一种计及全局灵敏度的主动配电网分布式电压控制方法技术

本发明专利技术提供一种计及全局灵敏度的主动配电网分布式电压控制方法，包括以下步骤：1)对主动配电网及其内部控制设备进行建模，形成主动配电网电压控制优化问题；2)基于步骤1)中的电压控制优化问题，进一步对其进行数学转化，推导得到三种全局灵敏度，即所有节点电压越限对节点有功功率、无功功率和电压的偏导数；3)对步骤2)中转化后的电压控制优化问题进行详细展开并整理，从而建立根节点与叶节点间的分布式往返通信规则，对全局灵敏度进行实时计算；4)基于步骤3)中得到的全局灵敏度，利用梯度下降法实现各分布式设备的协调控制，从而得到分布式主动配电网各节点的实时电压调节方案。本发明专利技术的电压控制方法可有效保证配电网的电压安全。电压安全。电压安全。

【技术实现步骤摘要】
一种计及全局灵敏度的主动配电网分布式电压控制方法


[0001]本专利技术涉及主动配电网电压控制方法，尤其设计一种计及全局灵敏度的主动配电网分布式电压控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，光伏等可再生能源在配电网中的渗透率不断提高，它们往往具有较大的波动性和不确定性，因此，会严重影响配电网运行的安全性与可靠性，如引起配电网的电压越限问题等。为了减轻可再生能源波动对配电网运行的干扰，可对需求侧分布式能源进行控制保证配电网的电压安全。例如，包括储能和光伏逆变器在内的可控资源可通过调节有功、无功功率输出来快速控制电压。另外，在长时间尺度内，也可以通过调节有载调压变压器的接头位置实现电压波动的有效平抑。
[0003]现有的关于电压控制方法常分为集中式控制、分散式控制与分布式控制方法。集中式方法能实现电压的精准控制，但是它需要整个网络全部的信息，从而大大侵犯了电网内各节点的隐私安全，同时对集中式控制的中央控制器的计算能力有着很高的要求。分散式控制只需要节点的局部信息，但是由于信息有限，不能充分利用整个网络的资源来平抑电压波动。而分布式控制则是指网络中的自治代理商利用本地信息和与其邻居的部分消息交换来实现协作目标，与集中控制方法相比，分布式控制保证了每个代理的隐私性，显著降低了每个代理商的数据量，从而提高了计算效率，并且充分利用了网络内的可控资源。然而，传统的分布式控制电压调节同样存在一定的问题：1.传统的分布式一致性电压控制方法通常不考虑网络参数和拓扑，影响电压调节质量；2.当对电压控制问题进行分布式优化计算时，其收敛要求仍然会导致大量的迭代以及较长的通信时间，使这些分布式方法难以应用在实时控制中；3.已有分布式电压控制方法通常只用于单种设备的控制，难以实现多种设备的协同快速控制。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术提供了一种计及全局灵敏度的主动配电网分布式电压控制方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种计及全局灵敏度的主动配电网分布式电压控制方法，包括如下步骤：
[0007]1)对主动配电网及其内部控制设备进行建模，形成主动配电网电压控制优化问题；
[0008]2)基于步骤1)中的电压控制优化问题，进一步对其进行数学转化，推导得到三种全局灵敏度，即所有节点电压越限对节点有功功率、无功功率和电压的偏导数；
[0009]3)对步骤2)中数学转化后的电压控制优化问题进行详细展开并整理，从而建立根节点与叶节点间的分布式往返通信规则，对全局灵敏度进行实时计算；
[0010]4)基于步骤3)中得到的全局灵敏度，利用梯度下降法实现各分布式设备的协调控
制，从而得到分布式主动配电网各节点的实时电压调节方案，有效保证配电网的电压安全。
[0011]上述技术方案中，作为优选，所述步骤1)中的建模包括主动配电网潮流建模、节点功率平衡建模、内部控制设备建模；
