基于多代理系統(tǒng)的主動(dòng)配電網(wǎng)分布式電壓控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)分布式電壓控制方法。特別是涉及一種基于多代理系統(tǒng)的 主動(dòng)配電網(wǎng)分布式電壓控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 長期以來，人類過度地開采和利用不可再生能源，造成了傳統(tǒng)能源的短缺和生態(tài) 環(huán)境的污染。在此背景下，分布式電源（^Distributed Generation, DG)因其利用清潔能源 得到了越來越廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。隨著DGs、新型可平移負(fù)荷、分布式儲(chǔ)能等滲透率逐步提 高，配電網(wǎng)從被動(dòng)單向的供電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)楣β孰p向流動(dòng)的有源網(wǎng)絡(luò)。配電系統(tǒng)運(yùn)行與控制 面臨諸多挑戰(zhàn)，如：電壓控制、潮流管理、繼電保護(hù)、故障定位與隔離、以及儲(chǔ)能調(diào)配等。其 中電壓偏移以及線路過負(fù)荷等問題將可能成為系統(tǒng)運(yùn)行的重要約束。為了滿足未來電網(wǎng) 智能、靈活和可持續(xù)發(fā)展的要求，傳統(tǒng)配電網(wǎng)，又稱之為被動(dòng)配電網(wǎng)，已逐漸向主動(dòng)配電網(wǎng) (Active Distribution Network，ADN)轉(zhuǎn)變。
[0003] 2008年，國際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE)配電與分布式發(fā)電分會(huì)C6. 11項(xiàng)目組提出了"配 電網(wǎng)主動(dòng)運(yùn)行與發(fā)展"這一研宄主題，自此ADN受到了廣泛關(guān)注。主動(dòng)配電網(wǎng)既可以實(shí)現(xiàn) 對DG、柔性負(fù)載和儲(chǔ)能等可控資源的主動(dòng)控制，又可以利用靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)潮流 的有效管理，并在合理的監(jiān)管和接入準(zhǔn)則基礎(chǔ)上，使DG對配電系統(tǒng)提供一定的支撐作用。
[0004] 近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對主動(dòng)配電網(wǎng)電壓與潮流管理等展開了多方面研宄工作。 文獻(xiàn)[5]提出利用配電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行離線開環(huán)仿真計(jì)算，對網(wǎng)絡(luò)可控資源計(jì)算潮流敏感 度因子，從而評估出經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的控制方案作為主動(dòng)潮流管理策略。文獻(xiàn)[6]提出一種具 備自學(xué)習(xí)能力的案例推理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可識(shí)別網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)情況，并推理出相似度最高，切 實(shí)可行的電壓控制方案，并進(jìn)行在線驗(yàn)證以評估方案的可靠性。文獻(xiàn)[7]提出基于最優(yōu)潮 流的在線線路過負(fù)荷控制策略。以上研宄多應(yīng)用智能算法，從不同角度以集中式控制思維 解決ADN中電壓與潮流的越限問題。
[0005] 然而，在集中式電壓控制中，為使配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓在合理的范圍內(nèi)，中央控制系 統(tǒng)需要對配電網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行量測，通過大量的優(yōu)化計(jì)算，對系統(tǒng)中的變壓器分 接頭位置，DG的出力以及負(fù)荷等資源進(jìn)行調(diào)整，以控制系統(tǒng)中電壓的分布。集中式控制方 法以系統(tǒng)全局優(yōu)化為目標(biāo)，統(tǒng)一調(diào)配可控資源，但存在諸多不足：
[0006] 1)系統(tǒng)中所有量測數(shù)據(jù)都要傳輸至中央控制系統(tǒng)，一旦中央控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障， 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)就會(huì)瓦解；
