本發(fā)明屬于配電網(wǎng),涉及一種計(jì)及輸配協(xié)同調(diào)度的主動配電網(wǎng)分層電壓控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù):
1、分布式電源(distributed?generation,dg)的規(guī)模化接入與應(yīng)用將對配電系統(tǒng)潮流分布、電壓水平、短路容量等電氣特征造成顯著影響,傳統(tǒng)配電網(wǎng)在設(shè)計(jì)階段并未考慮上述因素,無法滿足當(dāng)前高滲透率可再生能源發(fā)電接入與高效利用的要求,配電網(wǎng)電壓偏差、波動問題日益凸顯。在主動配電網(wǎng)(active?distribution?network,adn)背景下,高滲透率dg固有的間歇性、波動性和不確定性特點(diǎn)會造成電壓波動,偏差,甚至穩(wěn)定性問題,需要更高的控制水平綜合利用配電網(wǎng)的可控元素維持電壓始終處于正常范圍內(nèi),或限制電壓越限的時(shí)間不超過切除分布式電源最長動作時(shí)間。
2、在現(xiàn)有研究工作中,adn電壓控制結(jié)構(gòu)主要可以分為分散式、分布式、集中式、分層式四類,其中分層式為前三種控制結(jié)構(gòu)的結(jié)合。
3、adn分散式控制可根據(jù)就地采集信息進(jìn)行響應(yīng),其優(yōu)點(diǎn)在于無需通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與集中處理,控制器可針對擾動進(jìn)行快速響應(yīng),但缺點(diǎn)是多個(gè)分散控制器之間缺乏協(xié)調(diào),當(dāng)針對同一擾動發(fā)生同時(shí)動作時(shí),容易導(dǎo)致冗余控制、過度控制、甚至控制振蕩問題;adn集中式控制計(jì)及控制器協(xié)調(diào)問題,具有較好的全局控制性能,但其全局信息采集與集中優(yōu)化較為耗時(shí)。當(dāng)通信系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)會導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)失效,存在可靠性問題;adn分布式控制不設(shè)置協(xié)調(diào)層,將配電網(wǎng)各控制器或控制區(qū)域作為不同的個(gè)體,在分布式優(yōu)化過程中,個(gè)體之間進(jìn)行溝通、合作,以達(dá)到全局目標(biāo)的最優(yōu),同時(shí)滿足系統(tǒng)各類約束。在掌握準(zhǔn)確量測數(shù)據(jù)與精確優(yōu)化模型的前提下,分布式優(yōu)化的全局性方面遠(yuǎn)優(yōu)于分散式控制,但劣于集中式控制。adn分層式電壓控制結(jié)構(gòu)在各控制層級采用不同的控制結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)各種控制結(jié)構(gòu)優(yōu)勢互補(bǔ)的目的,但現(xiàn)有研究缺乏考慮與外部系統(tǒng)的信息溝通及協(xié)調(diào),僅考慮下級電網(wǎng)對上級電網(wǎng)的單方向服從,未實(shí)現(xiàn)上下級電網(wǎng)之間的雙向互動,且控制層級間的通信協(xié)調(diào)機(jī)制有待進(jìn)一步優(yōu)化,使得高滲透率dg固有的間歇性、波動性和不確定性特點(diǎn)會造成電壓波動,偏差,甚至穩(wěn)定性問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供一種計(jì)及輸配協(xié)同調(diào)度的主動配電網(wǎng)分層電壓控制方法及系統(tǒng),能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中分布式電源規(guī)模化接入與應(yīng)用產(chǎn)生的間歇性、波動性和不確定性導(dǎo)致電壓波動、偏差及不穩(wěn)定性問題。
2、為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
3、第一方面,本發(fā)明提供了一種計(jì)及輸配協(xié)同調(diào)度的主動配電網(wǎng)分層電壓控制方法,包括:
4、獲取電壓,所述電壓包括配電網(wǎng)全局協(xié)調(diào)控制中心dcc和配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)控制中心dac實(shí)時(shí)采集的配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓vdt以及輸電網(wǎng)控制中心tc實(shí)時(shí)采集的輸電網(wǎng)系統(tǒng)電壓vtr;
5、當(dāng)所述配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓vdt偏移超出預(yù)設(shè)定的要求范圍后,
6、基于預(yù)構(gòu)建的配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模型,迭代優(yōu)化并求解使本區(qū)域優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)對應(yīng)增廣拉格朗日函數(shù)最小的控制措施量?um,i;
7、基于預(yù)構(gòu)建的配電網(wǎng)全局協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模型,迭代優(yōu)化求解連接輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)母線電壓調(diào)節(jié)量?vtr和配電網(wǎng)控制措施量?u;
