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“智慧城市”（Smart City）建設(shè)已成為當(dāng)今國際社會城市發(fā)展的主要目標(biāo)，其信息化、智能化和彈性化必將成為未來城市發(fā)展的主要趨勢。作為智慧城市能源配置的基礎(chǔ)平臺與綜合能源樞紐的核心載體，配電網(wǎng)是保證城市電力供應(yīng)、提升城市能源供給彈性的關(guān)鍵所在。

隨著國家“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的推進(jìn)，未來分布式能源（Distributed Generator, DG）和電動汽車將廣泛接入配電網(wǎng)，逐步構(gòu)成以新能源為主導(dǎo)的深度低碳新型電力系統(tǒng)，給傳統(tǒng)電網(wǎng)的穩(wěn)定控制帶來挑戰(zhàn)。為了平抑分布式電源和電動汽車負(fù)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(tǒng)快速平衡系統(tǒng)中的不平衡功率，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性。

然而，城市配電網(wǎng)臺區(qū)數(shù)量極大，隨著分布式能源等在低壓臺區(qū)中的滲透率不斷攀升，在每個臺區(qū)部署相當(dāng)容量的儲能系統(tǒng)是不現(xiàn)實的，所付出的成本將難以接受。而且，部署儲能系統(tǒng)不僅代價高昂，一旦管理失當(dāng)，極易引發(fā)火災(zāi)、環(huán)境污染等次生災(zāi)害。

一些研究提出，可以利用電動汽車作為有功功率調(diào)節(jié)、輔助電網(wǎng)進(jìn)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(jīng)濟、高效地消納廣泛接入配電網(wǎng)的分布式能源，是配電網(wǎng)發(fā)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(wǎng)，產(chǎn)生了巨大的信息流量，通信數(shù)據(jù)量將達(dá)澤字節(jié)（ZB）級別。電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的集中式調(diào)度模式已經(jīng)不能高效處理這些DG、電動汽車等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)控方式和信息處理模式將難以為繼。因此，邊緣計算模式應(yīng)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(wù)遷移到接近數(shù)據(jù)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(wǎng)中，智能配變終端（Distribution Trans-former supervisory Terminal Unit, TTU）是實現(xiàn)邊緣計算的具體載體，它是一種新型的配電終端設(shè)備。TTU不僅監(jiān)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(dāng)于一個就地進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚、清洗、處理的平臺，并且能夠?qū)崿F(xiàn)一些就地的控制功能。通過將TTU部署在380V低壓配電臺區(qū)，就可以利用該終端的邊緣計算能力實現(xiàn)對臺區(qū)內(nèi)DG、電動汽車和負(fù)荷等的有效管理。為此，長沙理工大學(xué)科研人員提出了一種邊緣計算架構(gòu)下含高比例DG和電動汽車的配電網(wǎng)臺區(qū)運行的模式和相應(yīng)的控制方法。

圖1 本文所提出的虛擬電站架構(gòu)

首先，將各380V變壓器臺區(qū)所轄的負(fù)荷、分布式能源及電動汽車定義為一個虛擬電站。在各臺區(qū)變壓器低壓側(cè)部署具有邊緣計算能力的智能配電變壓器監(jiān)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(jù)監(jiān)測的配電變壓器各物理量信息，感知各臺區(qū)計及分布式電源（DG）和電動汽車的等效廣義負(fù)荷（源），并在此基礎(chǔ)上，邊緣計算對各臺區(qū)接入配電網(wǎng)的電動汽車并網(wǎng)工況進(jìn)行就地控制。對于有功功率，基于混沌優(yōu)化算法對電動汽車充電/空閑的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控，在盡量消納本臺區(qū)新能源發(fā)電的同時兼顧大電網(wǎng)的調(diào)峰需求；對于無功功率，將處于空閑態(tài)的電動汽車控制為虛擬的同步調(diào)相機，用以支撐本地電壓，實現(xiàn)就地的無功無償。

圖2 變壓器二次側(cè)部署的配變監(jiān)測終端

仿真結(jié)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(wǎng)提供一種就地化的控制方案。所提出的優(yōu)化模型及控制策略在完成就地消納DG發(fā)電功率的同時，也使虛擬電站在峰值負(fù)荷時期保留跨臺區(qū)供電的容量。同時，空閑態(tài)的電動汽車為本地臺區(qū)提供無功功率補償，實現(xiàn)就地支撐本地電網(wǎng)的功能。

以上研究成果發(fā)表在2021年第13期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“邊緣計算架構(gòu)下配電臺區(qū)虛擬電站的控制策略”，作者為劉東奇、曾祥君 等。