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基于异步ADMM的输配电网分解协调无功电压控制方法技术

技术编号:26039257 阅读:65 留言:0更新日期:2020-10-23 21:18
本发明专利技术提出一种基于异步ADMM的输配电网分解协调无功电压控制方法,属于电力系统的运行控制技术领域。该方法对包含一个输电网和多个辐射状配电网的电力系统建立输电网与配电网协同的无功电压控制模型。考虑到不同配电网的计算能力及通信条件相差较大的实际情况,本发明专利技术提出了一种电力系统中输电网与配电网之间的异步分布式迭代求解算法,实现输配协同的无功电压控制模型的分解协调计算。本发明专利技术中的无功电压控制模型的分解协调控制方法,具有良好的收敛速度,可以消除输配边界功率不匹配、电压越限等安全问题。本发明专利技术方法能够对输电网与配电网进行协调无功电压控制,消除安全风险,同时本发明专利技术对电力系统的协调效率高,利于实际应用。

【技术实现步骤摘要】
基于异步ADMM的输配电网分解协调无功电压控制方法
本专利技术涉及一种基于异步ADMM(交替方向乘子法)的输配电网分解协调无功电压控制方法,属于电力系统的运行控制

技术介绍
随着配网侧灵活性资源的急剧增多,如可再生能源的大量接入、可调度负荷的大量增多,配电网在整个电网架构中发挥着越来越重要的作用,输电网与配电网之间呈现出愈加紧密的耦合关系。传统的输电网和配电网无功电压控制独立开展,其缺点在于可能引起输配边界功率不匹配、电压越限等安全问题。因此,需要协调输电网和配电网进行联合的无功电压控制。然而,由于输电网和配电网分别由不同的调控中心独立运行,不同调控中心之间存在信息隐私等问题导致难以采用集中式优化控制方法。因此,需要输电网和配电网分解无功电压控制问题并协调边界变量,以达到全局最优解。此外,不同配电网的计算能力以及通信条件相差较大,使得同步分布式算法面临通信时延而导致的模型收敛时间过长的问题;而异步分布式算法则可有效解决该问题,其允许不同配电网有不同的更新频率,在一定条件设定下,仍能保证算法的收敛性与最优性。然而,目前尚缺乏高效的异步分布式算法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处,提出一种基于异步ADMM的输配电网分解协调无功电压控制方法。本专利技术将输电网的无功电压控制与配电网的无功电压控制分解到各个电网独立求解,并通过输配电网之间边界信息的交换迭代,以获得与集中式无功电压等同效果的控制方法,且允许不同配电网与输电网之间交换迭代的频率不一,以有效应对实际不同配电网的计算能力和通信条件不等所带来的通信时延问题。本专利技术方法能够对输电网与配电网进行协调无功电压控制,消除安全风险。本专利技术提出一种基于异步ADMM的输配电网分解协调无功电压控制方法,其特征在于,包括以下步骤:1)设定电力系统中含有一个输电网和若干个配电网,其中所述若干个配电网成辐射状;建立输电网与配电网协同的无功电压控制模型,该无功电压控制模型由目标函数和约束条件构成;具体步骤如下:1-1)确定无功电压控制模型的目标函数,表达式如下:式中,PiG为发电机组i的有功出力,为输电网中平衡节点发电机组的编号集合;1-2)确定无功电压控制模型的约束条件;具体如下:1-2-1)输电网无功电压控制约束条件,具体包括:1-2-1-1)输电网中极坐标潮流约束:式中,Pij为输电网中从节点i流向节点j的有功功率;τij为输电网中支路ij的变压器变比;为输电网中支路ij的电导;Vi为输电网中节点i的电压幅值;Vj为输电网中节点j的电压幅值;θi为输电网中节点i的电压相角;θj为输电网中节点j的电压相角;φij为输电网中支路ij的变压器移相相角;为输电网中支路ij的电纳;ij为表示从节点i到节点j的支路编号;ILT为输电网的支路集合;Pji为输电网中从节点j流向节点i的有功功率;Qij为输电网中从节点i流向节点j的无功功率;为输电网中支路ij的充电电纳;Qji为输电网中从节点j流向节点i的无功功率;1-2-1-2)输电网中节点注入功率平衡约束:式中,IGTi为输电网中与节点i连接的发电机组的集合;为输电网中发电机组j的有功出力;PiD为输电网中节点i的有功负荷;为输电网中节点i的并联电导;IBT为输电网的节点集合;为输电网中发电机组j的无功出力;为输电网中节点