一种提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优化整定方法技术

本发明专利技术公开了一种提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优化整定方法，首先根据风速或光照强度的概率分布，采用蒙卡罗法对其进行抽样，得到Ns个风电机组或光伏发电单元出力的样本集，并基于后向削减技术对抽样样本进行场景削减得到Nσ个场景样本；然后根据提升孤岛微电网电压安全的目的，确定目标函数及约束条件，建立孤岛微电网中下垂控制型电源的参数优化整定模型；最后调用IPOPT优化工具包采用内点法求解非线性优化规划问题，得到下垂控制型DG的下垂控制参数的优化整定方案，本发明专利技术解决了现有技术中存在的孤岛微电网中电压质量与静态电压稳定性差以及下垂控制型DG的参数无法有效选择的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优化整定方法
本专利技术属于电力系统优化
，具体涉及一种提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优化整定方法。
技术介绍
微电网作为一种灵活高效利用分布式能源的形式，有并网和孤岛运行两种形式。孤岛微电网有主从控制和对等控制两种结构。主从控制结构的微电网内有主电源提供电压频率支撑，其运行机理与传统电网类似；而对等控制结构中，无主控电源，通常由多个采用下垂控制方法的可控型分布式电源(DistributedGeneration,DG)共同参与电压、频率调节和控制，(此类电网也称为“下垂控制孤岛微电网”)。下垂控制型DG的下垂控制参数下垂控制参数mP、nQ、ω0及U0的设置直接决定孤岛微电网的电压质量和静态电压稳定程度。微电网中通常含有风力发电机组或光伏发电单元等间歇性DG，其出力的随机波动性可能对系统的电压质量造成不利影响。下垂控制孤岛微电网规模较小、惯性小，结构较大电网更为脆弱，其中的DG容量较小，没有可以承担平衡节点作用的主控电源，且风电和光伏等DG的出力波动对系统的冲击相对较大，导致其静态电压稳定问题较之传统电网更为突出。因此，如何设置下垂控制型DG的下垂控制参数，对保证微电网以较好的电压质量与静态电压稳定性运行，具有重要意义。目前，对微电网的优化设计，大多只考虑并网或主从结构的孤岛微电网，对下垂控制孤岛微电网的优化设计研究较少。且大部分对并网或主从结构的孤岛微电网的优化设计的研究，主要针对小型网络，未考虑系统的潮流约束及电压安全约束。而目前对下垂控制参数选择的研究，主要是从元件级即分布式电源的暂态响应特性来考虑，未见有文献从微电网系统级安全运行的角度进行研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优化整定方法，解决了现有技术中存在的孤岛微电网中电压质量与静态电压稳定性差以及下垂控制型DG的参数无法有效选择的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优化整定方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、根据风速或光照强度的概率分布，采用蒙特卡罗法对其进行抽样，得到Ns个风电机组或光伏发电单元出力的样本集，并基于后向削减技术对抽样样本进行场景削减得到Nσ个场景样本；步骤2、根据提升孤岛微电网电压安全的目的，确定目标函数及约束条件，建立孤岛微电网中下垂控制型电源的参数优化整定模型；步骤3、调用IPOPT优化工具包采用内点法求解步骤2的非线性优化规划问题，得到下垂控制型DG的下垂控制参数的优化整定方案。本专利技术的特点还在于，步骤1具体按照以下步骤实施：步骤1.1、设样本的初始场景集合为ω，削减后的目标场景集合为ω*，对于初始场景集合内的任意两个场景计算场景距离KD，建立场景距离矩阵，记为KDM；步骤1.2、对任一场景ξi，找到与之距离最近的场景ξj，记为min{KD(ξi，ξj)}，并在KDM矩阵中标记此场景；步骤1.3、对步骤1.2中的每一对场景，计算PKDi＝min{KD(ξi,ξj)}×P(ξi)，其中P(ξi)为所评估场景的概率，然后找到KDM中所有场景对的PKD中的最小值，记为PKDs，将PKDs对应的场景对中将ξi和ξj两者中与其它场景更近、概率更小的一个去掉，比如削减掉ξi；步骤1.4、削减掉ξi后，构建新的KDM矩阵，并更新场景概率P(ξj)＝P(ξi)+P(ξj)；步骤1.5、重复步骤1.2～步骤1.4，直到削减到目标场景数为止。步骤2具体按照以下步骤实施：步骤2.1、设定目标函数：选择节点实际电压与目标电压的偏差作为目标函数，使所有场景下系统各节点的电压偏差的绝对值的期望之和最小，即：式中，i表示节点编号，σ表示场景编号；Nσ为场景个数；NB为微电网系统的节点数；ρσ为第σ个场景的概率；为第σ个场景下节点i的电压；Uispec为i节点电压的目标值；Uimax和Uimin分别为i节点电压的最大和最小允许值；步骤2.2、设定约束条件：步骤2.2.1、设定潮流等式约束，对削减得到的每个场景，都满足下垂控制型DG组网的IMG的潮流等式约束，正常运行状态下如式(2)所示，临界状态下如式(3)所示：式(2)中的变量为正常状态时的电气量，PLi、QLi分别为负荷的功率有功功率和无功功率；λ为静态电压稳定裕度；和分别第σ个场景下的节点i及节点j的电压幅值和相角差；ωσ为第σ个场景下系统角频率；和分别为第σ个场景下节点i所接的下垂控制DG、风电机组及光伏发电单元的有功功率，若无此类DG接入，则对应功率等于0；和分别为第σ个场景下节点i的下垂控制DG、风电机组及光伏发电单元的无功功率，若无此类DG接入，则对应功率等于0，式(3)中带上标“*”的变量为式(2)中对应电气量在临界状态下的值；B为所有节点集合；对下垂控制节点，有：式中，mPi、nQi分别为节点i的下垂控制微源的有功功率和无功功率的下垂系数；ω0和Ui0为节点i下垂控制DG的频率和电压设定值；BDroop表示微电网中下垂节点的集合；步骤2.2.2、设定下垂控制型微源容量不等