一种基于需求侧响应的分布式配电网拥塞控制方法技术

本发明专利技术提出一种基于需求侧响应的分布式配电网拥塞控制方法，属于电力系统运行和控制技术领域。该方法包括：建立需求侧响应中的电器效用模型；建立配电网网络模型并考虑拥塞约束；建立负荷控制模型；建立基于需求侧响应的分布式配电网拥塞控制模型目标函数并进行分布式求解，将每步求解结果作为控制量对配电网进行实时拥塞控制，直到达到收敛条件，基于需求侧响应的分布式配电网拥塞控制结束。本发明专利技术方法充分发挥了需求侧响应带来的调节裕度，使需求侧用户参与到网络的拥塞控制中来，适用于快速的配电网拥塞控制，成本低廉，适合大规模推广。

A Distributed Distribution Network Congestion Control Method Based on Demand Side Response

The invention provides a distributed distribution network congestion control method based on demand side response, which belongs to the technical field of power system operation and control. The method includes: establishing electrical utility model in demand-side response; establishing distribution network model and considering congestion constraints; establishing load control model; establishing objective function of distributed distribution network congestion control model based on demand-side response and solving it in a distributed way, using the results of each step as control variables to control the real-time congestion of distribution network until the convergence condition is reached. Distributed distribution network congestion control based on demand side response is over. The method of the invention makes full use of the adjustment margin brought by the demand side response, enables the demand side users to participate in the network congestion control, and is suitable for fast distribution network congestion control with low cost and suitable for large-scale popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种基于需求侧响应的分布式配电网拥塞控制方法
本专利技术属于电力系统运行和控制
，特别涉及一种基于需求侧响应的分布式配电网拥塞控制方法。
技术介绍
随着智能电网建设的全面推进，配电网中出现了大量的弹性负荷。这类负荷在一定条件下可以响应配电网调度，逐渐成为配电网辅助服务的重要提供者。因此，需求侧响应逐渐成为工程现实，正在主动配电网的各个控制算法中扮演着重要角色。同时，随着可再生能源渗透率日益提高，配电网形态的逐步衍变，由传统的集中式配电网逐渐向多主体主动配电网转化，配电系统的发展面临着新的机遇与挑战。如果控制方法不当，电源、负荷将使得配电网的潮流形态恶化，竞争有限的配电线路，使得配电网中部分支路的功率输送值逼近上限，容易引发配电系统故障，造成经济损失。因此，如何避免上述这种拥塞现象，对配电网进行合理的拥塞控制，是亟待解决的问题。多主体主动配电网的拥塞控制，其关键之处在于，在满足全局系统的安全性约束(包括节点电压以及支路潮流)的前提下，通过及时的控制策略，对配电网中各种灵活性资源进行控制，实现配电网拥塞程度的最小化。目前的拥塞控制方法法，往往未能充分考虑需求侧响应带来的影响与作用，因而使得需求侧大量可控资源不能充分发挥辅助服务的作用。现有的技术，例如一种主动配电网支路功率拥塞实时控制方法，对主动配电网进行了建模，并使用支路潮流功率上下线作为约束，采用集中式的优化器对模型求解，得到拥塞控制方案。