具有自主DER电压控制的协调和优化的分层鲁棒模型预测电压和VAR控制制造技术

设备、方法和系统的特征在于模型预测电压和VAR控制，所述模型预测电压和VAR控制与自主无功功率控制协调并且具有自主无功功率控制的可选的优化，该自主无功功率控制诸如为自主分布式能源和/或自主开关电容器组。一个实施例包括电子控制系统，其被构造为构建包括多个预定节点的配电系统的线性模型、操作模型预测控制器以使用由在未来展望时间跨度下的多个未来情景以及多个约束限定的目标函数来识别优化的控制命令、并且传输识别的控制命令以控制至少电压调节器和开关电容器组的操作。

Hierarchical Robust Model Predictive Voltage and VAR Control with Autonomous DER Voltage Control Coordination and Optimization

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有自主DER电压控制的协调和优化的分层鲁棒模型预测电压和VAR控制
技术介绍
本申请总体涉及配电系统的电压/VAR控制优化。配电系统越来越多地遇到诸如住宅光伏(PV)系统的分布式能源(DER)。配电系统中的DER的高水平渗透对系统操作者来说呈现了新的规划和操作挑战。DER系统可以在分布式系统以及传输系统上产生可感知的净功率注入。分布式电路上的功率的注入导致该分布式电路上的电压升高，这对于高水平的净功率注入而言可能变得非常严重并且可能超过规定的标准或操作限制。另外，来自DER系统的功率经常间歇、不确定并且可能快速改变。来自DER系统的功率水平可以在短时间内显著变化，导致分布式系统中的快速电压变化。传统的电压调节技术由于DER系统功率输出的改变而不能充分地处理快速电压变化。此外，在许多情况下，管理配电系统的控制中心不知晓关于配电系统的重要信息。分布式系统电路拓扑的多个方面可能不会被完全地表征或知晓。这妨碍了需要配电系统的详细的功率流模型和/或功率流解决方案的技术的使用。
技术实现思路
公开了独特的设备、方法和系统，其特征在于具有诸如自主分布式能源和/或自主开关电容器组的自主无功功率元件的协调和优化的模型预测电压和VAR控制。一个示例性实施例包括电子控制系统，所述电子控制系统被构造为：构建包括多个预定节点的配电系统的线性模型；操作模型预测控制器以进行多个预测，所述预测中的每个预测包括由针对电压调节器、电容器组和分布式能源的预测控制命令产生的在预定节点处的预测电压；基于满足在模型预测控制器中实施的一个或多个电压状况的预测模型、使用混合整数规划求解器或混合整数二次规划求解器来确定优化控制；并且传输识别的控制命令以控制至少电压调节器和开关电容器组的操作、以及可选地用于DER的自主控制的参数。进一步的实施例、形式、目标、特征、优点、方面和益处从下面的描述和附图中将变得显而易见。附图说明为了清楚、简洁并且准确地描述本公开的示例性实施例，制造和使用本公开的示例性实施例的方式和过程的目的，并且为了能够实践、制造并且使用本公开的示例性实施例，现在将参照特定示例性实施例，包括附图中示出的那些，并且将使用特定语言描述这些示例性实施例。这无论如何不能被理解为由此产生本公开的范围的任何限制，并且本公开包括并保护示例性实施例的这种变形、改变和进一步引用，如本领域技术人员将理解的那样。图1是示出示例性配电系统的示意图。图2是示出配电系统的示例性控制的示意图。图3是示出线性化电路模型的电路图。图4是示出示例性控制层级的示意图。图5和图6是示出示例性系统状态预测和控制概念的图。图7是示出智能逆变器的示例性电压/VAR跌落曲线的图。具体实施方式参照图1，示出了示例性配电系统100。系统100包括被构造为从发电和/或传输系统(未示出)变换电力的变电站110。变电站110包括变电站变压器112和断路器114，该断路器114被构造为将电力分配到电力馈送系统120的电力馈送线121。控制器119与变电站变压器112可操作地耦合，并且被构造为例如通过改变负载分接位置而控制变电站变压器112。系统120包括联络开关123和开关柜125，该开关柜125被构造为与它们所连接的系统元件选择性地电连接和断开电连接。系统120还包括电压调节器130，其与相应的控制器119可操作地耦合，该控制器119被构造为例如通过改变分接位置设置来控制电压调节器130的电压调整功能。在示出的实施例中，系统120包括多个电压调节器130。将理解的是，其他实施例可以包括一个或多个电压调节器130。系统120进一步包括开关电容器组140，其与相应的控制器119可操作地耦合，该控制器119被构造为控制开关电容器组140的开启和关闭操作以将无功功率注入到系统120中。在示出的实施例中，系统120包括多个开关电容器组140。