為了滿足傳統電網向智能電網轉型的需求，東北大學信息科學與工程學院的研究人員楊珺、俊浩、劉亞威、張化光，在2021年第19期《電工技術學報》上撰文，對電力系統中分布式協同控制算法的國內外研究現狀進行梳理，指出該研究領域亟需解決的問題和未來發展的方向。

 

 

能源和電力系統作為國家發展的支柱性產業和核心動力，與人們的生活息息相關。由于電力系統規模龐大、地域范圍廣闊，給電力系統的調控帶來了許多挑戰，例如，由于分布式電源（Distributed Generation, DG）不斷增多，存儲設備和可控負載需經逆變器連接到電網，使得電網控制和電網運行模式的靈活性大大增加，因此研究微電網穩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電單元的供能依賴性，嚴重影響了風、光等新能源發電的消納過程。

 

為了有效降低電力系統中峰谷調節和頻率調節的要求，需要將分布式電源納入電力系統的經濟穩定調控進程中，以提高系統運行的經濟性和穩定性。

 

傳統集中式控制方式由微電網中央控制器進行統一的信息處理和指令調控，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，不能有效適應上述分布式電源高滲透率的應用場景，也無法滿足“即插即用”等發展需求。為了克服集中式控制方式的局限，分布式協同控制方法被用于電力系統的研究中。

 

分布式協同控制方法最初首先在多智能體系統研究領域中提出并廣泛應用，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，由于其獨特的優越性，分布式協同控制方法逐漸在智能電網的研究中得到重視，并在虛擬發電廠控制、經濟調度、微電網頻率控制及主動配電網無功優化等領域得到重點研究。

 

東北大學信息科學與工程學院的研究人員對分布式協同控制算法及在電力系統中的應用進行了綜述。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域內所采用的各種分布式協同算法，并分析了各種分布式算法的特點；在此基礎上，詳細梳理了各種分布式協同控制算法在虛擬發電廠控制、經濟調度、微電網頻率控制及配電網無功優化四個領域內的應用情況。

 

研究表明，分布式協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穩定性控制和經濟調度的需求。但對多種分布式算法進行研究比較后發現，當前分布式算法在非理想通信、切換拓撲和協同攻擊與安全問題等方面的研究還存在較大欠缺，后續研究應在上述方面加強研究深度，使算法更適合用于實際工程應用。

 

最后，科研人員結合現階段智能電網的發展情況，展望了電力系統中分布式協同控制問題的研究趨勢。

 

他們認為，隨著未來智能電網的逐步發展，分布式協同控制方式必將憑借其獨特的優越性應用得更加廣泛，但必須承認的是，當前在某些領域分布式協同控制仍不能完全取代傳統的集中式控制方式，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。

 

科研人員結合分布式協同控制的研究現狀，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相結合，因此當前研究的算法和控制技術在實際的應用過程中還可能存在一定的問題。考慮到物理系統通信延時、隨機丟包及拓撲結構改變等問題，還需要進一步研究非理想條件下的分布式協同控制，增強分布式協同控制算法的穩定性和魯棒性，從而實現在實際工程中廣泛應用。

 

2）隨著能源互聯網的不斷發展，大規模可再生能源的接入，電力系統中電、氣、熱等多種類型的能源網絡高度耦合，構成綜合能源系統。在綜合能源系統中，多種類型的能源相互轉換，互為補充，形成統一整體，并且可再生能源高速發展、信息智能技術深度融合以及終端用能的多樣化需求使得能源生產、分配及消費形式都出現了顯著變化，呈現出時空異步、信能融合、多能互補以及智物協同的新趨勢，這使得綜合能源系統的平衡、協同、管控必須與之相適應。

 

相對于單一類型的能源系統，綜合能源系統在空間上更加分散，數據規模也大幅增加，因此在綜合能源系統中實現分布式協同優化控制是未來的主流趨勢。目前已有部分學者專注于解決綜合能源系統的能流分配和運行成本問題，但是系統穩定性等相關問題的研究還只停留在初級階段。

 

3）由于分布式系統的通信拓撲結構復雜多樣，因此系統安全性問題也是分布式控制當前亟待解決的問題之一。在綜合能源系統中，多種能源高度耦合，當一種能源網絡受到攻擊，如虛擬數據注入、拒絕服務等，會破壞網絡通信環境，使得其他類型能源網絡也受到相應影響，導致系統經濟運行無法實現，甚至破壞系統穩定性，造成供能系統的癱瘓。

 

4）在智能電網背景下多設備節點的實時數據采集是一個具有挑戰性的任務。當前電力系統云計算模式在數據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，在電網逐步智能化轉型的今天，傳統云計算模式已無法高效完成實時監控等任務。邊緣計算作為一個新興概念，如何助力電網智能化轉型是未來很長一段時間的研究重點。

 

其中，在傳統的電力系統中引入邊緣計算技術，并基于多智能體群智涌現理論實現電力系統結構從云-端到云-邊-端架構的跨越式突破是最重要的一個研究方向。因此，通過分布式協同控制方法與邊緣計算技術相結合，實現電力網絡節點之間的一致性協同優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。

 

以上研究成果發表在2021年第19期《電工技術學報》，論文標題為“分布式協同控制方法及在電力系統中的應用綜述”，作者為楊珺、俊浩 等。