[0012]所述的主动配电网通常为辐射状，可视为具有集合的树状图模型，集合中的节点i表示配电网n+1条母线中的第i条母线。集合ε用于表示配电线路，其中连接母线i与母线j的线路标记为(i,j)∈ε，根据配电网的树状模型，节点0被定义为根节点，馈线的终端母线被表示为叶，终端节点的集合由表示。对于每个节点有一组子节点表示为每个节点有一个唯一的父节点表示为
[0013]辐射状配电网络中的潮流方程为：
[0014][0015][0016][0017]其中，P
i
和Q
i
分别表示母线i注入的有功和无功功率；V
i
为母线i的电压幅值；p
ki
和q
ki
分别表示从母线k流向线路(k,i)的有功和无功功率；r
ki
和x
ki
分别表示线路(k,i)的电阻和电抗。此外，从线路(k,i)流向母线i的有功和无功功率可分别定义为和表示为：
[0018][0019][0020]为避免潮流方程(1)
‑
(3)中电压和功率的高度耦合，对潮流方程进行如下修正：
[0021]由于电压V
i
通常接近1p.u.，流经线路(k,i)的电流I
ki
可以近似地由和确定，表示为：
[0022][0023]如果线路端子的电压幅度存在5％的偏差，则在(6)中设置V
i
≈1p.u.将导致线路损耗的相对误差不超过10％。由于支路损耗与潮流相比也足够小，因此可以认为这种近似是精确的。
[0024]因此，潮流方程(1)、(2)可被替换为：
[0025][0026][0027]所述的主动配电网潮流建模即为修正后的潮流方程(3)
‑
(5)，(7)
‑
(8)。
[0028]所述的节点功率平衡建模如下：
[0029]不失一般性，假设母线i上装有储能、光伏和负荷设备，则母线i注入的有功和无功功率为：
[0030][0031][0032]其中下标t表示当前时间步长；是t时刻母线i上储能、光伏和有功负荷的有功功率；分别为t时刻母线i上储能、光伏和负荷的无功功率；母线i的总可控无功功率由表示。
[0033]所述的内部控制设备建模包括对确定储能运行的有功功率上限、储能运行的有功功率下限，储能运行的无功功率上限、储能运行的无功功率下限，光伏逆变器运行的无功功率上限、光伏逆变器运行的无功功率下限：
[0034]所述的储能运行的有功功率上限和储能运行的有功功率下限约束如下：
[0035][0036][0037]其中，和分别是储能的最大和最小功率；和分别表示储能设备的最大和最小储能；表示储能在时间步长t存储的能量；和是储能的充放电效率；Δt是指控制时间间隔。
[0038]所述的储能运行的无功功率上限和下限约束如下：
[0039][0040][0041]其中，和分别是储能的最大和最小无功功率注入；κ为储能运行的最小允许功率因数。
[0042]所述的光伏逆变器运行的无功功率上限和光伏逆变器运行的无功功率下限约束，表示如下：
[0043][0044][0045]其中，为光伏的容量；θ为光伏逆变器允许的最小功率因数。
[0046]所述主动配电网电压控制优化问题包括设置控制变量、建立主动配电网优化问题的目标函数及约束条件：
[0047]所述控制变量可以是可调节的节点有功或无功功率，以及根节点的电压，由实际集成到主动配电网中的可控设备类型决定；
[0048]所述的目标函数及约束条件为：
[0049]min F＝f(V)+h(P,Q)
ꢀꢀꢀ
(14a)
[0050][0051](P,Q)∈Ω
ꢀꢀꢀ
(14c)
[0052]其中，V,P,Q分别为所有母线的电压、有功功率、无功功率组成的向量；f(V)为量化主动配电网所有母线的电压越限的惩罚函数；h(P,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及全局灵敏度的主动配电网分布式电压控制方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤1)：对主动配电网及其内部控制设备进行建模，形成主动配电网电压控制优化问题；步骤2)：基于步骤1)中的电压控制优化问题，进一步对其进行数学转化，推导得到三种全局灵敏度，所述的三种全局灵敏度具体为所有节点电压越限对节点有功功率、无功功率和电压的偏导数；步骤3)：对步骤2)中数学转化后的电压控制优化问题进行详细展开并整理，从而建立根节点与叶节点间的分布式往返通信规则，对全局灵敏度进行实时计算；步骤4)：基于步骤3)中得到的全局灵敏度，利用梯度下降法实现各分布式设备的协调控制，从而得到分布式主动配电网各节点的实时电压调节方案。