整个控制结构由4层组成。从下至上分别为客户层、MV/LV变电站层、HV/MV变电站层和SCADA/DMS层,分别介绍如下:
1)客户层:核心设备是能量箱(energybox,EB),即与如微型发电设备(µG)、可控负荷(CL)、电动汽车(EV)和储能(STOR)等元件相联的能量管理接口,主要起测量和履行远程电力交易的作用,对于在低压网络中有效接入微型发电、与上层电网无缝连接非常关键;EB接收控制微型发电设备逆变器的设置数据,以实现电压和频率控制,或将这些数据信息传输到需求侧管理等家庭自动化系统;其服务质量(QoS)机制则向IT系统汇报自动处理和硬件升级信息。
2)MV/LV变电站层:核心设备是配电变压器控制器(DTC),其主要功能包括故障检测和报警;对微型发电和主动负荷进行本地网络管理;在商业系统、智能电表高级功能和运行控制之间进行协调;集成辅助仪表、监控本地元件并实现其自动化操作;进行本地电压控制,与灵活性设备交互和自动发送控制整定值。
3)HV/MV变电站层:核心设备为智能变电站控制器(SSC),通过一组监测和控制功能来管理中压电网以及直接接入的分布式发电设备;与变电站自动化系统相辅相成,实现优化潮流、网络拓扑和状态估计算法;运行一些高级功能(如电压控制、故障定位和隔离、网络重构、电网运行优化和降损、技术型虚拟电厂、自适应保护模式等),并承担配电管理系统(DMS)和低压控制器之间的接口功能。
4)SCADA/DMS层:全局监控主动配电网中运行的所有设备;管理一系列智能半自动化的子网,包括优化电网管理、提高可靠性和供电质量、对分布式电源进行动态控制、状态估计、负荷和RES预测、电压控制;通过在电气设备和网络监视设备之间发收测量值、事件、整定值和报警等保证用电需求快速响应和数据收集工作。
1.2 功能模块
SuSTAINABLE项目的功能模块如图4所示。针对MV/LV配电等级,通过RES和负荷预测功能使得网络可预测,通过网络监测和状态评估使得网络可观测,通过电压控制和TVPP使得网络可控制。
本项目总共包含9个功能模块,本节以功能模块2、3、4、5、9为例,介绍各国的研究成果和实施情况。
1.2.1 配电层级的负荷预测和建模
英国曼彻斯特大学承担了负荷预测功能模块的研发,提出了一种适用于配电层级的负荷预测和建模方法。利用历史负荷数据、测量值(有功、无功和电压)以及第二天的天气预报数据(温度、湿度和风速),对配电网中任一节点在任何给定时刻的总负荷大小、负荷等级(工业、商业和居民)、负荷种类(感应电动机、驱动控制电动机、电阻性负荷、电力电子设备/开关电源、节能照明负荷、分布式发电/微型发电和其他RES等)以及可控负荷量进行了预测,并对该节点在给定时刻的需求动态响应(dynamicresponseofdemand,DRD)进行了分析;根据负荷构成、可控量以及DRD的预测结果即可确定合理的需求管理措施。
该方法预测DRD和需求的整体框架如图5所示,预测结果和DRD分析均用概率分布表示,充分体现了负荷的不确定性;预测误差均在可接受的范围之内,总负荷预测的有功绝对误差均值约为4%,无功约为15%。