[0007] 2)中央控制系統(tǒng)在接收全網(wǎng)數(shù)據(jù)和大量優(yōu)化計(jì)算后，方可做出全局控制策略，同 時(shí)考慮到硬件設(shè)備的延時(shí)，集中式控制方法對系統(tǒng)做出調(diào)節(jié)所需的時(shí)間較長；
[0008] 3)主動(dòng)配電網(wǎng)中DG滲透率較高，需要測量和采集的數(shù)據(jù)量也大幅度增加，大大加 重了通訊系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)；
[0009] 4)完整的集中式控制系統(tǒng)需要安裝大量量測、通訊和監(jiān)控系統(tǒng)，投資較高。
[0010] 分布式電壓控制可以有效的解決集中式電壓控制的不足?，F(xiàn)階段國內(nèi)外多采用多 代理系統(tǒng)（Multiple Agent System, MAS)進(jìn)行電網(wǎng)的控制和優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種應(yīng)用分布式的多代理系統(tǒng)MAS對主動(dòng)配 電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的基于多代理系統(tǒng)的主動(dòng)配電網(wǎng)分布式電壓控制方法。
[0012] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于多代理系統(tǒng)的主動(dòng)配電網(wǎng)分布式電壓控制 方法，包括如下步驟：
[0013] 1)對輻射狀電網(wǎng)任意節(jié)點(diǎn)的電壓靈敏度進(jìn)行分析，以實(shí)現(xiàn)用局部信息對任意節(jié)點(diǎn) 在下一時(shí)刻的電壓進(jìn)行估算；
[0014] 2)多代理系統(tǒng)中的每個(gè)代理以所控制區(qū)域成本最小為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng) 的電壓協(xié)調(diào)控制，所述的目標(biāo)函數(shù)由兩部分組成：電壓成本和功率成本，其中電壓成本用來 約束各節(jié)點(diǎn)電壓值，功率成本用來減少分布式電源有功功率的削減；
[0015] 3)根據(jù)每個(gè)代理內(nèi)部的電壓協(xié)調(diào)控制算法以及與相鄰代理的協(xié)商結(jié)果，各個(gè)代理 做出使電網(wǎng)中全部節(jié)點(diǎn)的電壓都處于設(shè)定范圍內(nèi)的決策，并在控制電壓的前提下減少對分 布式電源有功功率出力的削減。
[0016] 步驟1)所述的對輻射狀電網(wǎng)任意節(jié)點(diǎn)的電壓靈敏度進(jìn)行分析是：
[0017] 對于輻射狀配電網(wǎng)中的任意節(jié)點(diǎn)N，根據(jù)DistFlow潮流算法，電壓及功率計(jì)算如 下：
[0018]
[0019]
[0020]
[0021] 式中，VN，VN_i和VN+1表示節(jié)點(diǎn)N，節(jié)點(diǎn)N-1和節(jié)點(diǎn)N+1的電壓值，其中，節(jié)點(diǎn)N-1為 節(jié)點(diǎn)N的上游節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)N+1為節(jié)點(diǎn)N的下游節(jié)點(diǎn)；PjP ^分別表示從上游支路流入節(jié)點(diǎn) N的有功功率值和無功功率值；PN+1和QN+1分別表示從上游支路流入節(jié)點(diǎn)N+1的有功功率值 和無功功率值{^和Q u分別表示節(jié)點(diǎn)N處接入負(fù)荷的有功功率值和無功功率值；P 和Q 分別表示節(jié)點(diǎn)N處接入分布式電源的有功功率值和無功功率值；馬和XN分別表示節(jié)點(diǎn)N-1 與節(jié)點(diǎn)N之間的支路電阻值和電抗值；R N+1和X N+1分別表示節(jié)點(diǎn)N與節(jié)點(diǎn)N+1之間的支路電 阻值和電抗值。
[0022] 忽略各節(jié)點(diǎn)間支路的功率損耗，對不同節(jié)點(diǎn)的DistFlow公式進(jìn)行簡化和疊加， 得：
[0023]
[0024] 若假定系統(tǒng)在1\時(shí)刻和下一時(shí)刻T i+1間的變化分解成兩階段先后完成：第一階 段，假設(shè)節(jié)點(diǎn)N及其所有下游節(jié)點(diǎn)的注入功率不變，僅考慮節(jié)點(diǎn)N所有上游節(jié)點(diǎn)注入功率的 變化量，并設(shè)節(jié)點(diǎn)N-1和節(jié)點(diǎn)N的電壓分別為，有：
[0025]
[0026] 第二階段，假設(shè)節(jié)點(diǎn)N所有上游節(jié)點(diǎn)的注入功率不變，僅考慮節(jié)點(diǎn)N及其所有下游 節(jié)點(diǎn)注入功率的變化量。由于上游注入功率恒定不變，有AP 1= AP2=…=AP#P AQi =AQ2 =…=AQN。因此，由公式⑷可得：
[0027]
