一种计及光伏和负荷不确定性的配电网无功电压鲁棒控制方法技术

本发明专利技术公开了一种计及光伏和负荷不确定性的配电网无功电压鲁棒控制方法，属于配电网运行控制领域，该方法能够应用于高比例分布式电源接入配电网的运行控制，保证在负荷和分布式电源出力不确定的情况下配电网电压的安全稳定运行，提高配电网运行的可靠性。本发明专利技术通过考虑配电网层次控制过程中可能存在的通信延迟，将不确定性时滞转化为确定性时滞，简化了控制模型和控制器设计。利用多胞体模型将分布式光伏和负荷出力的不确定性考虑在系统模型中，方便采用LMI的优化方法求解控制参数。采用

A reactive power and voltage robust control method for distribution network considering photovoltaic and load uncertainties

The invention discloses a reactive power and voltage robust control method for distribution network, which takes into account the uncertainty of photovoltaic and load, and belongs to the operation control field of distribution network. The method can be applied to the operation control of high-proportion distributed generation connected to distribution network to ensure the voltage of distribution network under uncertain load and distributed power output. Safe and stable operation, improve the reliability of distribution network operation. By considering the communication delay that may exist in the hierarchical control process of distribution network, the invention converts the uncertain time delay into the deterministic time delay, and simplifies the control model and controller design. The uncertainties of distributed photovoltaic and load output are considered in the system model by using the multi-cell model. The LMI optimization method is convenient to solve the control parameters. Use