式约束：接入节点i的下垂控制型微源，还要满足其容量限制不等式约束：其中，和分别为下垂控制型DG的容量上、下限值；步骤2.2.3、设定间歇性DG无功功率约束：对于风电机组，在正常状态和临界状态下分别有如下约束：其中，Qsmax和Qsmin分别为DFIG定子侧发出的无功功率Qs的最大值和最小值；Qgmax和Qgmin分别为DFIG网侧变换器发出的无功功率Qg的最大值和最小值；对于光伏发电单元，在正常状态和临界状态下分别有如下不等式约束：式中，SIcimax为节点i接入的光伏并网逆变器的最大视在功率；步骤2.2.4、设定系统安全运行不等式约束：系统角频率的安全约束：式中，和分别为节点电压幅值上下限；为支路ij允许流过的电流幅值上限值；ωmax和ωmin分别为系统角频率的上下限；为第σ个场景下支路ij的电流幅值；步骤2.2.5、设定系统静态电压稳定裕度不等式约束：系统静态电压稳定裕度满足如下约束：λ≥λspec(12)式中，λspec为最小负荷裕度允许值；步骤2.3、由步骤2.1中式(1)的目标函数和步骤2.2中式(2)～(12)的约束条件组合，即得到孤岛微电网中下垂控制型电源的参数优化整定的非线性规划模型。步骤2.1中Uispec取额定值1p.u.。步骤2.1中Uimax＝1.07p.u.，Uimin＝0.93p.u.。本专利技术的有益效果是，一种提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优化整定方法，提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优化整定方法，以下垂控制参数的优化整定为手段，计及间歇性DG的无功调节能力，提出了改善和提升下垂控制孤岛微电网电压质量及静态电压稳定性的优化设计策略。建立了计及间歇性DG无功调节能力的下垂控制型DG的控制参数优化整定模型，通过优化下垂控制型DG的下垂参数以调节下垂控制型DG的出力，可显著提高微电网系统的电压水平和静态电压稳定裕度；尤其在同时考虑间歇性DG的无功控制对下垂控制DG的下垂参数进行优化整定时，可使系统的电压分布更趋平稳，使电压质量更优。附图说明图1是本专利技术一种提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优化整定方法流程图；图2是本专利技术一种提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优化整定方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、根据风速或光照强度的概率分布，采用蒙特卡罗法对其进行抽样，得到Ns个风电机组或光伏发电单元出力的样本集，并基于后向削减技术对抽样样本进行场景削减得到Nσ个场景样本；步骤2、根据提升孤岛微电网电压安全的目的，确定目标函数及约束条件，建立孤岛微电网中下垂控制型电源的参数优化整定模型；步骤3、调用IPOPT优化工具包采用内点法求解步骤2的非线性优化规划问题，得到下垂控制型DG的下垂控制参数的优化整定方案。

【技术特征摘要】
1.一种提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优化整定方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、根据风速或光照强度的概率分布，采用蒙特卡罗法对其进行抽样，得到Ns个风电机组或光伏发电单元出力的样本集，并基于后向削减技术对抽样样本进行场景削减得到Nσ个场景样本；步骤2、根据提升孤岛微电网电压安全的目的，确定目标函数及约束条件，建立孤岛微电网中下垂控制型电源的参数优化整定模型；步骤3、调用IPOPT优化工具包采用内点法求解步骤2的非线性优化规划问题，得到下垂控制型DG的下垂控制参数的优化整定方案。2.根据权利要求1所述的一种提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优化整定方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：步骤1.1、设样本的初始场景集合为ω，削减后的目标场景集合为ω*，对于初始场景集合内的任意两个场景计算场景距离KD，建立场景距离矩阵，记为KDM；步骤1.2、对任一场景ξi，找到与之距离最近的场景ξj，记为min{KD(ξi，ξj)}，并在KDM矩阵中标记此场景；步骤1.3、对步骤1.2中的每一对场景，计算PKDi＝min{KD(ξi,ξj)}×P(ξi)，其中P(ξi)为所评估场景的概率，然后找到KDM中所有场景对的PKD中的最小值，记为PKDs，将PKDs对应的场景对中将ξi和ξj两者中与其它场景更近、概率更小的一个去掉，比如削减掉ξi；步骤1.4、削减掉ξi后，构建新的KDM矩阵，并更新场景概率P(ξj)＝P(ξi)+P(ξj)；步骤1.5、重复步骤1.2～步骤1.4，直到削减到目标场景数为止。3.根据权利要求1所述的一种提升孤岛微网电压安全的下垂控制参数优化整定方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：步骤2.1、设定目标函数：选择节点实际电压与目标电压的偏差作为目标函数，使所有场景下系统各节点的电压偏差的绝对值的期望之和最小，即：式中，i表示节点编号，σ表示场景编号；Nσ为场景个数；NB为微电网系统的节点数；ρσ为第σ个场景的概率；为第σ个场景下节点i的电压；Uispec为i节点电压的目标值；Uimax和Uimin分别为i节点电压的最大和最小允许值；步骤2.2、设定约束条件：步骤2.2.1、设定潮流等式约束，对削减得到的每个场景，都满足下垂控制型DG组网的IMG的潮流等式约束，正常运行状态下如式(2)所示，临界状态下如式(3)所示：式(2)中的变量为正常状态时的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘忠美，刘健，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61