8、將所述高壓側(cè)母線電壓調(diào)節(jié)量?vtr輸入預(yù)構(gòu)建的輸電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模型,迭代優(yōu)化求解輸電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)量?vtc;
9、當(dāng)|?vtc|≥|?vtr|或迭代次數(shù)大于預(yù)設(shè)定的次數(shù)閾值時(shí),則輸電網(wǎng)實(shí)施?vtc,并控制配電網(wǎng)全局協(xié)調(diào)中心向配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)控制中心下發(fā)控制措施量?u;
10、當(dāng)所述配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)控制中心dac接收到配電網(wǎng)全局協(xié)調(diào)控制中心dcc下發(fā)的控制措施量?u,則配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)控制中心dac根據(jù)此時(shí)控制措施量?um,i與分布式電源及其補(bǔ)償設(shè)備累計(jì)控制措施量∑△um,在下一個(gè)采樣點(diǎn)處按照選擇性調(diào)整原則調(diào)整電壓調(diào)節(jié)量。
11、進(jìn)一步地,所述配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模型包括與區(qū)域優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)對應(yīng)的增廣拉格朗日函數(shù),所述增廣拉格朗日函數(shù)的表達(dá)式包括:
12、;
13、;
14、其中,為迭代次數(shù),為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),為第個(gè)增廣拉格朗日函數(shù),為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域交替方向乘子法算法的罰函數(shù),為提前設(shè)定的常數(shù),為第次迭代下第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)與第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域耦合節(jié)點(diǎn)的電壓,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域次迭代的固定參考值,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域?qū)ε甲兞烤仃嚕瑸榭刂茣r(shí)域內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)量,為1*2k維矩陣,為采樣點(diǎn)時(shí)刻下第個(gè)和第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域控制措施量,為提前設(shè)定的2k*2k維對角矩陣,為第個(gè)和第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域?qū)嵤┛刂频拇鷥r(jià)權(quán)重,為提前設(shè)定的2*2維矩陣,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域松弛變量懲罰因子,為提前設(shè)定的1*2維矩陣,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域松弛變量,為的轉(zhuǎn)置矩陣;
15、考慮相鄰區(qū)域?qū)Ρ緟^(qū)域的電壓支撐,約束條件的表達(dá)式包括:
16、,
17、
18、,
19、,
20、,
21、,
22、其中,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域采樣點(diǎn)時(shí)刻下優(yōu)化目標(biāo)節(jié)點(diǎn)實(shí)施優(yōu)化控制后電壓矩陣,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域采樣點(diǎn)時(shí)刻下優(yōu)化目標(biāo)節(jié)點(diǎn)實(shí)施優(yōu)化控制前,基于所述配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓vdt構(gòu)建的電壓矩陣,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)采樣點(diǎn)時(shí)刻下優(yōu)化目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓相對于第個(gè)和第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)控制措施量的靈敏度;為1*2k維矩陣,為采樣點(diǎn)時(shí)刻下第個(gè)和第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域控制措施量;和為采樣點(diǎn)時(shí)刻下第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域電壓幅值的漸進(jìn)縮緊上下限約束;為單位向量;=[,]為提前設(shè)定的1*2維矩陣,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域松弛變量;為采樣點(diǎn)時(shí)刻下第個(gè)和第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域控制節(jié)點(diǎn)累計(jì)控制措施量組成的矩陣;為第個(gè)和第