【技术实现步骤摘要】
一种计及光伏和负荷不确定性的配电网无功电压鲁棒控制方法
本专利技术涉及配电网运行控制
，特别是一种计及光伏和负荷不确定性的配电网无功电压鲁邦控制方法。
技术介绍
对于光伏高比例接入的配电网，光伏高比例接入带来的无功调节能力可以给电网提供电压支撑，改善配电网电压越限问题。但由于光伏出力和负荷存在的波动性和不确定性，若运行于最大功率点跟踪(MPPT)模式的光伏实际有功出力较大，而负荷实际功率较小，则可能导致系统电压不安全，尤其是光伏节点处局部过电压。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种计及光伏和负荷不确定性的配电网无功电压鲁棒控制方法，其能够减小配电网不确定功率波动和通信延迟对电压控制的影响，提高电压波形的质量，保证分布式光伏高比例接入的情况下配电网电压的安全稳定。本专利技术采取的技术方案为：一种计及光伏和负荷不确定性的配电网无功电压鲁棒控制方法，包括：S1，将通信延迟带来的不确定时滞转化为确定时滞，建立配电网被控节点的离散控制系统模型；S2，基于S1建立的离散控制系统模型，将节点接入的负荷和光伏作为不确定量，建立描述配电网电压控制系统动态特性的多胞体模型，使得不确定量的各种取值被约束在多胞体模型内，并对应多胞体的各顶点；S3，利用H∞鲁棒控制原理，将节点电压扰动对输出的增益转化成H∞范数界的问题，利用线性矩阵不等式优化方法进行以增益最小化为目标的问题求解，得到使得多胞体模型中所有顶点满足线性矩阵不等式的，离散系统H∞鲁棒电压控制器的控制参数；S4，采集配电网被控节点电压向量，计算得到节点电压偏差，作为H∞鲁棒电压控制器的输入量；利用S3得到的控制参数已确定的离散系统H∞鲁棒电压控制器，得到对应被控节点中各光伏接入点的无功调节量，根据无功调节量对节点接入的分布式光伏进行无功电压控制。进一步的，离散系统H∞鲁棒电压控制器包括一个使得扰动对输出的增益最小化的状态反馈控制器uk＝Kxk；S3中，求解得到的离散系统H∞鲁棒电压控制器的控制参数为状态反馈控制器的控制参数矩阵K。优选的，S1中，将不确定时滞转化成的确定时滞为鲁棒电压控制器的控制周期T，即将k-1时刻的控制量uk-1作为对第k时刻的扰动，即将离散控制系统模型：xk+1＝Axk+Buuk+Buuk-1+Bwwkzk＝Cxk(1)转换为：zk＝Cxk(2)其中，xk为k时刻控制系统的状态向量，包括各台光伏并网点的电压偏差向量△V；uk为k时刻控制系统的控制向量，包括各台光伏的无功调节向量△Q；zk为k时刻被控节点的控制输出量；wk表示第k时刻各台光伏并网点电压的干扰项，即负荷和光伏有功出力波动带来的电压波动；A＝I，C＝I，I为单位矩阵；Bu表示光伏并网点电压和光伏无功之间关系的电压灵敏度矩阵，Bw表示光伏并网点电压和光伏有功出力、负荷之间关系的电压灵敏度矩阵；令[BuBw]＝Bw'，则离散控制系统模型简化为：xk+1＝Axk+Buuk+Bw'wk'zk＝Cxk(1)。优选的，S2包括：将光伏有功出力Ppv、负荷有功Pload、负荷无功Qload作为不确定量，定义向量p＝(Ppv,Pload,Qload)约束在多胞模型内；考虑负荷和光伏出力的变化，设定控制向量为u＝ΔQ，状态向量x＝ΔV，则控制系统的动态特性形成的系统多胞体模型为：式中，系数矩阵Bu(p)、Bw′(p)由不确定量Ppv、Pload和Qload决定，不确定量包含在向量p中，且Ppv,Pload,Qload约束在各自最大值和最小值之间的区间内：定义各不确定量Ppv,Pload,Qload的取值分别在L＝2N个顶点{v1,...,vL}组成的凸多面体内，N为不确定量的组数，每个顶点vi对应一种向量p＝(Ppv,Pload,Qload)的取值pi，即一种矩阵[Bu(pi),Bw′(pi)]的取值，若是凸胞体的顶点，则：优选的，S3包括：S31，将扰动对输出的增益转化成H∞范数界的问题：定义扰动信号w到输出信号z的传递函数为G(z)，相应H∞的范数为：其中，和分别表示无穷范数和2范数，对给定的标量γ>0，如果||G(z)||∞<γ，则称系统具有H∞性能γ；S32，建立以增益最小化为目标的线性矩阵不等式：其中，ρ代表最小扰动抑制度的平方，上标T代表矩阵的转置；假设对于离散控制系统，存在一个H∞状态反馈制器uk＝Kxk；当且仅当正定矩阵X∈Rn*n，Y∈Rn*n，若存在一个可行解Y＊,X＊，使得式(9)中的线性矩阵不等式成立，且多胞体模型的所有顶点满足式(9)中的(i)式，则uk＝Y＊(X＊)-1xk是离散控制系统的一个状态反馈H∞控制器，其中K＝YX-1即为状态反馈控制器的控制参数矩阵K。即对于对应不确定量节点接入负荷和分布式光伏的多胞体模型中的所有顶点在对控制参数矩阵进行求解时，只需使得多胞体模型的所有顶点均满足式(9)中的(i)式即可解决系统不同稳态工作点的稳定性问题。本专利技术还公开一种计及光伏和负荷不确定性的配电网无功电压鲁棒控制系统，包括：离散控制系统模型构建模块，将通信延迟带来的不确定时滞转化为确定时滞，建立配电网被控节点的离散控制系统模型；多胞体模型构建模块，基于S1建立的离散控制系统模型，将节点接入的负荷和光伏作为不确定量，建立描述配电网电压控制系统动态特性的多胞体模型，使得不确定量的各种取值被约束在多胞体模型内，并对应多胞体的各顶点；H∞鲁棒电压控制器的控制参数求解模块，利用H∞鲁棒控制原理，将节点电压扰动对输出的增益转化成H∞范数界的问题，利用线性矩阵不等式优化方法进行以增益最小化为目标的问题求解，得到使得多胞体模型中所有顶点满足线性矩阵不等式的，离散系统H∞鲁棒电压控制器的控制参数；H∞鲁棒电压控制器的应用模块，采集配电网被控节点电压向量，计算得到节点电压偏差，作为H∞鲁棒电压控制器的输入量；利用S3得到的控制参数已确定的离散系统H∞鲁棒电压控制器，得到对应被控节点中各光伏接入点的无功调节量，根据无功调节量对节点接入的分布式光伏进行无功电压控制。有益效果与现有技术相比较，本专利技术具有以下优点和进步：(1)考虑配电网层次控制过程中可能存在的通信延迟，将不确定性时滞转化为确定性时滞，简化了控制模型和控制器设计，便于控制器的有效响应，降低通信延迟带来的控制的实时性带来的影响；(2)通过将不确定时滞转换为确定时滞，可降低配电网不确定功率变化(光伏和负荷)和不确定时滞对电压控制的影响，提高电压波形的质量，保证分布式光伏高比例接入的情况下配电网电压的安全稳定；(3)将负荷和光伏出力的变化，即无功电压灵敏度的变化考虑到系统模型中，利用凸优化理论中的多胞模型建立系统模型，以方便采用线性矩阵不等式(LMI)的优化方法求解控制参数，该方法可以保证系统在不同运行状况下的稳定性、以及最优的抗干扰能力；(4)采用H∞鲁棒控制原理设计电压控制参数，将扰动对输出的增益转化成H∞范数界的问题，利用线性矩阵不等式(LMI)的优化方法求解，简化控制参数求解过程，可简化多复控制参数的设计过程，利于工程实现。综上，本专利技术考虑到配电网系统的不确定性，简化了电压控制参数的设计，适用于分布式光伏多点接入的配电网，可有效的抑制配电网电压的波动，提高配电网运行的安全性。附图说明图1所示为本专利技术的控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及光伏和负荷不确定性的配电网无功电压鲁棒控制方法，其特征是，包括：S1，将通信延迟带来的不确定时滞转化为确定时滞，建立配电网被控节点的离散控制系统模型；S2，基于S1建立的离散控制系统模型，将节点接入的负荷和光伏作为不确定量，建立描述配电网电压控制系统动态特性的多胞体模型，使得不确定量的各种取值被约束在多胞体模型内，并对应多胞体的各顶点；S3，利用H∞鲁棒控制原理，将节点电压扰动对输出的增益转化成H∞范数界的问题，利用线性矩阵不等式优化方法进行以增益最小化为目标的问题求解，得到使得多胞体模型中所有顶点满足线性矩阵不等式的，离散系统H∞鲁棒电压控制器的控制参数；S4，采集配电网被控节点电压向量，计算得到节点电压偏差，作为H∞鲁棒电压控制器的输入量；利用S3得到的控制参数已确定的离散系统H∞鲁棒电压控制器，得到对应被控节点中各光伏接入点的无功调节量，根据无功调节量对节点接入的分布式光伏进行无功电压控制。

