计及风险的主动配电网两阶段随机模型的预测控制方法技术

本发明专利技术公开了一种计及风险的主动配电网两阶段随机模型的预测控制方法，包括以下步骤：1)设光伏出力及负荷波动分别服从Beta分布及正态分布，生成大规模不确定场景集，再对大规模不确定场景集进行削减；2)采用两阶段随机优化方法建立主动配电网有功无功协调调度模型；3)完善主动配电网有功无功协调调度模型；4)形成最优调度策略；5)在每一采样初始时刻t

【技术实现步骤摘要】
计及风险的主动配电网两阶段随机模型的预测控制方法
本专利技术属于电力系统自动化
，涉及一种计及风险的主动配电网两阶段随机模型的预测控制方法。
技术介绍
分布式电源(distributedgeneration,DG)、电动汽车、储能(energystoragesystem,ESS)等主动元件的广泛接入，造成了配电网潮流由传统单向传输朝着双向流动转变，不确定性增强，主动配电网功率与电压波动性大幅提升，灵活有效的运行控制手段愈发重要。传统的有载调压分接头(on-loadtapchanger,OLTC)、电容器组(capacitorbanks,CB)等机械设备，调节速度慢、动作次数有限。而DG、ESS等设备一般通过新型电力电子装置与配电网连接，可快速跟踪功率波动作出及时调整，具有灵活调节、快速响应的特征，不失为一种良好的运行控制手段。未来主动配电网(activedistributionnetwork,ADN)有功调度和无功优化间的界限愈发模糊，综合控制多种分布式能源和多种主动管理手段，实现全网能源综合高效利用是必然趋势。随着新能源发电、电力负荷变化等随机性运行状况的不断增加，考虑不确定性因素的运行调度理论已成为当前的热点问题，其中不乏考虑风险的运行理论研究。考虑风险的安全经济调度运行研究中一般采用机会约束方法，但机会约束方法的求解过程相对复杂。为了直观描述配电网的运行风险，将随机性、不确定性因素进行定量处理，不仅需要更加准确合适的方法，同时要考虑其计算方法的高效性。近年来，已有不少学者将条件风险价值(conditionalvalueatrisk,CVaR)方法延用至电力系统调度和运行研究领域，并取得了一些技术性的突破。风险测度是对风险水平的分析和估量，是风险管理过程中最重要的一个环节，包括衡量各种风险导致的损失的可能性大小以及损失发生的范围和程度。正是由于边界条件不确定性增强，ADN运行控制可能形成某些小概率事件下的高风险运行区间，精确评估可再生能源大规模接入条件下配电网调度运行的边界风险大小有利于最大限度地减少运行损失以及获取系统运营的利润。此外，在ADN的实际运行过程中，随着预测不确定度的升高，传统日前规划调度策略的适应性较弱，而模型预测控制(modelpredictivecontrol,MPC)可实现滚动优化，并考虑了系统的动态性能，若能将MPC应用到配电网运行成本管理中，有望进一步加强尾部风险的控制。针对ADN的有功无功协调调度问题，已有较多研究综合控制多种分布式能源和主动管理手段以实现主动配电网的安全经济运行，但在以下几方面仍有所欠缺：首先，主动配电网中各控制决策对象的响应特性不同，较少研究涉及将部分灵活调节、快速响应的运行控制对象(如DG、ESS等)设计为第二阶段决策变量，从而制定两阶段优化运行方法。其次，大量分布式能源接入，给系统安全、可靠、经济运行带来的不确定性也需相应的深化分析和统筹优化。传统研究单纯将运行成本的期望值作为目标函数，忽视了边界风险，有失科学性和全面性。如何度量不确定运行工况下主动配电网运行出现高额损失的尾部风险，仍需探索。与此同时，随着预测时间尺度变长，预测精确度随之降低，随着预测不确定度的升高，主动配电网运行参数波动与外界扰动更为频繁，其运行策略需要更加精细的时间粒度和更加灵活的时间尺度，针对典型方式的确定性建模或简单规则控制可能面临失效，因此严重的影响了系统电压的运行水平。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种计及风险的主动配电网两阶段随机模型的预测控制方法，该方法能够灵活调节、快速响应运行控制对象，能够有效应对预测值与实际值之间的误差对于调整策略的影响，以提高系统电压运行水平。