然而，其在该方法建模过程中，并没有考虑需求侧响应，因而无法发挥需求侧响应在主动配电网中的参与作用，导致结果产生的拥塞控制方案性能较为低下。另一方面，需求侧资源数目繁多，同时配电网规模也随着发展日益扩大，传统的集中式配电网采用了集中式的控制器。集中式的控制器，将配网中的量测信息全部收集并进行模型的集中式求解，随后将结果通过通讯网络下发至各个执行单元。采用集中式控制器实施的拥塞控制方法，面临着响应速度慢、信息传输量大的问题，无法及时对网络拥塞进行控制。同时，在多主体主动配电网中，集中式的算法将引发多主体之间的信任、协调问题，难以胜任。因此，采用分布式算法对配电网拥塞进行控制是有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于需求侧响应的分布式配电网拥塞控制方法。本专利技术基于需求侧响应，充分挖掘需求侧在电网辅助服务中的重要作用，可达到更好的配电网控制效果。本专利技术提出一种基于需求侧响应的分布式配电网拥塞控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)建立需求侧响应中的电器效用模型；令主动配电网中的家庭集合为H＝{h1,h2,...,hH}，H为家庭总数，记第h个家庭的电器集合为Ah＝{ah,1,ah,2,...,ah,A}，A是第h个家庭的电器总数；定义效用函数Uh,a(ph,a)为第h号家庭中电器a在输出功率ph,a时带来的效用；将第h个家庭所有电器分为关键负荷和非关键负荷，则关键负荷的输出功率满足如下表达式：其中，ph,a(t)为t时刻第h个家庭中第a个电器的输出功率，为t时刻第h个家庭中第a个电器正常工作的必须功率；对于非关键负荷，分为可中断负荷、可转移负荷和热负荷三类：其中，可中断负荷的效用表达式如下：其中，T代表运行的总时刻数；可转移负荷的效用表达式如下：同时，可转移负荷消耗的总电能满足如下运行约束：其中，Eh,a代表第h个家庭的第a个电器的总电能需要下限，代表第h个家庭的第a个电器的总电能需要上限；热负荷的效用表达式如下：其中，为t时刻第h个家庭用户最舒适温度，是t时刻第h个家庭的室内温度；满足以下热力学方程：其中，αh,βh分别是第h个家庭与热环境相关的热参数和与电器相关的热参数；满足如下约束：其中，是t时刻第h个家庭室内温度的下限，是t时刻第h个家庭室内温度的上限；对于第h个家庭的所有电器均有以下约束：功率因数约束：其中，ηh,a为第h个家庭第a个电器的功率因数，sh,a(t)为第h个家庭第a个电器在t时刻的视在功率；电器运行约束：其中，ph,a(t)代表第h个家庭第a个电器在t时刻的功率下限，代表第h个家庭第a个电器在t时刻的功率上限；电器工作时间约束：其中，为第h个家庭第a个电器的工作时间范围；2)建立配电网网络模型；将主动配电网建模为对应的连通图(N，E)，其中N为节点集，E为支路集；节点0表示馈线根节点，其电压V0设定为由变电站侧控制的参考电压，p0(t)是t时刻配电网从馈线根节点获取的功率，每个负载节点i∈N\{0}为连接到该节点的家庭提供电功率，并且t时刻家庭h所需要的有功功率为：t时刻家庭h所需要的无功功率为：其中，qh,a(t)为第h家庭中第a个电器在t时刻的无功功率；t时刻在第i个节点φ相的净注入有功功率：其中，G是发电节点的集合，pGj(t)为第j个发电节点在t时刻的有功功率，为第i个关键负荷φ相的注入有功功率；t时刻在第i个节点φ相的净注入无功功率：其中，qGj(t)为第j个发电节点在t时刻的无功功率，为第i个关键负荷φ相的注入无功功率；三相配电网潮流方程：vj＝vi-2(RijPij+XijQij)+Δvij(P,Q)(16)其中为三相潮流ij支路的有功功率向量，为三相潮流ij支路无功功率向量，为第j个节点的三相注入有功功率向量，为第j个节点的三相注入无功功率向量，为第j个节点的电压变量，，为φ相参考节点电压，Vref为参考电压有效值；为ij支路的有功网损，为ij支路的无功网损，Δvij(P,Q)为ij支路的电压降，具体线性化表达式如下：其中，P0为配电网初始有功功率向量，Q0为配电网初始无功功率向量，Pij0为配电网ij支路初始有功功率向量，Qij0为配电网ij支路初始无功功率向量；其中“.