一種主動配電網(wǎng)全分布式自律經濟調度方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運行和控制技術領域，特別涉及一種主動配電網(wǎng)全分布式自 律經濟調度方法。
【背景技術】
[0002] 大規(guī)模分布式電源的接入給配電網(wǎng)運行帶來深刻變化，使得傳統(tǒng)的配電網(wǎng)成為主 動配電網(wǎng)。它的組成結構如圖1所示，黑色豎線為母線（在計算中也稱為節(jié)點，圖中共顯示 了i、j、k、l四個節(jié)點），三個白色長方形代表線路的阻抗，箭頭代表凈注入功率。傳統(tǒng)集中 式的配電能量管理系統(tǒng)，利用實時控制和通信系統(tǒng)，采集所有線路的阻抗等系統(tǒng)參數(shù)，通過 對所有節(jié)點的凈注入功率進行調度與控制，從而實現(xiàn)對配電網(wǎng)中的設備進行集中式的管理 與控制，但隨著大規(guī)模分布式電源的接入，這樣的管理系統(tǒng)，將面臨如下挑戰(zhàn)：
[0003] (1)海量信息問題：分布式發(fā)電及其網(wǎng)絡規(guī)模巨大，極有可能造成通信擁塞和信 息處理瓶頸；
[0004] (2)可維護問題：配電網(wǎng)設備眾多，異動頻繁，控制中心難以實時地維護整個電網(wǎng) 的全局模型；
[0005] (3)隱私性問題：不同控制區(qū)可能隸屬于不同的運營主體，由于商業(yè)機密，控制中 心難以采集各控制區(qū)的所有信息。
[0006] 上述挑戰(zhàn)都將促使集中式的經濟調度方式變革為全分布式架構，決策機制由單一 模式變革為自治模式。全分布式架構不需要協(xié)調層來對各區(qū)域進行集中管理協(xié)調，各區(qū)域 完全自治，可以并行計算本區(qū)域的子問題，并與相鄰區(qū)域交互邊界信息，即可獲得全局最優(yōu) 的控制效果。
【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種主動配電網(wǎng)全分布式自律 經濟調度方法，采用本發(fā)明提出的方法所進行的配電網(wǎng)經濟調度，能夠很好地保護各子區(qū) 域的數(shù)據(jù)隱私，各區(qū)域之間只需交互極少量信息，即可協(xié)同獲得全局經濟效益最高的控制 策略，具有很高的敏捷性與自愈性。
[0008] 本發(fā)明提出的一種主動配電網(wǎng)全分布式自律經濟調度方法，其特征在于，該方法 包括以下步驟：
[0009] 1)對主動配電網(wǎng)，建立由目標函數(shù)和約束條件組成的配電網(wǎng)最優(yōu)潮流模型：
[0010] 該模型的目標函數(shù)為最小化總發(fā)電成本，如式（1):
[0011]
【主權項】
1. 一種主動配電網(wǎng)全分布式自律經濟調度方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 1)對主動配電網(wǎng)，建立由目標函數(shù)和約束條件組成的配電網(wǎng)最優(yōu)潮流模型： 該模型的目標函數(shù)為最小化總發(fā)電成本，如式（1):
(1) 其中，i為主動配電網(wǎng)的任意一個節(jié)點，Ci是節(jié)點i的發(fā)電機成本函數(shù)，PM是節(jié)點i的 發(fā)電機有功功率，Pe，Qe分別是所有發(fā)電機有待實時控制的有功、無功功率所組成的向量，G 為主動配電網(wǎng)掛有發(fā)電機的節(jié)點所組成的集合； 約束條件包括： 對于節(jié)點j的有功功率平衡約束，如式（2):
(2) 其中，ij為主動配電網(wǎng)的兩個節(jié)點i、j組成的任意一個支路是支路ij的有功功 率，PU1()SS是支路ij的有功損耗，Pi是節(jié)點i的凈注入有功功率，？0?&1(^4均為優(yōu)化變 量；i:i-j表示節(jié)點j的父節(jié)點，k:j-k表示節(jié)點j的子節(jié)點； 對于節(jié)點j的無功功率平衡約束，如式（3):
(3) 其中，Qij是支路ij的無功功率，Qij，1()SS是支路ij的無功損耗，Qi是節(jié)點i的凈注入無 功功率； 支路ij的有功損耗的約束，如式（4):
(4) 其中，Pu，分別是支路ij的有功、無功功率，Vi是節(jié)點i的電壓幅值，ru為支路ij的電阻值，e為主動配電網(wǎng)的支路集； 支路ij的無功損耗的約束，如式（5):
(5) 其中，為支路ij的電抗值； 士日4^書占由ffR容的的古f/n才仏.
