基于模型预测控制的分布式电源就地集群电压控制方法技术

基于模型预测控制的分布式电源就地集群电压控制方法，采用基于模型预测控制的滚动优化整定就地控制曲线，分布式电源根据就地控制曲线实时调整无功出力。首先，在预测域内考虑分布式电源的波动性，基于灵敏度分析进行有源配电网区域划分。然后对同一分区内的分布式电源采用相同的就地控制曲线。在控制域内，基于区间协调整定各分区分布式电源的就地控制曲线参数，以达到近似全局最优运行效果。整定后的控制曲线下发至对应的分布式电源，分布式电源根据就地控制曲线调节无功出力，快速响应电压波动，有效提高就地控制曲线对实际运行中分布式电源出力波动的适应性。

Voltage control method based on model predictive control for local cluster of distributed generation

【技术实现步骤摘要】
基于模型预测控制的分布式电源就地集群电压控制方法
本专利技术涉及一种分布式电源的电压控制方法。特别是涉及一种基于模型预测控制的分布式电源就地集群电压控制方法。
技术介绍
为适应能源与环境的发展需求，传统配电网已逐步转型为有源配电网。近年来，间歇性分布式电源(DistributedGeneration，DG)的渗透率不断增加导致有源配电网面临双向潮流、电压越限、网络阻塞等新问题，其中电压越限情况尤为突出。传统调节方法采用有载调压变压器分接头及电容器组等手段，受限于响应速度及无法连续调节，传统方法的效果并不理想。利用有源配电网中分布式电源可用的无功容量是实现快速调节的一种新的可靠方法，此时可连续调节无功出力，有效缓解电压越限情况，并充分利用了分布式电源容量。目前主要采用的集中式策略通过采集全局信息进行全局优化，实现分布式电源的运行控制。但集中式策略优化过程计算复杂、通讯负担重；另外，有时出于隐私以及安全方面的考虑而难以获取全局的详细信息，此时不适合采用集中式控制。就地控制策略是在此背景上衍生出的一种仅基于就地量测信息进行快速实时响应的控制策略。就地控制不需节点间的信息交流或远程量测，降低了控制变量的维度，从而减少了通信的数据量和计算负担；并且，当分布式电源出力波动较大时，就地控制策略可以迅速响应，从而快速抑制电压波动。利用功率-电压控制曲线的就地策略在实际应用中有着极大的简便性与鲁棒性。目前关于分布式电源就地控制策略的研究中，多利用全局信息对就地控制曲线进行日前优化。因此，对每一个分布式电源的就地控制曲线进行集中式整定的过程复杂，有较大的计算负担。亟需一种更加高效的针对高渗透率分布式电源的就地控制策略。另外，分布式电源的实际出力可能偏离日前优化采用的预测值，分布式电源出力的不确定性会削弱就地控制策略的实际运行效果。针对此问题，可引入模型预测控制(ModelPredictiveControl，MPC)对就地控制曲线参数滚动优化。在实时运行阶段采用经滚动优化的无功电压就地控制曲线定期调节分布式电源无功出力，以应对分布式电源出力的不确定性。针对分布式电源的运行具有很强的时序特征与空间分布特征，需要在模型预测控制框架内通过不同时间尺度的配合，协调优化分布式电源的就地控制曲线参数，提高就地控制策略对实际运行中分布式电源出力波动的适应性，在减小计算负担的前提下实现近似全局最优的运行效果。因此，需要一种能够快速有效求解有源配电网分布式电源就地控制策略整定模型，制定出分布式电源的就地电压无功控制策略。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种在保证优化效果的基础上减小计算负担，并增强对实际运行中分布式电源出力波动适应性的基于模型预测控制的分布式电源就地集群电压控制方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于模型预测控制的分布式电源就地集群电压控制方法，包括如下步骤：1)根据选定的有源配电系统，输入如下的系统参数：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，系统运行电压约束和支路电流限制，具备电力电子接口的分布式电源的类型、接入位置、容量及参数，分布式电源与负荷的日运行曲线。设置模型预测控制的起始时刻为t0，优化控制总时长为T，当前时刻t＝t0，控制域时间间隔为Δt，预测域时间间隔ΔT＝nΔt，控制域时移步数s＝1；设定分布式控制策略的迭代收敛误差；2)在预测域[t，t+nΔt]内，考虑分布式电源的波动性，基于节点电压-注入功率的灵敏度分析进行网络动态划分，得到含高渗透率分布式电源的有源配电系统分区；3)根据步骤2)中的分区结果，对同一分区内的有电力电子接口的分布式电源采用相同的就地控制曲线；在控制域[t，t+Δt]内，在每一分区内分别建立分布式电源就地控制曲线参数整定模型，包括：以各分区网络损耗与电压偏差的加权和之和最小为目标函数，考虑各分区的系统安全运行约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束；4)以相邻分区的边界潮流信息作为迭代信息进行区间协调，迭代相邻分区的边界信息直至收敛，得到控制域[t，t+Δt]内参数优化后的分布式电源就地控制曲线；更新t＝t+Δt，s＝s+1，判断控制域时移步数s是否达到设定的n，若否，则进入步骤5)；若达到，则进入步骤6)；5)将步骤4)得到的参数优化后的分布式电源就地控制曲线下发至各分区的分布式电源，各分区的分布式电源根据参数优化后的分布式电源就地控制曲线实时调节无功出力，快速响应电压波动，而后返回步骤3)；6)判断当前时刻t是否达到优化控制总时长T，若否，则令控制域时移步数s＝1，返回步骤2)，若达到，则模型预测控制过程结束。步骤3)中所述的有电力电子接口的分布式电源采用相同的就地控制曲线，表示为：式中，Vt,i是t时刻节点i的电压模值；和是就地控制曲线的电压死区上下限，当节点电压落在内，分布式电源无功不出力，当节点电压低于分布式电源发出无功以提高电压，当节点电压高于分布式电源吸收无功以降低电压。步骤4)所述的以相邻分区的边界潮流信息作为迭代信息进行区间协调，表示为：式中，k是迭代次数；Ωo是重合节点集合；Ω′a是分区a内节点及与分区a相邻分区的边界节点集合；是分区a的边界潮流信息，包括：边界节点电压幅值、有功和无功注入，边界支路的有功与无功传输，边界支路电流值；xa是代表分区a内潮流信息的向量；ya是代表分区a内分布式电源的操作策略的向量；fa(xa,ya)是分区a的就地电压控制目标函数；Xa和Ya是分区a内的xa和ya的可行集合；ρ是算法中的罚参数；是为了彻底分散化而引入的辅助变量；Ai是包含节点i的分区集合。本专利技术的基于模型预测控制的分布式电源就地集群电压控制方法，对同一分区内的有电力电子接口的分布式电源采用相同的就地控制曲线，有效减少通信数据量和计算负担；此外，通过对各分区就地控制曲线参数的协调优化整定，分布式电源根据参数优化后的就地控制曲线实时调节无功出力，在保证优化效果的基础上，快速实时抑制电压波动；同时，基于模型预测框架下对就地控制曲线的优化整定增强了就地控制曲线对实际运行中分布式电源出力波动的适应性。附图说明图1是本专利技术基于模型预测控制的分布式电源就地集群电压控制方法的方法流程图；图2是改进的IEEE33节点结构示意图；图3是分布式电源及负荷运行特性预测曲线；图4a是0:00-6:00的有源配电网分区情况；图4b是6:00-12:00的有源配电网分区情况；图4c是12:00-18:00的有源配电网分区情况；图4d是18:00-24:00的有源配电网分区情况；图5是对比方案II下各分区内分布式电源就地电压控制策略；图6a是对比方案II下分区1内分布式电源的无功补偿情况；图6b是对比方案III下分区1内分布式电源的无功补偿情况；图7a是对比方案I下系统电压三维图；图7b是对比方案II下系统电压三维图；图7c是对比方案III下系统电压三维图；图8是三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模型预测控制的分布式电源就地集群电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)根据选定的有源配电系统，输入如下的系统参数：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，系统运行电压约束和支路电流限制，具备电力电子接口的分布式电源的类型、接入位置、容量及参数，分布式电源与负荷的日运行曲线。设置模型预测控制的起始时刻为t