为达到上述目的，本专利技术所述的计及风险的主动配电网两阶段随机模型的预测控制方法包括以下步骤：1)考虑光伏出力及负荷波动的不确定性和随机性，设光伏出力及负荷波动分别服从Beta分布及正态分布，在设定时间尺度内，利用蒙特卡洛模拟仿真，再对模拟仿真结果进行重复随机采样及统计分析，生成大规模不确定场景集，再对大规模不确定场景集进行削减；2)采用两阶段随机优化方法建立主动配电网有功无功协调调度模型，其中，将整个优化控制过程分阶段建模，在第一阶段，不考虑不确定性，确定主动配电网中慢动态设备的动作状态及动作量；在第二阶段，加入不确定性，并引入条件风险价值度量主动配电网运行的边界风险，并以经济损失为度量指标来衡量损失程度；3)对主动配电网中OLTC、CB、PV逆变器及ESS进行线性化建模处理，并考虑ADN的运行约束条件，完善主动配电网有功无功协调调度模型；4)求解主动配电网有功无功协调调度模型，得两个阶段的优化决策变量，确定调度周期内各调控资源的出力计划，以形成最优调度策略；5)每隔时间间隔Tc启动滚动优化，在每一采样初始时刻tk，以当前时刻的采样值作为初始状态，针对当前预测周期TN的预测结果，滚动求解预测周期内的最优调度策略，其中，仅执行[tk,tk+Tc]时间段内各调控资源的控制策略，并且在[tk,tk+4Tc]时间段内保持OLTC分接头位置及CB的档位固定，再等待下一个时刻tk+1＝tk+Tc到来，然后再将时间窗口向后移动一个时间间隔Tc，完成促进主动配电网协调优化运行的两阶段随机模型预测控制。步骤4)的具体操作为：将步骤3)得到的主动配电网有功无功协调调度模型转化为混合整数二阶锥规划问题，通过求解该混合整数二阶锥优化问题，计算两阶段的优化决策变量，确定调度周期内各调控资源的出力计划，以形成最优调度策略。步骤1)中采用同步回代削减法对大规模不确定场景集进行削减。步骤2)的具体操作为：采用两阶段随机优化方法建立主动配电网有功无功协调调度模型，其中，整个优化控制过程分阶段建模，其目标函数考虑主网购电成本、DG发电成本、网络损耗成本及其OLTC、CB、SVC、PV逆变器及ESS的运行维护成本，其中，第一阶段的目标函数ECSI不考虑不确定性，在第二阶段考虑不确定性，第二阶段的目标函数ECSD依赖于场景的变化；其中，第一阶段的目标函数为：其中，ΩG为区域配电网与主动配电网的联络节点集合，ΩOLTC、ΩCB、ΩSVC及ΩInv为各调节设备候选节点集合，cG、cPV及cLoss分别为主动配电网购电、PV发电和网络损耗的单位成本，cOLTC、cCB、cSVC、cInv及cESS为主动配电网中OLTC、CB、SVC、光伏逆变器及ESS的单位调节成本，表示t时段区域配电网与主动配电网联络线的交换功率，为t时段节点j处PV的发电功率，为t时段线路ij的网损，及为第一阶段控制变量，其中，及分别表示t时段SVC、光伏逆变器、CB及ESS对应的无功调节量，为OLTC的档位变化标识，及为0-1的变量，及用于OLTC档位变化标识，当则OLTC在第t时段的档位值比t-1时段小，与含义相同，T为调度周期持续时长。第二阶段的目标函数为：其中，β为给定的置信度，且β∈(0,1)，πs表示场景s发生的概率，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及风险的主动配电网两阶段随机模型的预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)考虑光伏出力及负荷波动的不确定性和随机性，设光伏出力及负荷波动分别服从Beta分布及正态分布，在设定时间尺度内，利用蒙特卡洛模拟仿真，再对模拟仿真结果进行重复随机采样及统计分析，生成大规模不确定场景集，再对大规模不确定场景集进行削减；/n2)采用两阶段随机优化方法建立主动配电网有功无功协调调度模型，其中，将整个优化控制过程分阶段建模，在第一阶段，不考虑不确定性，确定主动配电网中慢动态设备的动作状态及动作量；在第二阶段，加入不确定性，并引入条件风险价值度量主动配电网运行的边界风险，并以经济损失为度量指标来衡量损失程度；/n3)对主动配电网中OLTC、CB、PV逆变器及ESS进行线性化建模处理，并考虑ADN的运行约束条件，完善主动配电网有功无功协调调度模型；/n4)求解主动配电网有功无功协调调度模型，得两个阶段的优化决策变量，确定调度周期内各调控资源的出力计划，以形成最优调度策略；/n5)每隔时间间隔T

