò)程。

 

為了有效降低電力系統(tǒng)中峰谷調(diào)節(jié)和頻率調(diào)節(jié)的要求，需要將分布式電源納入電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定調(diào)控進(jìn)程中，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

 

傳統(tǒng)集中式控制方式由微電網(wǎng)中央控制器進(jìn)行統(tǒng)一的信息處理和指令調(diào)控，但該控制方式的靈活性和可擴(kuò)展性均比較差，并且單點(diǎn)故障時(shí)的可靠性較低，不能有效適應(yīng)上述分布式電源高滲透率的應(yīng)用場(chǎng)景，也無(wú)法滿(mǎn)足“即插即用”等發(fā)展需求。為了克服集中式控制方式的局限，分布式協(xié)同控制方法被用于電力系統(tǒng)的研究中。

 

分布式協(xié)同控制方法最初首先在多智能體系統(tǒng)研究領(lǐng)域中提出并廣泛應(yīng)用，常用于解決多智能體的編隊(duì)控制、趨同控制、蜂擁控制以及聚集等問(wèn)題。近幾年來(lái)，由于其獨(dú)特的優(yōu)越性，分布式協(xié)同控制方法逐漸在智能電網(wǎng)的研究中得到重視，并在虛擬發(fā)電廠控制、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、微電網(wǎng)頻率控制及主動(dòng)配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化等領(lǐng)域得到重點(diǎn)研究。

 

東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院的研究人員對(duì)分布式協(xié)同控制算法及在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。首先對(duì)集中式控制方式與分布式控制方式進(jìn)行性能分析和對(duì)比；然后，綜述當(dāng)前分布式控制領(lǐng)域內(nèi)所采用的各種分布式協(xié)同算法，并分析了各種分布式算法的特點(diǎn)；在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)梳理了各種分布式協(xié)同控制算法在虛擬發(fā)電廠控制、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、微電網(wǎng)頻率控制及配電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化四個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用情況。

 

研究表明，分布式協(xié)同控制方法在高滲透率分布式電源接入的背景下可以更加滿(mǎn)足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性控制和經(jīng)濟(jì)調(diào)度的需求。但對(duì)多種分布式算法進(jìn)行研究比較后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前分布式算法在非理想通信、切換拓?fù)浜蛥f(xié)同攻擊與安全問(wèn)題等方面的研究還存在較大欠缺，后續(xù)研究應(yīng)在上述方面加強(qiáng)研究深度，使算法更適合用于實(shí)際工程應(yīng)用。

 

最后，科研人員結(jié)合現(xiàn)階段智能電網(wǎng)的發(fā)展情況，展望了電力系統(tǒng)中分布式協(xié)同控制問(wèn)題的研究趨勢(shì)。

 

他們認(rèn)為，隨著未來(lái)智能電網(wǎng)的逐步發(fā)展，分布式協(xié)同控制方式必將憑借其獨(dú)特的優(yōu)越性應(yīng)用得更加廣泛，但必須承認(rèn)的是，當(dāng)前在某些領(lǐng)域分布式協(xié)同控制仍不能完全取代傳統(tǒng)的集中式控制方式，例如在可維護(hù)性、安全性等方面分布式控制仍需進(jìn)一步完善。

 

科研人員結(jié)合分布式協(xié)同控制的研究現(xiàn)狀，提出未來(lái)可能的幾個(gè)重點(diǎn)研究方向以及部分建議，具體如下：

 

1）有關(guān)分布式算法的研究，基本都停留在理論和仿真層面，并未與實(shí)際物理系統(tǒng)相結(jié)合，因此當(dāng)前研究的算法和控制技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中還可能存在一定的問(wèn)題?？紤]到物理系統(tǒng)通信延時(shí)、隨機(jī)丟包及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變等問(wèn)題，還需要進(jìn)一步研究非理想條件下的分布式協(xié)同控制，增強(qiáng)分布式協(xié)同控制算法的穩(wěn)定性和魯棒性，從而實(shí)現(xiàn)在實(shí)際工程中廣泛應(yīng)用。

 

2）隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，大規(guī)模可再生能源的接入，電力系統(tǒng)中電、氣、熱等多種類(lèi)型的能源網(wǎng)絡(luò)高度耦合，構(gòu)成綜合能源系統(tǒng)。在綜合能源系統(tǒng)中，多種類(lèi)型的能源相互轉(zhuǎn)換，互為補(bǔ)充，形成統(tǒng)一整體，并且可再生能源高速發(fā)展、信息智能技術(shù)深度融合以及終端用能的多樣化需求使得能源生產(chǎn)、分配及消費(fèi)形式都出現(xiàn)了顯著變化，呈現(xiàn)出時(shí)空異步、信能融合、多能互補(bǔ)以及智物協(xié)同的新趨勢(shì)，這使得綜合能源系統(tǒng)的平衡、協(xié)同、管控必須與之相適應(yīng)。

 

相對(duì)于單一類(lèi)型的能源系統(tǒng)，綜合能源系統(tǒng)在空間上更加分散，數(shù)據(jù)規(guī)模也大幅增加，因此在綜合能源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分布式協(xié)同優(yōu)化控制是未來(lái)的主流趨勢(shì)。目前已有部分學(xué)者專(zhuān)注于解決綜合能源系統(tǒng)的能流分配和運(yùn)行成本問(wèn)題，但是系統(tǒng)穩(wěn)定性等相關(guān)問(wèn)題的研究還只停留在初級(jí)階段。

 

3）由于分布式系統(tǒng)的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，因此系統(tǒng)安全性問(wèn)題也是分布式控制當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題之一。在綜合能源系統(tǒng)中，多種能源高度耦合，當(dāng)一種能源網(wǎng)絡(luò)受到攻擊，如虛擬數(shù)據(jù)注入、拒絕服務(wù)等，會(huì)破壞網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境，使得其他類(lèi)型能源網(wǎng)絡(luò)也受到相應(yīng)影響，導(dǎo)致系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行無(wú)法實(shí)現(xiàn)，甚至破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性，造成供能系統(tǒng)的癱瘓。

 

4）在智能電網(wǎng)背景下多設(shè)備節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。當(dāng)前電力系統(tǒng)云計(jì)算模式在數(shù)據(jù)采集和指令控制過(guò)程中存在帶寬占用過(guò)大，延遲過(guò)高等問(wèn)題，在電網(wǎng)逐步智能化轉(zhuǎn)型的今天，傳統(tǒng)云計(jì)算模式已無(wú)法高效完成實(shí)時(shí)監(jiān)控等任務(wù)。邊緣計(jì)算作為一個(gè)新興概念，如何助力電網(wǎng)智能化轉(zhuǎn)型是未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間的研究重點(diǎn)。

 

其中，在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中引入邊緣計(jì)算技術(shù)，并基于多智能體群智涌現(xiàn)理論實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從云-端到云-邊-端架構(gòu)的跨越式突破是最重要的一個(gè)研究方向。因此，通過(guò)分布式協(xié)同控制方法與邊緣計(jì)算技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的一致性協(xié)同優(yōu)化和能量的邊緣管理，減少信息冗余并提高能量的利用率是接下來(lái)亟需解決的幾個(gè)重要問(wèn)題。

 

以上研究成果發(fā)表在2021年第19期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“分布式協(xié)同控制方法及在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述”，作者為楊珺、俊浩 等。