*”和“./”分别代表两个同维向量间对应元素相乘或相除；各节点处角向量：式中，i为节点标号，j为虚数单位；定义第一类修正阻抗矩阵和第二类修正阻抗矩阵中的第i行j列元素表达分别为：同时，第一类修正阻抗矩阵的实部和虚部分别对应第一类修正电阻矩阵和第一类修正电抗矩阵第二类修正阻抗矩阵的实部和虚部分别对应第二类修正电阻矩阵和第二类修正电抗矩阵表达式如下：其中，偏导数fpij、fqij、gpij、gqij、lpij、lqij表达式分别如下：以及hxx(A,x)＝diag(Ax)+diag(x)A(31)hxy(A,x,y)＝diag(Ay)(32)hyx(A,x,y)＝diag(y)A(33)支路功率和电压幅值的拥塞约束：其中，为ij支路φ相的有功功率下限，为ij支路φ相的有功功率上限，为ij支路φ相t时刻的有功功率；为ij支路φ相的无功功率下限，为ij支路φ相的无功功率上限，为ij支路φ相t时刻的无功功率；Vi为ij支路的电压下限，为ij支路的电压上限，为ij支路φ相t时刻的电压；3)建立负荷控制模型，表达式如下：其中，是配电网t时刻在φ相的总注入复功率上限，为t时刻节点j处的注入有功功率，为t时刻节点j处的注入无功功率；4)建立基于需求侧响应的分布式配电网拥塞控制模型目标函数，表达式如下：在线性成本的条件下，Ct为配电公司成本参数，G是发电节点的集合，pGj(t)为第j个发电节点在t时刻的有功功率；κ是配电公司总成本在社会福利中的权重；5)对所建模型(39)，(1)-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于需求侧响应的分布式配电网拥塞控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)建立需求侧响应中的电器效用模型；令主动配电网中的家庭集合为H＝{h1,h2,...,hH}，H为家庭总数，记第h个家庭的电器集合为Ah＝{ah,1,ah,2,...,ah,A}，A是第h个家庭的电器总数；定义效用函数Uh,a(ph,a)为第h号家庭中电器a在输出功率ph,a时带来的效用；将第h个家庭所有电器分为关键负荷和非关键负荷，则关键负荷的输出功率满足如下表达式：

【技术特征摘要】
1.一种基于需求侧响应的分布式配电网拥塞控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)建立需求侧响应中的电器效用模型；令主动配电网中的家庭集合为H＝{h1,h2,...,hH}，H为家庭总数，记第h个家庭的电器集合为Ah＝{ah,1,ah,2,...,ah,A}，A是第h个家庭的电器总数；定义效用函数Uh,a(ph,a)为第h号家庭中电器a在输出功率ph,a时带来的效用；将第h个家庭所有电器分为关键负荷和非关键负荷，则关键负荷的输出功率满足如下表达式：其中，ph,a(t)为t时刻第h个家庭中第a个电器的输出功率，为t时刻第h个家庭中第a个电器正常工作的必须功率；对于非关键负荷，分为可中断负荷、可转移负荷和热负荷三类：其中，可中断负荷的效用表达式如下：其中，T代表运行的总时刻数；可转移负荷的效用表达式如下：同时，可转移负荷消耗的总电能满足如下运行约束：其中，Eh,a代表第h个家庭的第a个电器的总电能需要下限，代表第h个家庭的第a个电器的总电能需要上限；热负荷的效用表达式如下：其中，为t时刻第h个家庭用户最舒适温度，是t时刻第h个家庭的室内温度；满足以下热力学方程：其中，αh,βh分别是第h个家庭与热环境相关的热参数和与电器相关的热参数；满足如下约束：其中，是t时刻第h个家庭室内温度的下限，是t时刻第h个家庭室内温度的上限；对于第h个家庭的所有电器均有以下约束：功率因数约束：其中，ηh,a为第h个家庭第a个电器的功率因数，sh,a(t)为第h个家庭第a个电器在t时刻的视在功率；电器运行约束：其中，ph,a(t)代表第h个家庭第a个电器在t时刻的功率下限，代表第h个家庭第a个电器在t时刻的功率上限；电器工作时间约束：其中，为第h个家庭第a个电器的工作时间范围；2)建立配电网网络模型；将主动配电网建模为对应的连通图(N，E)，其中N为节点集，E为支路集；节点0表示馈线根节点，其电压V0设定为由变电站侧控制的参考电压，p0(t)是t时刻配电网从馈线根节点获取的功率，每个负载节点i∈N\{0}为连接到该节点的家庭提供电功率，并且t时刻家庭h所需要的有功功率为：t时刻家庭h所需要的无功功率为：其中，qh,a(t)为第h家庭中第a个电器在t时刻的无功功率；t时刻在第i个节点φ相的净注入有功功率：其中，G是发电节点的集合，pGj(t)为第j个发电节点在t时刻的有功功率，为第i个关键负荷φ相的注入有功功率；t时刻在第i个节点φ相的净注入无功功率：其中，qGj(t)为第j个发电节点在t时刻的无功功率，为第i个关键负荷φ相的注入无功功率；三相配电网潮流方程：vj＝vi-2(RijPij+XijQij)+Δvij(P,Q)(16)其中为三相潮流ij支路的有功功率向量，为三相潮流ij支路无功功率向量，为第j个节点的三相注入有功功率向量，为第j个节点的三相注入无功功率向量，为第j个节点的电压变量，，为φ相参考节点电压，Vref为参考电压有...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文传，张伯明，孙宏斌，郑伟业，刘昊天，潘东，焦震，储召云，
申请(专利权)人：清华大学，国网安徽省电力有限公司六安供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11