【技术特征摘要】
1.一种计及风险的主动配电网两阶段随机模型的预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)考虑光伏出力及负荷波动的不确定性和随机性，设光伏出力及负荷波动分别服从Beta分布及正态分布，在设定时间尺度内，利用蒙特卡洛模拟仿真，再对模拟仿真结果进行重复随机采样及统计分析，生成大规模不确定场景集，再对大规模不确定场景集进行削减；
2)采用两阶段随机优化方法建立主动配电网有功无功协调调度模型，其中，将整个优化控制过程分阶段建模，在第一阶段，不考虑不确定性，确定主动配电网中慢动态设备的动作状态及动作量；在第二阶段，加入不确定性，并引入条件风险价值度量主动配电网运行的边界风险，并以经济损失为度量指标来衡量损失程度；
3)对主动配电网中OLTC、CB、PV逆变器及ESS进行线性化建模处理，并考虑ADN的运行约束条件，完善主动配电网有功无功协调调度模型；
4)求解主动配电网有功无功协调调度模型，得两个阶段的优化决策变量，确定调度周期内各调控资源的出力计划，以形成最优调度策略；
5)每隔时间间隔Tc启动滚动优化，在每一采样初始时刻tk，以当前时刻的采样值作为初始状态，针对当前预测周期TN的预测结果，滚动求解预测周期内的最优调度策略，其中，仅执行[tk,tk+Tc]时间段内各调控资源的控制策略，并且在[tk,tk+4Tc]时间段内保持OLTC分接头位置及CB的档位固定，再等待下一个时刻tk+1＝tk+Tc到来，然后再将时间窗口向后移动一个时间间隔Tc，完成促进主动配电网协调优化运行的两阶段随机模型预测控制。


2.根据权利要求1所述的计及风险的主动配电网两阶段随机模型的预测控制方法，其特征在于，步骤4)的具体操作为：将步骤3)得到的主动配电网有功无功协调调度模型转化为混合整数二阶锥规划问题，通过求解该混合整数二阶锥优化问题，计算两阶段的优化决策变量，确定调度周期内各调控资源的出力计划，以形成最优调度策略。


3.根据权利要求1所述的计及风险的主动配电网两阶段随机模型的预测控制方法，其特征在于，步骤1)中采用同步回代削减法对大规模不确定场景集进行削减。


4.根据权利要求1所述的计及风险的主动配电网两阶段随机模型的预测控制方法，其特征在于，步骤2)的具体操作为：
采用两阶段随机优化方法建立主动配电网有功无功协调调度模型，其中，整个优化控制过程分阶段建模，其目标函数考虑主网购电成本、DG发电成本、网络损耗成本及其OLTC、CB、SVC、PV逆变器及ESS的运行维护成本，其中，第一阶段的目标函数ECSI不考虑不确定性，在第二阶段考虑不确定性，第二阶段的目标函数ECSD依赖于场景的变化；
其中，第一阶段的目标函数为：



其中，ΩG为区域配电网与主动配电网的联络节点集合，ΩOLTC、ΩCB、ΩSVC及ΩInv为各调节设备候选节点集合，cG、cPV及cLoss分别为主动配电网购电、PV发电和网络损耗的单位成本，cOLTC、cCB、cSVC、cInv及cESS为主动配电网中OLTC、CB、SVC、光伏逆变器及ESS的单位调节成本，表示t时段区域配电网与主动配电网联络线的交换功率，为t时段节点j处PV的发电功率，为t时段线路ij的网损，及为第一阶段控制变量，其中，及分别表示t时段SVC、光伏逆变器、CB及ESS对应的无功调节量，为OLTC的档位变化标识，及为0-1的变量，及用于OLTC档位变化标识，当则OLTC在第t时段的档位值比t-1时段小，与含义相同，T为调度周期持续时长；
第二阶段的目标函数为：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文涛，张宁，曹振博，齐祥和，陈懿，孟凡晨，王泽黎，杜孟珂，
申请(专利权)人：国网北京市电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11