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域控制節(jié)點(diǎn)總控制措施量最小值組成的矩陣;為第個(gè)和第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域控制節(jié)點(diǎn)總控制措施量最大值組成的矩陣;為采樣點(diǎn)時(shí)刻下第個(gè)和第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域控制節(jié)點(diǎn)單步控制措施量;為第個(gè)和第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域控制節(jié)點(diǎn)單步控制措施量的最大值;為控制時(shí)域內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)量;為提前設(shè)定的常數(shù),用于調(diào)節(jié)預(yù)測時(shí)域內(nèi)電壓約束的漸進(jìn)縮緊速度;,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域電壓幅值上下限約束;
23、迭代優(yōu)化并求解使本區(qū)域優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)對應(yīng)增廣拉格朗日函數(shù)最小的電壓調(diào)節(jié)量?um,i。
24、進(jìn)一步地,下一次迭代的固定參考值為本次迭代下第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域與第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域耦合節(jié)點(diǎn)電壓的平均值:
25、,
26、其中,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域次迭代的固定參考值;為第次迭代下第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)控制中心dacm計(jì)算出的第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域和第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域耦合節(jié)點(diǎn)的電壓;為第次迭代下第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)控制中心dacn計(jì)算出的第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域和第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域耦合節(jié)點(diǎn)的電壓;
27、根據(jù)下一次迭代的固定參考值更新區(qū)域?qū)ε甲兞浚鰠^(qū)域?qū)ε甲兞繛椋?/p>
28、,
29、,
30、其中,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域次迭代的對偶變量矩陣;為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域次迭代的對偶變量矩陣,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域次迭代的固定參考值,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域次迭代的對偶變量矩陣;為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域次迭代的對偶變量矩陣,為第個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域次迭代的固定參考值;
31、根據(jù)求得的耦合節(jié)點(diǎn)電壓差值計(jì)算邊界殘差,限定所述邊界殘差小于預(yù)設(shè)定的殘差閾值:
32、,
33、,
34、其中,為邊界殘差,為殘差閾值。
35、進(jìn)一步地,還包括:
36、當(dāng)所述|?vtc?|<|?vtr?|,輸電網(wǎng)控制中心以?vtc作為連接輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)母線電壓最大值,迭代優(yōu)化求解直至所述|?vtc?|≥|?vtr?|或迭代次數(shù)大于預(yù)設(shè)定的次數(shù)閾值。
37、進(jìn)一步地,所述配電網(wǎng)全局協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模型包括:
38、,
39、其中,為連接輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)母線電壓控制代價(jià),為連接輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)母線電壓調(diào)節(jié)量,為1*(m*k)維矩陣,m為配電網(wǎng)系統(tǒng)子區(qū)域總數(shù),k為第m個(gè)配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)分布式電源及其補(bǔ)償設(shè)備總數(shù),為配電網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)控制措施量,為(m*k)*(m*k)維矩陣,為配電網(wǎng)控制代價(jià)權(quán)重對角矩陣,為提前設(shè)定的2*2維矩陣,為松弛變量懲罰因子,=[,]為提前設(shè)定的1*2維矩陣,為配電網(wǎng)松弛變量;
40、約束條件的表達(dá)式包括:
41、