将理解的是，其他实施例可以包括一个或多个开关电容器组140。在特定实施例中，开关电容器组140的一个或多个开关电容器组可以通过来自中央变流器的命令而被控制。在特定实施例中，开关电容器组140的一个或多个开关电容器组140可以被自主地控制。在特定实施例中，可以包括中央控制和自主的开关电容器组两者。系统120包括开关柜125、横向电力线126、服务变压器129和次级功率线127以及高级计量体系(advancedmeteringinfrastructure，AMI)表150，该AMI计与相应的负载160电耦合。将理解的是，AMI表150是电子电能表的一个示例，并且电子电能表可以包括被配置为测量电气特征和将测量的信息传达或传输到其它装置或系统的任意装置。负载160可以采用包括工业和商业负载以及住宅负载的各种形式。多个负载160包括分布式能源(DER)系统170。将理解的是，包括DER系统的负载可以用作电力负载和电源两者，并且可以称为负载/源系统。DER系统170包括可以是常规逆变器或智能逆变器的逆变器。在示出的实施例中，DER系统170被构造为光伏阵列，但是还可以包括其它类型的DER系统，诸如使用小型水利发电机、生物发电机、沼气发电机、风力发电机、燃料电池的DER系统，和/或地热电力系统。在示出的实施例中，系统100被构造为包括高渗透的DER系统170，高渗透即渗透程度足以产生影响系统100的操作的可感知的功率注入事件和电压变化。多个DER系统170包括智能逆变器，其可以提供电压调节和频率调节，以及其他调节功能。对于电压调节而言，智能逆变器可以以包括恒定功率因数模式和电压/VAR跌落曲线控制模式的多个不同的模式操作。在恒定功率因数控制模式中，智能逆变器控制有功和无功功率以选定的功率因数提供操作。在电压/VAR跌落控制模式中，智能逆变器根据公共耦合点(PCC)处的测量电压与限定的电压参考的偏差而改变无功功率输出。示例性电压/VAR跌落曲线在图7中示出。系统100与控制中心190可操作地通信，该控制中心190包括基于计算机的电子控制系统197，其经由通信链接192与控制器119可操作地通信，并且被构造为将控制命令发送到每个控制器119以控制与该控制器119可操作地通信的相应装置的操作。以这种方式，控制系统197可以提供命令以控制变电站变压器112、电压调节器130和开关电容器组140的操作。控制系统197还可以从控制器119接收关于这些装置和系统的状态的信息。控制系统197还经由通信链路197与表150可操作地通信并且被构造为关于每个表150所处的系统100中的特定位置处的电气状况从表150接收信息。控制系统197进一步被构造为将控制命令请求提供给与DER系统170相关联的智能表150。将理解的是，系统100可以包括如上所述的元件和系统的多个附加的实例，其包括附加或备选的电压调节器130和关联的控制器119、电容器组140和关联的控制器119、服务变压器129、横向电力线127、AMI表150、负载160和DER系统170。此外，这些元件可以以不同于图1所示各种配置进行布置。在特定实施例中，系统100可以被构造为一个或多个微电网。示出的系统100的形式提供包括DER系统的相对较高渗透的配电系统的一个非限制性示例。在这类分配系统中，由于负载160经受每日需求周期，因此系统上流动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配电系统，包括：与配电变电站电耦合的多个电力线；与所述电力线电耦合的一个或多个开关电容器组、以及与所述电力线电耦合的一个或多个电压调节器中的一者或两者；与所述电力线电耦合的多个负载系统/源系统，所述负载系统/源系统包括与所述电力线电耦合的电子电能表和与所述电子电能表电耦合的分布式能源，所述分布式能源配备有能够提供所述分布式能源的自主电压和VAR控制的相应控制器；以及电子控制系统，其与所述一个或多个开关电容器组和所述一个或多个电压调节器中的一者或两者、所述电子电能表和所述分布式能源的所述相应控制器可操作地通信；其中，所述电子控制系统被构造为执行以下动作：操作模型预测控制器以使用控制目标和多个约束来识别一组优化控制命令，所述多个约束包括限定所述配电系统的电气状况与预测控制命令之间的线性化关系的第一约束、建立关于所述电气状况的一个或多个限制的第二约束、以及考虑到基于所述相应控制器的控制模式的所述分布式能源的预测自主操作的第三约束；以及传输所识别的优化控制命令，以控制所述电压调节器和所述开关电容器组中的一者或两者的操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.09 US 62/252,8051.