【技术特征摘要】
1.一种基于模型预测控制的分布式电源就地集群电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据选定的有源配电系统，输入如下的系统参数：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，系统运行电压约束和支路电流限制，具备电力电子接口的分布式电源的类型、接入位置、容量及参数，分布式电源与负荷的日运行曲线。设置模型预测控制的起始时刻为t0，优化控制总时长为T，当前时刻t＝t0，控制域时间间隔为Δt，预测域时间间隔ΔT＝nΔt，控制域时移步数s＝1；设定分布式控制策略的迭代收敛误差；
2)在预测域[t，t+nΔt]内，考虑分布式电源的波动性，基于节点电压-注入功率的灵敏度分析进行网络动态划分，得到含高渗透率分布式电源的有源配电系统分区；
3)根据步骤2)中的分区结果，对同一分区内的有电力电子接口的分布式电源采用相同的就地控制曲线；在控制域[t，t+Δt]内，在每一分区内分别建立分布式电源就地控制曲线参数整定模型，包括：以各分区网络损耗与电压偏差的加权和之和最小为目标函数，考虑各分区的系统安全运行约束、系统潮流约束、分布式电源运行约束；
4)以相邻分区的边界潮流信息作为迭代信息进行区间协调，迭代相邻分区的边界信息直至收敛，得到控制域[t，t+Δt]内参数优化后的分布式电源就地控制曲线；更新t＝t+Δt，s＝s+1，判断控制域时移步数s是否达到设定的n，若否，则进入步骤5)；若达到，则进入步骤6)；
5)将步骤4)得到的参数优化后的分布式电源就地控制曲线下发至各分区的分布式电源，各分区的分布式电源根据参数优化后的分布式电源就地控制曲线...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，简洁，王成山，冀浩然，赵金利，于浩，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12