一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法及系统，包括：分布式能源DG控制步骤：构建包括电压稳定需求以及DG无功裕度要求的目标函数，对目标函数进行求解，得到所需最优的无功发出量；有载调压变压器OLTC控制步骤：构建包含电压稳定要求以及OLTC动作次数最少要求的目标函数，采集DG的无功出力以及整个网络各节点电压信息，对有载调压变压器的目标函数进行求解，得到OLTC的最优动作指令。本公开两个控制系统相协调，解决了分布式能源以及有载调压变压器动作时间不同的问题，两种调控元件相互配合，更好地实现电压稳定控制。

An optimal method and system of voltage coordinated control applied to active distribution network

【技术实现步骤摘要】
一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法及系统
本专利技术属于电能质量中的电压控制
，尤其涉及一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。由于传统化石能源不可再生，同时燃烧化石能源产生了“酸雨”“温室效应”等环境问题，全球的能源压力和环境问题变得越来越严重。由此产生的分布式能源(DG)技术，尤其是在配网中较成熟的光伏发电，是取代传统化石能源，解决能源问题的突破口。而为适应高渗透率、大规模DG的接入，应对分布式电源固有的不确定性及间歇性带来的电能质量及电压控制等问题，配电网也随之发展成具有更好调节能力的主动配电网(ADN)。国际大电网会议对于主动配电网的定义为：内部具有DG，拓扑结构可灵活调整，具有主动控制和运行能力的配电网。对于主动配电网，其内部元件更加多样复杂，由此带来的电压问题更加严峻，电压/无功功率的协调控制方法的研究便显得尤为重要。据专利技术人了解，当前能够参与到主动配电网中电压控制的调控设备主要有：以有载调压变压器(OLTC)为代表的传统无功电压控制设备、以能量存储系统(ESS)、静止同步补偿器(STATCOM)等为代表的增强型设备以及具有无功调节能力的分布式电源。而主动配电网的电压控制策略主要有两种：1)考虑不同时间尺度的控制对象，设置不同目标函数来优化控制响应速度较慢的OLTC以及较快的DG的集中控制方案。这种方法较好地协调了主动配电网中各电压调控元件，实现了配网电压的最优控制，但由于需要监测全局信息，控制各元件，因此对中央控制器和通信的性能有较高的要求；2)分散式电压当地控制策略，诸如通过模糊规则库和模糊控制实现电容器的就地自动投切控制以及基于梯度投影法的DG当地控制等。这样的控制方法对通信要求低，也不需要中央控制器，但无法解决各种控制元件的时间尺度问题，且无法协调处理可能发生的大扰动情况。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，以主动配电网中分布式能源的无功出力以及有载调压变压器的分接头位置作为控制对象，通过协调这两种控制时间尺度不同的调控元件，实现了对配网各节点电压的稳定控制，并且在协调控制的同时，减少了对通信性能以及控制器计算能力的要求。为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，包括：分布式能源DG控制步骤：构建包括电压稳定需求以及DG无功裕度要求的目标函数，对目标函数进行求解，得到所需最优的无功发出量；有载调压变压器OLTC控制步骤：构建包含电压稳定要求以及OLTC动作次数最少要求的目标函数，采集DG的无功出力以及整个网络各节点电压信息，对有载调压变压器的目标函数进行求解，得到OLTC的最优动作指令。进一步的技术方案，分布式能源DG控制步骤中构建目标函数后：确定分布式能源所受到的无功额度约束以及网络潮流约束；根据目标函数以及约束条件，确定控制方法所需要得到的测量值；根据主动配电网测量值按照分散式的梯度投影算法计算得到DG最优的无功补偿量；将计算求解结果命令传输到分布式能源当地控制器中，并且实时追踪主动配电网电压波动情况，以实现主动配电网电压稳定。进一步的技术方案，上述的电压稳定需求是主动配电网各节点电压变化要维持在一定范围之内，并且越靠近设定值越好。上述的DG无功裕度要求为主动配电网中的分布式能源，现在主要是光伏发电(PV)，要尽量保持在无功出力上下限的中间值，以保证应对可能发生的突发扰动。所述的目标函数可表达成主动配电网各个节点电压以及DG所发无功功率与各自对应标准值差的欧几里得范数之和最小。所述的约束包括分布式能源所能供给主动配电网的无功补偿应在其能力的上下限之间，以及主动配电网线性化后的表征无功有功以及电压之间关系的潮流约束。进一步的技术方案，对于DG的控制是完全分散式的，不需要任何交互通信的；具体实现完全分散控制的过程包括：从主动配电网整体最优目标出发，按梯度方向寻找最优解；通过缩放以及对权重因数的特殊取值等过程，使求解过程解耦至只与当地信息测量量有关，进而进行最优解的求解。作为进一步限定，缩放是通过引入缩放矩阵来提高算法收敛速率，对权重因数的取值规则是使最优解与求解公式中各变量解耦到与非本地信息无关的形式。这样处理之后的求解方法便是完全分散式的，所有过程DG内部控制测量器都可以完成。进一步的技术方案，有载调压变压器OLTC控制步骤构建目标函数之后：确定变压器可调范围约束以及用电压灵敏度表示的配电网电压约束；根据目标函数以及约束条件，确定求解所需的配网数据测量值；根据测得的主动配电网数据经过模型预测控制(MPC)方法进行求解，得到OLTC的最优动作指令；为了防止变压器误动作，在动作指令连续存在一段时间后向有载调压变压器下达，以达到电压稳定控制的目的。电压稳定要求与第一部分DG的控制目标相同，以达到协调控制主动配电网电压的目的；进一步的技术方案，有载调压变压器最好并且大部分都是每次动作只变动调整一个分接头位置，分接头位置上下限为变压器固有属性，这也是变压器调节约束。作为进一步的限定，对于OLTC的控制是需要测量提取全局信息到OLTC控制器进行运算的控制，只是一种数据的单向通信，即由网络到有载调压变压器处。作为进一步的限定，协调控制OLTC来达到主动配电网电压稳定的目的，具体过程包括：从整体最有目标出发，按目标函数值最小来寻找最优动作；确定DG当前时刻及预测区间时刻的预测无功出力值以及配电网当前时刻电压值，打包发送给OLTC控制器，在控制器内进行计算得到最优指令。作为进一步的限定，在协调DG与OLTC的控制效果时，考虑了其动作时间的不同来设置OLTC控制方法中的预测区间、控制区间以及控制时间等参数，并且在获得DG无功出力的预测值时考虑了OLTC对主动配电网始端节点电压的影响。本公开的另一目的是提出了一种应用于主动配电网的协调电压控制优化系统，包括：DG控制系统，OLTC控制系统以及单向数据通信通道；DG控制系统主要包括:当地电压无功测量模块，被配置为测量DG接入点处的实时电压以及实时无功出力；DG参数值预设模块，被设置为键入影响算法结果的约束条件的数值，即DG无功出力的上下限。DG计算控制模块，被配置为根据测量的主动配电网参数经过优化计算得到计算结果，即得到最优的DG无功出力，然后将得到的优化结果反馈到DG单元中，实时追踪主动配电网节点电压的变化，实现主动配电网电压稳定；向DG下达指令以及存储未来一段时间DG的无功出力预测值以供OLTC系统调用；OLTC控制系统主要包括：数据提取整合模块，被配置为提取测量整个配网关键节点电压信息以及DG单元未来一段时间的无功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，包括：/n分布式能源DG控制步骤：构建包括电压稳定需求以及DG无功裕度要求的目标函数，对目标函数进行求解，得到所需最优的无功发出量；/n有载调压变压器OLTC控制步骤：构建包含电压稳定要求以及OLTC动作次数最少要求的目标函数，采集DG的无功出力以及整个网络各节点电压信息，对有载调压变压器的目标函数进行求解，得到OLTC的最优动作指令。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，包括：
分布式能源DG控制步骤：构建包括电压稳定需求以及DG无功裕度要求的目标函数，对目标函数进行求解，得到所需最优的无功发出量；
有载调压变压器OLTC控制步骤：构建包含电压稳定要求以及OLTC动作次数最少要求的目标函数，采集DG的无功出力以及整个网络各节点电压信息，对有载调压变压器的目标函数进行求解，得到OLTC的最优动作指令。