42、其中,為配電網(wǎng)優(yōu)化目標(biāo)節(jié)點(diǎn)實(shí)施優(yōu)化控制后電壓矩陣,為配電網(wǎng)優(yōu)化目標(biāo)節(jié)點(diǎn)實(shí)施優(yōu)化控制前,基于所述配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓vdt構(gòu)建的電壓矩陣,為配電網(wǎng)優(yōu)化目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓相對于無功功率的靈敏度;為配電網(wǎng)優(yōu)化目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓相對于連接輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)母線電壓的靈敏度;和為配電網(wǎng)優(yōu)化目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓幅值的漸進(jìn)縮緊上下限約束;為單位向量;為配電網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)控制措施量最小值組成的矩陣;為配電網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)控制措施量最大值組成的矩陣;為連接輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)母線電壓最小值;為連接輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)母線電壓最大值;
43、迭代優(yōu)化求解使最小的高壓側(cè)母線電壓調(diào)節(jié)量?vtr和控制措施量?u。
44、進(jìn)一步地,所述輸電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模型包括:
45、,
46、其中,為連接輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)母線電壓調(diào)節(jié)量偏差權(quán)重;為配電網(wǎng)全局協(xié)調(diào)控制中心反饋的連接輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)母線電壓調(diào)節(jié)量;為輸電網(wǎng)求解的連接輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)母線電壓調(diào)節(jié)量;為輸電網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)控制措施量;為輸電網(wǎng)控制代價(jià)權(quán)重對角矩陣;
47、約束條件的表達(dá)式包括:
48、,
49、,
50、,
51、其中,為輸電網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)總數(shù)量;為連接輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)母線電壓相對于輸電網(wǎng)第t個(gè)控制節(jié)點(diǎn)控制措施量的靈敏度;為輸電網(wǎng)第t個(gè)控制節(jié)點(diǎn)控制措施量;為輸電網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)控制措施量;,為輸電網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)控制措施量最小值和最大值;v為輸電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓;和為輸電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓最小值和最大值。
52、進(jìn)一步地,其特征在于,所述選擇性調(diào)整原則包括:
53、當(dāng)?um,i=?u時(shí),下一個(gè)采樣點(diǎn)控制器閉鎖;
54、當(dāng)?um,i>?u且∑?um≥0時(shí),下一個(gè)采樣點(diǎn)控制變量以設(shè)定步長向參考值分步逼近;
55、當(dāng)?um,i>?u且∑?um<0時(shí),下一個(gè)采樣點(diǎn)仍按照配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)中心優(yōu)化結(jié)果執(zhí)行;
56、當(dāng)?um,i<?u且∑?um>0時(shí),下一個(gè)采樣點(diǎn)仍按照配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)中心優(yōu)化結(jié)果執(zhí)行;
57、當(dāng)?um,i<?u且∑?um≤0時(shí),下一個(gè)采樣點(diǎn)控制變量以設(shè)定步長向參考值分步逼近。
58、進(jìn)一步地,當(dāng)所述配電網(wǎng)母線電壓偏移超出預(yù)設(shè)定的要求范圍后,還包括:
59、獲取分布式電源及其補(bǔ)償設(shè)備lcm,k實(shí)時(shí)采集的機(jī)端電壓vlc;
60、當(dāng)所述機(jī)端電壓vlc處于[vminthlc,vmaxthlc]范圍內(nèi)時(shí),控制分布式電源及其補(bǔ)償設(shè)備的無功出力為0;
61、當(dāng)機(jī)端電壓vlc處于[vminlc,vminthlc]或[vmaxthlc,vmaxlc]范圍內(nèi)時(shí),分布式電源及其補(bǔ)償設(shè)備lcm,k無功出力與電壓呈線性關(guān)系;
62、當(dāng)機(jī)端電壓vlc處于[0,vminlc]或高于vmaxlc范圍內(nèi)時(shí),分布式電源及其補(bǔ)償設(shè)備lcm,k消耗、產(chǎn)生無功功率為定值,分別為qmin,qmax;