i的无功负荷;为输电网中节点i的并联电纳;1-2-1-3)输电网中节点电压上下限约束:式中,Vi为输电网中节点i的电压幅值下界,为输电网中节点i的电压幅值上界;1-2-1-4)输电网中发电机出力约束:式中,PiG为输电网中发电机组i的发电有功功率下界;为输电网中发电机组i的发电有功功率上界;为输电网中发电机组i的发电无功功率下界;为输电网中发电机组i的发电无功功率上界;IGT为输电网中发电机组的集合1-2-1-5)输电网中线路容量约束:式中,为输电网中支路ij的视在功率容量;1-2-2)辐射状配电网无功电压控制约束条件,具体包括:1-2-2-1)配电网支路潮流约束:式中,为配电网k中从节点i流向节点j的有功功率;为配电网k中从节点i流向节点j的无功功率;为配电网k中节点i的电压幅值的平方;为配电网k中支路ij的电流幅值的平方;ILDk为配电网k的支路集合,ID为所有配电网的集合;1-2-2-2)配电网节点注入功率平衡约束:式中,为配电网k中节点i连接的发电机组集合;为配电网k中发电机组j的发电有功功率;为配电网k中从节点j流向节点i的有功功率;为配电网k中支路ji的电流幅值的平方;为配电网k中支路ji的电阻;为配电网k中节点i的有功负荷;IBDk为配电网k的节点集合;为配电网k中发电机组j的发电无功功率;为配电网k中从节点j流向节点i的无功功率;为配电网k中支路ji的电抗;为配电网k中节点i的无功负荷;1-2-2-3)配电网支路电压降落约束:式中,为配电网k中节点j的电压幅值平方;为配电网k中支路ij的电阻;为配电网k中支路ij的电抗;1-2-2-4)配电网节点电压上下限约束:式中,为配电网k中节点i的电压幅值平方的下界;为配电网k中节点i的电压幅值平方的上界;1-2-2-5)配电网发电机出力约束:式中,为配电网k中发电机组i的发电有功功率下界;为配电网k中发电机组i的发电有功功率上界;为配电网k中发电机组i的发电无功功率下界;为配电网k中发电机组i的发电无功功率上界;为配电网k的发电机组的编号集合;1-2-2-6)配电网线路容量约束:式中,为配电网k中支路ij的电流幅值平方的上限;1-2-3)输电网与配电网边界变量匹配约束条件,具体包括:1-2-3-1)输电网与配电网边界有功功率匹配约束:式中,为输电网在与配电网k连接的边界节点i上向配电网k传输的有功功率;为配电网k在与输电网连接的边界节点i上从输电网吸收的有功功率;为配电网k与输电网连接的边界节点的集合;1-2-3-2)输电网与配电网边界无功功率匹配约束:式中,为输电网在与配电网k连接的边界节点i上向配电网k传输的无功功率;为配电网k在与输电网连接的边界节点i上从输电网吸收的无功功率;1-2-3-3)输电网与配电网边界电压幅值匹配约束:式中,为输电网与配电网k连接的边界节点i的节点电压的幅值;为配电网k中与输电网连接的边界节点i的电压幅值的平方;2)对式(13)进行二阶锥松弛处理,得到配电网中支路潮流约束的表达式为:3)利用步骤2)的结果,对步骤1)建立的模型进行改写,得到凸松弛后的输电网与配电网协同的无功电压控制模型,表达式如下:式中,xT为所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于异步ADMM的输配电网分解协调无功电压控制方法,其特征在于,包括以下步骤:/n1)设定电力系统中含有一个输电网和若干个配电网,其中所述若干个配电网成辐射状;建立输电网与配电网协同的无功电压控制模型,该无功电压控制模型由目标函数和约束条件构成;具体步骤如下:/n1-1)确定无功电压控制模型的目标函数,表达式如下:/n

【技术特征摘要】
1.一种基于异步ADMM的输配电网分解协调无功电压控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)设定电力系统中含有一个输电网和若干个配电网,其中所述若干个配电网成辐射状;建立输电网与配电网协同的无功电压控制模型,该无功电压控制模型由目标函数和约束条件构成;具体步骤如下:
1-1)确定无功电压控制模型的目标函数,表达式如下:



式中,PiG为发电机组i的有功出力,为输电网中平衡节点发电机组的编号集合;
1-2)确定无功电压控制模型的约束条件;具体如下:
1-2-1)输电网无功电压控制约束条件,具体包括:
1-2-1-1)输电网中极坐标潮流约束:












式中,Pij为输电网中从节点i流向节点j的有功功率;τij为输电网中支路ij的变压器变比;为输电网中支路ij的电导;Vi为输电网中节点i的电压幅值;Vj为输电网中节点j的电压幅值;θi为输电网中节点i的电压相角;θj为输电网中节点j的电压相角;φij为输电网中支路ij的变压器移相相角;为输电网中支路ij的电纳;ij为表示从节点i到节点j的支路编号;ILT为输电网的支路集合;Pji为输电网中从节点j流向节点i的有功功率;Qij为输电网中从节点i流向节点j的无功功率;为输电网中支路ij的充电电纳;Qji为输电网中从节点j流向节点i的无功功率;
1-2-1-2)输电网中节点注入功率平衡约束:






式中,IGTi为输电网中与节点i连接的发电机组的集合;为输电网中发电机组j的有功出力;PiD为输电网中节点i的有功负荷;为输电网中节点i的并联电导;IBT为输电网的节点集合;为输电网中发电机组j的无功出力;为输电网中节点i的无功负荷;为输电网中节点i的并联电纳;
1-2-1-3)输电网中节点电压上下限约束:



式中,Vi为输电网中节点i的电压幅值下界,为输电网中节点i的电压幅值上界;
1-2-1-4)输电网中发电机出力约束:



式中,PiG为输电网中发电机组i的发电有功功率下界;为输电网中发电机组i的发电有功功率上界;QiG为输电网中发电机组i的发电无功功率下界;为输电网中发电机组i的发电无功功率上界;IGT为输电网中发电机组的集合
1-2-1-5)输电网中线路容量约束:



式中,为输电网中支路ij的视在功率容量;
1-2-2)辐射状配电网无功电压控制约束条件,具体包括:
1-2-2-1)配电网支路潮流约束:



式中,为配电网k中从节点i流向节点j的有功功率;为配电网k中从节点i流向节点j的无功功率;为配电网k中节点i的电压幅值的平方;为配电网k中支路ij的电流幅值的平方;为配电网k的支路集合,ID为所有配电网的集合;
1-2-2-2)配电网节点注入功率平衡约束:






式中,为配电网k中节点i连接的发电机组集合;为配电网k中发电机组j的发电有功功率;为配电网k中从节点j流向节点i的有功功率;为配电网k中支路ji的电流幅值的平方;为配电网k中支路ji的电阻;为配电网k中节点i的有功负荷;为配电网k的节点集合;为配电网k中发电机组j的发电无功功率;为配电网k中从节点j流向节点i的无功功率;为配电网k中支路ji的电抗;为配电网k中节点i的无功负荷;
1-2-2-3)配电网支路电压降落约束:



式中,为配电网k中节点j的电压幅值平方;为配电网k中支路ij的电阻;为配电网k中支路ij的电抗;
1-2-2-4)配电网节点电压上下限约束:



式中,为配电网k中节点i的电压幅值平方的下界;为配电网k中节点i的电压幅值平方的上界;
1-2-2-5)配电网发电机出力约束:



式中,为配电网k中发电机组i的发电有功功率下界;为配电网k中发电机组i的发电有功功率上界;为配电网k中发电机组i的发电无功功率下界;为配电网k中发电机组i的发电无功功率上界;为配电网k的发电机组的编号集合;
1-2-2-6)配电网线路容量约束:



式中,为配电网k中支路ij的电流幅值平方的上限;
1-2-3)输电网与配电网边界变量匹配约束条件,具体包括:
1-2-3-1)输电网与配电网边界有功功率匹配约束:



式中,为输电网在与配电网k连接的边界节点i上向配电网k传输的有功功率;为配电网k在与输电网连接的边界节点i上从输电网吸收的有功功率;为配电网k与输电网连接的边界节点的集合;
1-2-3-2)输电网与配电网边界无功功率匹配约束:



式中,为输电网在与配电网k连接的边界节点i上向配电网k传输的无功功率;为配电网k在与输电网连接的边界节点i上从输电网吸收的无功功率;
1-2-3-3)输电网与配电网边界电压幅值匹配约束:



式中,为输电网与配电网k连接的边界节点i的节点电压的幅值;为配电网k中与输电网连接的边界节点i的电压幅值的平方;
2)对式(13)进行二阶锥松弛处理,得到配电网中支路潮流约束的表达式为:



3)利用步骤2)的结果,对步骤1)建立的模型进行改写,得到凸松弛后的输电网与配电网协同的无功电压控制模型,表达式如下:



式中,xT为所有输电网的变量组成的列向量,包括Pij、Qij、Pji、Qji、...

【专利技术属性】
技术研发人员:王彬杜延菱吴文传刘海涛孙宏斌王冠楠郭庆来王琪蔺晨晖
申请(专利权)人:清华大学国网冀北电力有限公司
类型:发明
国别省市:北京;11

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