(6) 凈注入有功功率的約束，如式（7):
(7) 其中，PDi是11 ~u是節(jié)點i的發(fā)電機有功功率； 凈注入無功功率的約束，如式（8):
(8) 其中，QDi是節(jié)點i的負荷無功功率，Qei是節(jié)點i的發(fā)電機無功功率： 支路ij的有功功率傳輸極限約束，如式（9): V(iJ)e￡ (9) 其中，是支路ij的有功功率的下界與上界； 支路ij的無功功率傳輸極限約束，如式（10): V(zJ)e^ (1〇) 其中，込及是支路ij的無功功率的下界與上界； 節(jié)點i的發(fā)電機有功功率輸出極限約束，如式（11):
(11) 其中，是節(jié)點i處的發(fā)電機輸出的有功功率下界與上界； 節(jié)點i的發(fā)電機無功功率輸出極限約束，如式（12):
(12) 其中，％，么是節(jié)點i處的發(fā)電機輸出的無功功率下界與上界； 節(jié)點i的電壓安全約束，如式（13):
(13) 其中，是節(jié)點i處的安全電壓的下界與上界； 2) 建立由目標函數(shù)和約束組成的考慮有功損耗的配電網(wǎng)經濟調度模型： 該目標函數(shù)為最小化總發(fā)電成本如式（1); 約束條件包括：⑵、（3)、（5) - (13)及（14); 并消去配電網(wǎng)最優(yōu)潮流模型中與無功功率、電壓幅值相關的變量；
對式（4)的支路ij的有功損耗的約| vv(心)^在潮流基態(tài)點丨 處進行泰勒展開，取一階近似，得到取一階1」m有功損耗的約束如式（14): = [(^ )2 + 2/j(^ -^ ) + (S； )2] / (^ )2xK；,V(/J)e￡ (14) 其中，分別為潮流基態(tài)點處的支路ij的有功功率、無功功率以及節(jié)點i的電壓 幅值； 3) 把饋線分成若干個控制區(qū)，一個控制區(qū)可以是一條或若干條母線和掛接在上面的分 布式發(fā)電機；采用變量分裂法，將考慮有功損耗的配電網(wǎng)經濟調度模型等價轉換為多區(qū)域 配電網(wǎng)經濟調度模型： 該模型的目標函數(shù)為最小化總發(fā)電成本，即各區(qū)域發(fā)電成本之和：
(15) 其中，A為區(qū)域下標，C是區(qū)域A節(jié)點i的發(fā)電機有功功率，0為區(qū)域A掛有發(fā)電機的 節(jié)點所組成的集合； 約束條件包括： 區(qū)域A節(jié)點j的有功功率平衡約束，如式（16): CN104617577A _權利要求書_ _3/4 頁
(16) 式中，< 是區(qū)域A支路ij的有功功率，是區(qū)域A支路ij的有功損耗； 區(qū)域A支路ij的有功功率損耗約束，如式（17):
(17) 其中，分別為區(qū)域A在潮流基態(tài)點處的支路ij的有功功率、無功功率以及節(jié) 點i的電壓幅值，C為區(qū)域A支路ij的電阻值，AA是與區(qū)域A相鄰的區(qū)域集，r〃是區(qū)域 A和區(qū)域B之間的聯(lián)絡線集合，eA為區(qū)域A的支路集； 區(qū)域A節(jié)點i的凈注入有功功率約束，如式（18):
(18) 其中，#是區(qū)域A節(jié)點i的凈注入有功功率，以是區(qū)域A節(jié)點i的負荷有功功率， 為區(qū)域A的節(jié)點集； 區(qū)域A支路ij的有功功率傳輸極限約束，如式（19): (19) 其中，C7 _是區(qū)域A支路ij的有功功率的下界與上界； 區(qū)域A節(jié)點i的發(fā)電機有功功率輸出極限約束，如式（20): V/ec?1 (20) 其中，矻是節(jié)點i處的發(fā)電機輸出的有功功率下界與上界，為設備參數(shù)； 區(qū)域A支路ij的聯(lián)絡線有功功率與全局的支路有功功率一致的約束，如式（21): VA,VBe&AMiJ)erA-B (21) 其中，為全局的支路ij的聯(lián)絡線有功功率； 4) 根據(jù)多區(qū)域配電網(wǎng)經濟調度模型，建立增廣拉格朗日函數(shù)，如式（23): \yA\,\A：\^\) = ^{^€^04,)+E -P")^i.P：-P")：li = ^：) A ieQA V5eA^ ^ A (23) 其中^/為約束^^心^^^"呢如^所對應的拉格朗日乘子一^礦是交替方向 乘子法中的罰因子； 5) 采用交替方向乘子法，進行迭代運算：令迭代下標k= 0,為區(qū)域A節(jié)點j定義輔助變 量#W= 給定交替方向乘子法的收斂標準eGR+，令各區(qū)域輔助變量#w={)， 具體迭代過程包括： 5-1)每個控制區(qū)求解各自區(qū)域的無功優(yōu)化子問題，如式（24):
5-2)每個控制區(qū)利用與鄰居的通信，交換邊界處聯(lián)絡線功率的信息，然后更新各自輔 助變量，如式（25):
(25) 5-3)判斷交替方向乘子法是否收斂： 計算殘差向量如下： ft+1 ：=\P，!(k+1) +1) |V^,V5 eFA-B} (26) 若I|pk+1l12彡e，則k: =k+1，返回5-1);否則，說明交替方向乘子法已收斂，轉步驟 6)； 6)求得全局經濟效益最優(yōu)的本地發(fā)電機輸出的有功功率忠，該有功功率作為配電網(wǎng)的 調度指令，直接下發(fā)到各發(fā)電機處執(zhí)行。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種主動配電網(wǎng)全分布式自律經濟調度方法，屬于電力系統(tǒng)運行和控制技術領域。該方法具體實施步驟為：建立考慮網(wǎng)損的配電網(wǎng)經濟調度模型；把饋線分成若干個控制區(qū)，一個控制區(qū)可以是一條或若干條母線和掛接在上面的分布式發(fā)電機；每個控制區(qū)利用與鄰居的通信，采用交替方向乘子法，求得全局經濟效益最優(yōu)的本地發(fā)電機輸出的有功功率。本發(fā)明適用于大規(guī)模分布式電源并網(wǎng)后的主動配電網(wǎng)和微電網(wǎng)的經濟調度，能夠很好地保護控制區(qū)的數(shù)據(jù)隱私，該控制方法具有很高的敏捷性與靈活性。
【IPC分類】H02J3-00
【公開號】CN104617577
【申請?zhí)枴緾N201510070544
【發(fā)明人】吳文傳, 張伯明, 孫宏斌, 鄭偉業(yè), 郭慶來, 王彬
【申請人】清華大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月10日