2.根据权利要求1所述的一种计及全局灵敏度的主动配电网分布式电压控制方法，其特征在于：所述步骤1)中的建模包括主动配电网潮流建模、节点功率平衡建模、内部控制设备建模；所述的主动配电网为辐射状，可视为具有集合的树状图模型，集合中的节点i表示配电网n+1条母线中的第i条母线；集合ε用于表示配电线路，其中连接母线i与母线j的线路标记为(i,j)∈ε，根据配电网的树状模型，节点0被定义为根节点，馈线的终端母线被表示为叶，终端节点的集合由表示；对于每个节点有一组子节点表示为每个节点有一个唯一的父节点表示为辐射状配电网络中的潮流方程为：辐射状配电网络中的潮流方程为：辐射状配电网络中的潮流方程为：其中，P
i
和Q
i
分别表示母线i注入的有功和无功功率；V
i
为母线i的电压幅值；p
ki
和q
ki
分别表示从母线k流向线路(k,i)的有功和无功功率；r
ki
和x
ki
分别表示线路(k,i)的电阻和电抗；从线路(k,i)流向母线i的有功和无功功率分别定义为和表示为：表示为：为避免潮流方程(1)
‑
(3)中电压和功率的高度耦合，对潮流方程进行如下修正：
由于电压V
i
通常接近1p.u.，流经线路(k,i)的电流I
ki
可以近似地由和确定，表示为：因此，潮流方程(1)、(2)可被替换为：因此，潮流方程(1)、(2)可被替换为：所述的主动配电网潮流建模即为修正后的潮流方程(3)
‑
(5)，(7)
‑
(8)；所述的节点功率平衡建模如下：假设母线i上装有储能、光伏和负荷设备，则母线i注入的有功和无功功率为：假设母线i上装有储能、光伏和负荷设备，则母线i注入的有功和无功功率为：其中下标t表示当前时间步长；是t时刻母线i上储能、光伏和有功负荷的有功功率；分别为t时刻母线i上储能、光伏和负荷的无功功率；母线i的总可控无功功率由表示；所述的内部控制设备建模包括对确定储能运行的有功功率上限、储能运行的有功功率下限，储能运行的无功功率上限、储能运行的无功功率下限，光伏逆变器运行的无功功率上限、光伏逆变器运行的无功功率下限：所述的储能运行的有功功率上限和储能运行的有功功率下限约束如下：约束如下：其中，P
iE,max
和P
iE,min
分别是储能的最大和最小功率；E
iE,max
和E
iE,min
分别表示储能设备的最大和最小储能；表示储能在时间步长t存储的能量；η
iE,c
和η
iE,d
是储能的充放电效率；Δt是指控制时间间隔；所述的储能运行的无功功率上限和下限约束如下：约束如下：其中，Q
iE,max
和Q
iE,min
分别是储能的最大和最小无功功率注入；κ为储能运行的最小允许功率因数；所述的光伏逆变器运行的无功功率上限Q
iPV,max
和光伏逆变器运行的无功功率下限Q
iPV
,min
约束，表示如下：约束，表示如下：其中，为光伏的容量；θ为光伏逆变器允许的最小功率因数；所述主动配电网电压控制优化问题包括设置控制变量、建立主动配电网优化问题的目标函数及约束条件：所述控制变量为可调节的节点有功或无功功率，以及根节点的电压；所述的目标函数及约束条件为：min F＝f(V)+h(P,Q)
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(14a)(P,Q)∈Ω
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(14c)其中，V,P,Q分别为所有母线的电压、有功功率、无功功率组成的向量；f(V)为量化主动配电网所有母线的电压越限的惩罚函数；h(P,Q)为使用可控设备利用的惩罚函数；约束条件(14b)表示修改后的潮流方程；约束条...

【专利技术属性】
技术研发人员：万灿，余鹏，刘辉，宋永华，宗星辰，赵乐冰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：