一种基于RMPC的主动配电网供电恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种基于鲁棒模型预测控制的主动配电网供电恢复方法，以主动配电网供电恢复过程中的操作成本最小为目标，将燃气轮机出力、联络线开关状态和负荷恢复状态作为决策变量，对非故障失电区域进行供电恢复。本发明专利技术利用鲁棒模型预测控制方法，可以解决在极端天气情况下主动配电网发生故障致使局部地区停电时的供电恢复决策问题，在保证配电网安全运行的基础上尽可能多的恢复重要负荷的供电，提高了主动配电网的自愈能力。

A method of active distribution network power restoration based on rmpc

【技术实现步骤摘要】
一种基于RMPC的主动配电网供电恢复方法
本专利技术属于电网
，特别涉及一种基于MPC的主动配电网供电恢复方法。
技术介绍
近年来，越来越多的分布式电源(distributedgenerator,DG)和微网接入配电网中，使得传统的配电网逐步发展成为主动配电网，给配电网供电恢复策略的制定带来了新的机遇。然而，微网内分布式电源出力和配网中负荷需求具有不确定性。现有的对系统内DG出力和负荷需求的不确定性的研究主要通过鲁棒方法、场景分析法来表述其不确定性，能充分体现其随机性，使得供电恢复方案具有一定的时变性。但是均未在做供电恢复决策时提前考虑未来时段主动配电网内DG出力和负荷需求的不确定性对现在的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于鲁棒模型预测控制(RobustModelPredictiveControl,RMPC)的主动配电网供电恢复方法，提高了主动配电网的弹性。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于RMPC的主动配电网供电恢复方法，包括如下步骤：步骤一、根据鲁棒方法，确定风机允许的出力约束；步骤二、根据MPC控制原理，以开关操作、负荷缩减和可控机组出力的总成本最小为目标函数，建立主动配电网多时步滚动优化供电恢复模型；步骤三、根据风机允许出力最小值，确定主动配电网供电恢复功率平衡的约束条件；步骤四、根据对偶理论，将主动配电网供电恢复功率平衡的约束条件转化为不等式约束；步骤五、综合不等式约束和主动配电网多时步滚动优化供电恢复模型，得到最终的基于RMPC的多时步滚动优化供电恢复模型，利用CPLEX求解，即得供电恢复方案。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：在鲁棒方法的基础上做供电恢复决策，对风机、光伏出力和负荷需求进行多时步预测，每次做恢复决策时，考虑了未来多个时步，但仅下发向后一个时步的恢复计划，在下个恢复周期到来时，再重复上述过程进行滚动优化，在保证不违反安全约束的同时使得系统恢复整体效果最优，实现了主动配电网的自愈功能，提高了主动配电网的弹性。附图说明图1为本专利技术基于RMPC的主动配电网故障恢复方法的流程图。图2为主动配电网拓扑示例图。图3为二次配网结构图。图4为微网拓扑结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步说明本专利技术方案。如图1所示，基于RMPC的主动配电网供电恢复方法，包括以下步骤：步骤一、根据鲁棒方法，确定风机允许的出力约束；首先，考虑风机出力的不确定性，将风机出力描述为有界区间；风机出力预测区间可以表示为：式中，——母线i所连微网内风机在k时步的预测出力值；——母线i所连微网内风机在k时步的预测出力下限；——母线i所连微网内风机在k时步的预测出力上限；BG——微网所连母线的集合；W——微网内分布式电源节点的集合；Np——预测周期内预测时步的最大值；允许的风机出力区间可以表示为：式中，——决策变量，母线i所连微网内风机在k时步的允许出力上限；——决策变量，母线i所连微网内风机在k时步的预测出力下限；然后，根据允许的风机出力区间的上限应小于或等于预测的风机出力区间的上限，以及允许的风机出力区间的下限应小于或等于预测的风机出力区间的下限，确定风机允许的出力约束为：步骤二、根据MPC控制原理，以开关操作、负荷缩减和可控机组出力的总成本最小为目标函数，建立主动配电网多时步滚动优化供电恢复模型；步骤2-1，假设风机(WindTurbines，WT)、光伏(Photovoltaics，PVs)和备用储能(EnergyStorageSystems，ESSs)的发电成本忽略不计，根据MPC控制原理，建立预测周期内开关操作、负荷缩减、常规机组出力总成本最小的目标函数为：式中，cS、——表示将联络线开关操作、负荷缩减、微网内负荷缩减、燃气轮机出力值转换为成本的对应系数；PiD(k)——表示k时步母线i所连接的负荷有功值；——表示k时步母线i所连微网内负荷有功值；——决策变量，表示在k时步i线路所连微网内燃气轮机有功出力值；yi,j——决策变量，i与j线路之间的联络线开关状态(0代表断开，1代表闭合)；——决策变量，表示配网内i母线上的负荷恢复比例；——决策变量，表示i母线所连微网内负荷恢复比例；B、BG——分别表示母线的集合、连接微网母线的集合；LS——表示有联络线开关的线路的集合；N——表示微网内负荷节点的集合；W——表示微网内分布式电源节点的集合。目标函数中，第一项表示联络线开关操作成本，第二项表示配网内负荷缩减成本，第三项表示微网内负荷缩减成本，第四项表示常规机组燃气轮机的出力成本。步骤2-2，根据线性化的配网潮流方程，分别建立连接微网的线路有功、无功潮流约束和没有连接微网的线路有功、无功潮流约束：式中，B、BS、BG——分别表示母线集合、与主网连接的母线集合以及连接微网的母线集合；QiD——分别表示i母线连接负荷的有功、无功功率；Pi,j、Qi,j——决策变量，分别表示i、j线路之间的有功、无功功率；PiG、QiG——决策变量，分别表示微网能向配网外送的有功、无功功率；yi,j——决策变量，i与j线路之间的联络线开关状态(0代表断开，1代表闭合)；——决策变量，表示配网内i母线上的负荷恢复比例(0代表全都不恢复，1代表全部恢复)。步骤2-3，根据微网向其相连的母线提供的有功、无功出力，建立微网外送功率约束。假定系统中只有微网内的燃气轮机可以发出无功，则微网外送功率约束为：式中，——分别表示微网内燃气轮机、风机、光伏以及储能装置发出的有功功率；——决策变量，分别表示微网内燃气轮机发出的有功、无功功率；——分别表示微网内负荷的有功和无功功率；——表示燃气轮机最大发电容量；——决策变量，表示i母线所连微网内负荷恢复比例(0代表全都不恢复，1代表全部恢复)。步骤2-4，为了保证配网辐射状拓扑结构，选取zi,j作为方向性变量表示线路潮流流向，构建拓扑约束如下：zi,j(k)+zj,i(k)＝1，(i,j)∈L\{LS∪LF},k＝{1,2,…,Np}zi,j(k)+zj,i(k)＝yi,j(k),(i,j)∈LS,k＝{1,2,…,Np}zi,j(k)+zj,i(k)＝0,(i,j)∈LF,k＝{1,2,…,Np}zi,j(k),yi,j(k)∈{0,1},k＝{1,2,…,Np}式中，L、LS、LF——分别表示线路集合、有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于RMPC的主动配电网供电恢复方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、根据鲁棒方法，确定风机允许的出力约束；/n步骤二、根据MPC控制原理，以开关操作、负荷缩减和可控机组出力的总成本最小为目标函数，建立主动配电网多时步滚动优化供电恢复模型；/n步骤三、根据风机允许出力最小值，确定主动配电网供电恢复功率平衡的约束条件；/n步骤四、根据对偶理论，将主动配电网供电恢复功率平衡的约束条件转化为不等式约束；/n步骤五、综合不等式约束和主动配电网多时步滚动优化供电恢复模型，得到最终的基于RMPC的多时步滚动优化供电恢复模型，利用CPLEX求解，即得供电恢复方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于RMPC的主动配电网供电恢复方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、根据鲁棒方法，确定风机允许的出力约束；
步骤二、根据MPC控制原理，以开关操作、负荷缩减和可控机组出力的总成本最小为目标函数，建立主动配电网多时步滚动优化供电恢复模型；
步骤三、根据风机允许出力最小值，确定主动配电网供电恢复功率平衡的约束条件；
步骤四、根据对偶理论，将主动配电网供电恢复功率平衡的约束条件转化为不等式约束；
步骤五、综合不等式约束和主动配电网多时步滚动优化供电恢复模型，得到最终的基于RMPC的多时步滚动优化供电恢复模型，利用CPLEX求解，即得供电恢复方案。