63、其中,所述vminlc為當(dāng)無功功率最大時(shí)的最大機(jī)端電壓,所述vminthlc為當(dāng)無功功率為0時(shí)的最小機(jī)端電壓,所述vmaxthlc為當(dāng)無功功率為0時(shí)的最大機(jī)端電壓,所述vmaxlc為當(dāng)無功功率最小時(shí)的最小機(jī)端電壓。
64、第二方面,本發(fā)明提供了一種計(jì)及輸配協(xié)同調(diào)度的主動配電網(wǎng)分層電壓控制系統(tǒng),包括:
65、獲取模塊,用于獲取電壓,所述電壓包括配電網(wǎng)全局協(xié)調(diào)控制中心dcc和配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)控制中心dac實(shí)時(shí)采集的配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓vdt以及輸電網(wǎng)控制中心tc實(shí)時(shí)采集的輸電網(wǎng)系統(tǒng)電壓vtr;
66、迭代更新模塊,用于當(dāng)所述配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓vdt偏移超出預(yù)設(shè)定的要求范圍后,基于預(yù)構(gòu)建的配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模型,迭代優(yōu)化并求解使本區(qū)域優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)對應(yīng)增廣拉格朗日函數(shù)最小的控制措施量?um,i;基于預(yù)構(gòu)建的配電網(wǎng)全局協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模型,迭代優(yōu)化求解連接輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)母線電壓調(diào)節(jié)量?vtr和配電網(wǎng)控制措施量?u;將所述高壓側(cè)母線電壓調(diào)節(jié)量?vtr輸入預(yù)構(gòu)建的輸電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模型,迭代優(yōu)化求解輸電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)量?vtc;
67、判定模塊,用于所述|?vtc|≥|?vtr|或迭代次數(shù)大于預(yù)設(shè)定的次數(shù)閾值時(shí),則輸電網(wǎng)實(shí)施?vtc,并控制配電網(wǎng)全局協(xié)調(diào)中心向配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)控制中心下發(fā)控制措施量?u;
68、調(diào)節(jié)模塊,用于當(dāng)所述配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)控制中心dac接收到配電網(wǎng)全局協(xié)調(diào)控制中心dcc下發(fā)的控制措施量?u,則配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)控制中心dac根據(jù)此時(shí)控制措施量?um,i與分布式電源及其補(bǔ)償設(shè)備累計(jì)控制措施量∑△um,在下一個(gè)采樣點(diǎn)處按照選擇性調(diào)整原則調(diào)整電壓調(diào)節(jié)量。
69、第三方面,本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì),其上存儲有計(jì)算機(jī)程序,該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述第一方面所述方法的步驟。
70、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明所達(dá)到的有益效果:
71、當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓偏移超出預(yù)設(shè)定的要求范圍后,依次迭代優(yōu)化并求解獲得使本區(qū)域優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)對應(yīng)增廣拉格朗日函數(shù)最小的控制措施量和連接輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)母線電壓調(diào)節(jié)量?vtr以及控制措施量,再將所述高壓側(cè)母線電壓調(diào)節(jié)量?vtr輸入預(yù)構(gòu)建的輸電網(wǎng)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制模型,迭代優(yōu)化求解輸電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)量?vtc,當(dāng)所述|?vtc|≥|?vtr|或迭代次數(shù)大于預(yù)設(shè)定的次數(shù)閾值時(shí),則輸電網(wǎng)實(shí)施?vtc,當(dāng)所述配電網(wǎng)區(qū)域協(xié)調(diào)控制中心接收到所述配電網(wǎng)全局協(xié)調(diào)控制中心下發(fā)的控制措施量?u后,在下一個(gè)采樣點(diǎn)處按照選擇性調(diào)整原則調(diào)整電壓調(diào)節(jié)量,實(shí)現(xiàn)輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié),解決了現(xiàn)有技術(shù)中分布式電源規(guī)模化接入與應(yīng)用產(chǎn)生的間歇性、波動性和不確定性問題,減少了電壓波動和偏差,提高了穩(wěn)定性。