2.如权利要求1所述的一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，分布式能源DG控制步骤中构建目标函数后：
确定分布式能源所受到的无功额度约束以及网络潮流约束；
根据目标函数以及约束条件，确定控制方法所需要得到的测量值；
根据主动配电网测量值按照分散式的梯度投影算法计算得到DG最优的无功补偿量；
将计算求解结果命令传输到分布式能源当地控制器中，并且实时追踪主动配电网电压波动情况，以实现主动配电网电压稳定。


3.如权利要求1所述的一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，电压稳定需求是主动配电网各节点电压变化要维持在一定范围之内，并且越靠近设定值越好。
DG无功裕度要求为主动配电网中的分布式能源，要尽量保持在无功出力上下限的中间值，以保证应对可能发生的突发扰动。
DG目标函数可表达成主动配电网各个节点电压以及DG所发无功功率与各自对应标准值差的欧几里得范数之和最小。
所述的约束包括分布式能源所能供给主动配电网的无功补偿应在其能力的上下限之间，以及主动配电网线性化后的表征无功有功以及电压之间关系的潮流约束。


4.如权利要求2所述的一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，对于DG的控制是完全分散式的，不需要任何交互通信的；
具体实现完全分散控制的过程包括：
从主动配电网整体最优目标出发，按梯度方向寻找最优解；
通过缩放以及对权重因数的特殊取值等过程，使求解过程解耦至只与当地信息测量量有关，进而进行最优解的求解。
作为进一步限定，缩放是通过引入缩放矩阵来提高算法收敛速率，对权重因数的取值规则是使最优解与求解公式中各变量解耦到与非本地信息无关的形式。这样处理之后的求解方法便是完全分散式的，所有过程DG内部控制测量器都可以完成。


5.如权利要求1所述的一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，有载调压变压器OLTC控制步骤构建目标函数之后：
确定变压器可调范围约束以及用电压灵敏度表示的配电网电压约束；
根据目标函数以及约束条件，确定求解所需的配网数据测量值；
根据测得的主动配电网数据经过模型预测控制(MPC)方法进行求解，得到OLTC的最优动作指令；
为了防止变压器误动作，在动作指令连续存在一段时间后向有载调压变压器下达，以达到电压稳定控制的目的。

【专利技术属性】
技术研发人员：吴秋伟，矫文书，陈健，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37