2.根据权利要求1所述的基于RMPC的主动配电网供电恢复方法，其特征在于，步骤1中，确定风机允许的出力约束的具体方法为：
首先，考虑风机出力的不确定性，将风机出力描述为有界区间；
风机出力预测区间可以表示为：



式中，——母线i所连微网内风机在k时步的预测出力值；

——母线i所连微网内风机在k时步的预测出力下限；

——母线i所连微网内风机在k时步的预测出力上限；
BG——微网所连母线的集合；
W——微网内分布式电源节点的集合；
Np——预测周期内预测时步的最大值；
允许的风机出力区间可以表示为：



式中，——决策变量，母线i所连微网内风机在k时步的允许出力上限；

——决策变量，母线i所连微网内风机在k时步的预测出力下限；
然后，根据允许的风机出力区间的上限应小于或等于预测的风机出力区间的上限，以及允许的风机出力区间的下限应小于或等于预测的风机出力区间的下限，确定风机允许的出力约束为：





3.根据权利要求1所述的基于RMPC的主动配电网供电恢复方法，其特征在于，步骤1中，步骤2中，建立主动配电网多时步滚动优化供电恢复模型，具体为：
(一)目标函数



式中，cS、——表示将联络线开关操作、负荷缩减、微网内负荷缩减、燃气轮机出力值转换为成本的对应系数；
PiD(k)——表示k时步母线i所连接的负荷有功值；

——表示k时步母线i所连微网内负荷有功值；

——决策变量，表示在k时步i线路所连微网内燃气轮机有功出力值；
yi,j——决策变量，i与j线路之间的联络线开关状态(0代表断开，1代表闭合)；

——决策变量，表示配网内i母线上的负荷恢复比例；

——决策变量，表示i母线所连微网内负荷恢复比例；
B、BG——分别表示母线的集合、连接微网母线的集合；
LS——表示有联络线开关的线路的集合；
N——表示微网内负荷节点的集合；
W——表示微网内分布式电源节点的集合。
目标函数中，第一项表示联络线开关操作成本，第二项表示配网内负荷缩减成本，第三项表示微网内负荷缩减成本，第四项表示常规机组燃气轮机的出力成本；
(二)约束条件
(1)连接微网的线路有功、无功潮流约束和没有连接微网的线路有功、无功潮流约束：















式中，B、BS、BG——分别表示母线集合、与主网连接的母线集合以及连接微网的母线集合；

——分别表示i母线连接负荷的有功、无功功率；
Pi,j、Qi,j——决策变量，分别表示i、j线路之间的有功、无功功率；
PiG、——决策变量，分别表示微网能向配网外送的有功、无功功率；
yi,j——决策变量，i与j线路之间的联络线开关状态；

——决策变量，表示配网内i母线上的负荷恢复比例；
(2)微网外送功率约束：












式中，——分别表示微网内燃气轮机、风机、光伏以及储能装置发出的有功功率；

——决策变量，分别表示微网内燃气轮机发出的有功、无功功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢云云，杨正婷，蔡胜，李德正，吴昊，刘琳，谷志强，黄祥琪，郭伟清，严欣腾，张俊芳，殷明慧，卜京，邹云，姚娟，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32