[0028] APN，AQN*別表示下一時(shí)間節(jié)點(diǎn)T i+1與當(dāng)前時(shí)刻T ,相比的上游支路流入下游節(jié) 點(diǎn)N的有功、無功功率變化量。
[0029] 步驟1)所述的用局部信息對任意節(jié)點(diǎn)在下一時(shí)刻的電壓進(jìn)行估算，是在對輻射 狀電網(wǎng)任意節(jié)點(diǎn)的電壓靈敏度進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，假設(shè)饋線首端節(jié)點(diǎn)電壓％不變，T i+1時(shí)刻 節(jié)點(diǎn)N處電壓表示為：
[0033] 式中，#，成，思，01，4和成v分別表示凡時(shí)刻P N，QN，PLN，QLN，PCN和Q CN 的值；洽1，，哈1和級;'分別表示Ti+1時(shí)刻P LN，QLN，PGN和Q GN的值；A P N+1，A QN+1分別 表示下一時(shí)間節(jié)點(diǎn)Ti+1與當(dāng)前時(shí)刻T ,相比的上游支路流入下游節(jié)點(diǎn)N+l的有功、無功功率 變化量。
[0034] 步驟2)所述的目標(biāo)函數(shù)中的成本由兩部分組成：一部分是分布式電源功率調(diào)整 的成本，而另一部分是電壓成本，具體表示為：
[0035]
[0036] 式中，d為電壓約束可調(diào)參數(shù)，G和均為電壓標(biāo)么值，別為分 布式電源有功和無功功率的最大輸出值；△ P〇^P △ Q M分別為T時(shí)刻負(fù)荷有功和無功功率 的變化量；MP和M u分別為有功功率的上網(wǎng)電價(jià)和電價(jià)，M jP M w分別為無功功率的上網(wǎng)電 價(jià)和電價(jià)。
[0037] 所述的分布式電源功率調(diào)整的成本，是針對電壓越限問題，代理的控制措施包括 調(diào)節(jié)分布式電源出力和調(diào)節(jié)負(fù)荷，代理的兩種控制方式有分布式電源控制和負(fù)荷控制，其 中，所述的分布式電源控制包括采用調(diào)節(jié)PeN，對應(yīng)成本為C(Pffl) = ，以及調(diào) 節(jié)Q?，對應(yīng)成本為C(Qffl) = ;所述的負(fù)荷控制包括采用調(diào)節(jié)對應(yīng)成本為 C ( A PM) = MlP ? A PM，以及調(diào)節(jié)心，對應(yīng)成本為 C ( A QlN) = Mw ? AQm。
[0038] 所述的電壓成本是為避免出現(xiàn)電壓越界的情況而人為制定的成本，所述的電壓成 本計(jì)算公式如下：
[0039] C(V) = [d ? (1-V)]10 (10)
[0040]其中，
[0041]
[0042] 式中，V為節(jié)點(diǎn)電壓標(biāo)么值，可調(diào)變量d的取值由控制電壓邊界值Vb_toy和上網(wǎng)電 價(jià)M共同決定。
[0043] 所述的步驟3)包括如下過程：
[0044] (1)任意節(jié)點(diǎn)N所對應(yīng)的代理N根據(jù)步驟2)中的目標(biāo)函數(shù)形成成本列表，成本列 表包括節(jié)點(diǎn)N所有可能產(chǎn)生的離散的運(yùn)行狀態(tài)及所述運(yùn)行狀態(tài)對應(yīng)的成本，隨后，代理N在 成本列表中搜尋成本最小的運(yùn)行狀態(tài)，并形成控制信息：
[0045]
[0046]
[0047] 式中，廣.Af分別指節(jié)點(diǎn)N成本最小的運(yùn)行狀態(tài)對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)N-1的電壓、節(jié) 點(diǎn)N+1的有功變化量、節(jié)點(diǎn)N+1的無功變化量。C:為對應(yīng)的電壓成本，C:為 對應(yīng)的功率成本之和；
[0048] 為運(yùn)行在成本最小的狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)N需要節(jié)點(diǎn)N-1給予電壓配合以及節(jié)點(diǎn)N+1給 予功率配合，因此代理N將形成的控制信息，分別發(fā)送給代理N-1和代理N+1，并從代理N-1 和代理N+1中能使節(jié)點(diǎn)N成本最小的運(yùn)行狀態(tài)的成本中扣除相應(yīng)的電壓成本仏或功率成 本之和，使得扣除電壓成本C:或功率成本之和Ck后的運(yùn)行狀態(tài)成本降低。
[0049] (2)在代理N發(fā)送控制信息的同時(shí)，也會(huì)接收到來自代理N-1和代理N+1的控制信 息，代理N根據(jù)接收到的控制信息，更新節(jié)點(diǎn)N的成本列表，隨后，重復(fù)過程1)和過程2)，直 到所有的節(jié)點(diǎn)都運(yùn)行在成本最小的運(yùn)行狀態(tài)；
[0050] (3)各個(gè)代理根據(jù)所有的節(jié)點(diǎn)都運(yùn)行在成本最小的運(yùn)行狀態(tài)的結(jié)果對所控