為了滿足傳統(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》上撰文，對電力系統(tǒng)中分布式協(xié)同控制算法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行梳理，指出該研究領(lǐng)域亟需解決的問題和未來發(fā)展的方向。

 

 

能源和電力系統(tǒng)作為國家發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)和核心動力，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)控帶來了許多挑戰(zhàn)，例如，由于分布式電源（Distributed Generation, DG）不斷增多，存儲設(shè)備和可控負載需經(jīng)逆變器連接到電網(wǎng)，使得電網(wǎng)控制和電網(wǎng)運行模式的靈活性大大增加，因此研究微電網(wǎng)穩(wěn)定運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增加對普通發(fā)電單元的供能依賴性，嚴重影響了風(fēng)、光等新能源發(fā)電的消納過程。

 

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)濟穩(wěn)定調(diào)控進程中，以提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和穩(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展性均比較差，并且單點故障時的可靠性較低，不能有效適應(yīng)上述分布式電源高滲透率的應(yīng)用場景，也無法滿足“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控制、趨同控制、蜂擁控制以及聚集等問題。近幾年來，由于其獨特的優(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)濟調(diào)度、微電網(wǎng)頻率控制及主動配電網(wǎng)無功優(yōu)化等領(lǐng)域得到重點研究。

 

東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院的研究人員對分布式協(xié)同控制算法及在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了綜述。首先對集中式控制方式與分布式控制方式進行性能分析和對比；然后，綜述當前分布式控制領(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；在此基礎(chǔ)上，詳細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)濟調(diào)度、微電網(wǎng)頻率控制及配電網(wǎng)無功優(yōu)化四個領(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足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性控制和經(jīng)濟調(diào)度的需求。但對多種分布式算法進行研究比較后發(fā)現(xiàn)，當前分布式算法在非理想通信、切換拓撲和協(xié)同攻擊與安全問題等方面的研究還存在較大欠缺，后續(xù)研究應(yīng)在上述方面加強研究深度，使算法更適合用于實際工程應(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)同控制問題的研究趨勢。

 

他們認為，隨著未來智能電網(wǎng)的逐步發(fā)展，分布式協(xié)同控制方式必將憑借其獨特的優(yōu)越性應(yīng)用得更加廣泛，但必須承認的是，當前在某些領(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，例如在可維護性、安全性等方面分布式控制仍需進一步完善。

 

科研人員結(jié)合分布式協(xié)同控制的研究現(xiàn)狀，提出未來可能的幾個重點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，并未與實際物理系統(tǒng)相結(jié)合，因此當前研究的算法和控制技術(shù)在實際的應(yīng)用過程中還可能存在一定的問題。考慮到物理系統(tǒng)通信延時、隨機丟包及拓撲結(jié)構(gòu)改變等問題，還需要進一步研究非理想條件下的分布式協(xié)同控制，增強分布式協(xié)同控制算法的穩(wěn)定性和魯棒性，從而實現(xiàn)在實際工程中廣泛應(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，多種類型的能源相互轉(zhuǎn)換，互為補充，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)、分配及消費形式都出現(xiàn)了顯著變化，呈現(xiàn)出時空異步、信能融合、多能互補以及智物協(xié)同的新趨勢，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)。

 

相對于單一類型的能源系統(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)中實現(xiàn)分布式協(xié)同優(yōu)化控制是未來的主流趨勢。目前已有部分學(xué)者專注于解決綜合能源系統(tǒng)的能流分配和運行成本問題，但是系統(tǒng)穩(wěn)定性等相關(guān)問題的研究還只停留在初級階段。

 

3）由于分布式系統(tǒng)的通信拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，因此系統(tǒng)安全性問題也是分布式控制當前亟待解決的問題之一。在綜合能源系統(tǒng)中，多種能源高度耦合，當一種能源網(wǎng)絡(luò)受到攻擊，如虛擬數(shù)據(jù)注入、拒絕服務(wù)等，會破壞網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境，使得其他類型能源網(wǎng)絡(luò)也受到相應(yīng)影響，導(dǎo)致系統(tǒng)經(jīng)濟運行無法實現(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)點的實時數(shù)據(jù)采集是一個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。當前電力系統(tǒng)云計算模式在數(shù)據(jù)采集和指令控制過程中存在帶寬占用過大，延遲過高等問題，在電網(wǎng)逐步智能化轉(zhuǎn)型的今天，傳統(tǒng)云計算模式已無法高效完成實時監(jiān)控等任務(wù)。邊緣計算作為一個新興概念，如何助力電網(wǎng)智能化轉(zhuǎn)型是未來很長一段時間的研究重點。

 

其中，在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中引入邊緣計算技術(shù)，并基于多智能體群智涌現(xiàn)理論實現(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研究方向。因此，通過分布式協(xié)同控制方法與邊緣計算技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的一致性協(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亟需解決的幾個重要問題。

 

以上研究成果發(fā)表在2021年第19期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標題為“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。