【技术特征摘要】
1.一种计及光伏和负荷不确定性的配电网无功电压鲁棒控制方法，其特征是，包括：S1，将通信延迟带来的不确定时滞转化为确定时滞，建立配电网被控节点的离散控制系统模型；S2，基于S1建立的离散控制系统模型，将节点接入的负荷和光伏作为不确定量，建立描述配电网电压控制系统动态特性的多胞体模型，使得不确定量的各种取值被约束在多胞体模型内，并对应多胞体的各顶点；S3，利用H∞鲁棒控制原理，将节点电压扰动对输出的增益转化成H∞范数界的问题，利用线性矩阵不等式优化方法进行以增益最小化为目标的问题求解，得到使得多胞体模型中所有顶点满足线性矩阵不等式的，离散系统H∞鲁棒电压控制器的控制参数；S4，采集配电网被控节点电压向量，计算得到节点电压偏差，作为H∞鲁棒电压控制器的输入量；利用S3得到的控制参数已确定的离散系统H∞鲁棒电压控制器，得到对应被控节点中各光伏接入点的无功调节量，根据无功调节量对节点接入的分布式光伏进行无功电压控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，离散系统H∞鲁棒电压控制器包括一个使得扰动对输出的增益最小化的状态反馈控制器uk＝Kxk；S3中，求解得到的离散系统H∞鲁棒电压控制器的控制参数为状态反馈控制器的控制参数矩阵K。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，S1中，将不确定时滞转化成的确定时滞为鲁棒电压控制器的控制周期T，即将k-1时刻的控制量uk-1作为对第k时刻的扰动，即将离散控制系统模型：xk+1＝Axk+Buuk+Buuk-1+Bwwkzk＝Cxk(1)转换为：zk＝Cxk(2)其中，xk为k时刻控制系统的状态向量，包括各台光伏并网点的电压偏差向量△V；uk为k时刻控制系统的控制向量，包括各台光伏的无功调节向量△Q；zk为k时刻被控节点的控制输出量；wk表示第k时刻各台光伏并网点电压的干扰项，即负荷和光伏有功出力波动带来的电压波动；A＝I，C＝I，I为单位矩阵；Bu表示光伏并网点电压和光伏无功之间关系的电压灵敏度矩阵，Bw表示光伏并网点电压和光伏有功出力、负荷之间关系的电压灵敏度矩阵；令[BuBw]＝Bw'，则离散控制系统模型简化为：xk+1＝Axk+Buuk+Bw'wk'zk＝Cxk(1)。4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，S2包括：将光伏有功出力Ppv、负荷有功Pload、负荷无功Qload作为不确定量，定义向量p＝(Ppv,Pload,Qload)约束在多胞模型内；考虑负荷和光伏出力的变化，设定控制向量为u＝ΔQ，状态向量x＝ΔV，则控制系统的动态特性形成的系统多胞体模型为：xk+1＝Axk...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁晓冬，柳丹，葛浦东，窦晓波，顾伟，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，国家电网公司，东南大学，江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32