一种配电系统，包括：与配电变电站电耦合的多个电力线；与所述电力线电耦合的一个或多个开关电容器组、以及与所述电力线电耦合的一个或多个电压调节器中的一者或两者；与所述电力线电耦合的多个负载系统/源系统，所述负载系统/源系统包括与所述电力线电耦合的电子电能表和与所述电子电能表电耦合的分布式能源，所述分布式能源配备有能够提供所述分布式能源的自主电压和VAR控制的相应控制器；以及电子控制系统，其与所述一个或多个开关电容器组和所述一个或多个电压调节器中的一者或两者、所述电子电能表和所述分布式能源的所述相应控制器可操作地通信；其中，所述电子控制系统被构造为执行以下动作：操作模型预测控制器以使用控制目标和多个约束来识别一组优化控制命令，所述多个约束包括限定所述配电系统的电气状况与预测控制命令之间的线性化关系的第一约束、建立关于所述电气状况的一个或多个限制的第二约束、以及考虑到基于所述相应控制器的控制模式的所述分布式能源的预测自主操作的第三约束；以及传输所识别的优化控制命令，以控制所述电压调节器和所述开关电容器组中的一者或两者的操作。2.根据权利要求1所述的配电系统，其中所述操作的动作包括：在被构造有用于所述模型预测控制器的第一优化目标的第一优化级处操作；以及在被构造有用于所述模型预测控制器的、与所述第一优化目标不同的第二优化目标的第二优化级处操作。3.根据权利要求2所述的配电系统，其中所述第一优化目标排除所述分布式能源的有功功率的削减和所述负载系统/源系统的需求响应的利用，并且所述第二优化目标包括所述分布式能源的有功功率的削减和所述负载系统/源系统的需求响应的利用中的一者或两者。4.根据权利要求1所述的配电系统，其中所述操作的动作包括：构建包括多个预定节点的所述配电系统的线性化模型，所述多个预定节点包括被选为所述配电系统的代表节点的所述配电系统的所述节点的部分子集。5.根据权利要求1所述的配电系统，其中所识别的优化控制命令包括：针对所述分布式能源的所述相应控制器的命令，并且所述传输的动作包括将所识别的控制命令传输到所述分布式能源的所述相应控制器。6.根据权利要求5所述的配电系统，其中针对所述分布式能源的所述相应控制器的所述命令包括：功率因数命令，或从中能够确定功率因数命令的数学上的等同表达式。7.根据权利要求5所述的配电系统，其中所述分布式能源的所述相应控制器的所述命令包括：电压/VAR跌落曲线的电压设定点和所述电压/VAR跌落曲线的斜率，或从中能够确定所述电压/VAR跌落曲线的数学上的等同表达式。8.根据权利要求1所述的配电系统，其中所识别的控制命令包括：用于自主控制电容器组的控制配置参数，并且所述传输的动作包括：将所识别的控制配置参数传输到所述自主控制电容器组。9.根据权利要求1所述的配电系统，其中所述第一约束限定：多个节点处的所述配电系统的电压与所述负载系统/源系统的需求之间的关系，以及针对所述电压调节器、所述开关电容器组和所述分布式能源的所述相应控制器的控制命令。10.根据权利要求1所述的配电系统，其中所述第二约束包括：电压上限和电压下限。11.根据权利要求1所述的配电系统，其中所述第三约束包括：具有在电压/VAR跌落曲线控制模式下操作的相应控制器的分布式能源的预测无功功率。12.根据权利要求1所述的配电系统，其中所述第三约束包括：具有在恒定功率因数模式下操作的相应控制器的分布式能源的预测无功功率。13.根据权利要求1所述的配电系统，其中所述电子控制系统缺少关于为运行功率流或求解电路模型以获得关于所述配电系统的所述电气状态的综合信息所要求的所述配电系统的信息。14.根据权利要求1所述的配电系统，其中所述电子控制系统不需要实时功率流模型或所述配电系统的解决方案来预测所述配电系统的所述电气状态。15.根据权利要求1所述的配电系统，其中所述控制目标包括：被构造为使所述配电系统的电压与预定电压的电压偏差最小化的函数、以及被构造为使所述配电系统的最大电压最小化的函数中的一个。16.根据权利要求1所述的配电系统，其中所述配电系统的所述电气状况包括：所述配电系统的电压状况。17.根据权利要求1所述的配电系统，其中所述模型预测控制器被构造为以下中的一项：利用来自前一个时间间隔的测量作为预测的基础、以及利用用于预测有效降低所述优化中的所述预测误差的所述配电系统的所述电气状态的移动基值。18.根据权利要求1所述的配电系统，其中所述模型预测控制器被构造为针对所述配电系统建模多个操作情景。19.根据权利要求1所述的配电系统，其中所述电子控制系统被构造为：在所述操作的动作之前执行构建包括多个预定节点的所述配电系统的线性化模型的动作；以及在所述传输的动作之...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晓鸣，康宁，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH