一種計及運行成本的主動配電網(wǎng)電壓潮流聯(lián)合控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種主動配電網(wǎng)安全運行及預(yù)防控制方法。特別是涉及一種計及運行 成本的主動配電網(wǎng)電壓潮流聯(lián)合控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨近年來隨著各種新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，電動汽車等新型負荷的推廣，分布式 電源（DistributedGeneration，DG)及新型柔性負荷在配電網(wǎng)的滲透率不斷提高。分布式 能源的隨機性及不可預(yù)測性，為配電網(wǎng)的運行與控制提出新的挑戰(zhàn)，其中，電壓波動，雙向 潮流問題尤為突出。
[0003] 現(xiàn)階段，已有的配網(wǎng)控制管理系統(tǒng)無法完全適應(yīng)上述變化，只能采取就地消納和 局部控制相結(jié)合的方式被動地接納DG。如：若DER所發(fā)電力過剩，系統(tǒng)只能降低或切斷 DER出力來平衡本地負載，DER無法參與配電網(wǎng)的最優(yōu)潮流運行；當配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，DER 將退出運行或采用孤島運行，無法與配電自動化實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制；各個MG之間獨立運行，缺 乏協(xié)調(diào)，對配電網(wǎng)經(jīng)濟運行和安全性提升效果有限，使得MG自身優(yōu)勢難以充分發(fā)揮；需求 側(cè)響應(yīng)以及智能量測體系（AdvanceMeteringInfrastructure,AMI)，由于缺乏有效的綜 合控制決策系統(tǒng)而難以參與配電網(wǎng)的優(yōu)化運行。一些配電網(wǎng)運營商不得不采用"lastin firstoff"的手段，即根據(jù)DER并網(wǎng)時間的先后來硬性控制DER的運行狀態(tài)。
[0004] 隨著配電管理和配電自動化系統(tǒng)的不斷完善，使得配電網(wǎng)具有了主動性的特征。 主動配電網(wǎng)（ActiveDistributionNetwork，ADN)是一種新型的、區(qū)別于微網(wǎng)的大規(guī)模分 布式電源接入配電網(wǎng)的方式，一方面可以協(xié)調(diào)控制包括分布式電源、儲能裝置、可控負荷、 需求側(cè)管理等在內(nèi)的多種分布式能源，加大配電網(wǎng)對可再生能源的接納能力，提升配電網(wǎng) 的資產(chǎn)利用率；另一方面可以滿足更加高級的配電自動化應(yīng)用，可以動態(tài)選擇經(jīng)濟、可靠的 運行方式、拓撲結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出比傳統(tǒng)的配電網(wǎng)更加靈活的運行特征。2010年CIGRE提出了 將主動配電網(wǎng)作為未來配網(wǎng)發(fā)展的主要技術(shù)方向之一。主動配電網(wǎng)的定義是由CIGRE的 C6. 11工作組提出的，ADN既可以實現(xiàn)對DG、柔性負載和儲能等分布式可控資源的主動控 制，又可以利用靈活的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)潮流的有效管理，并在合理的監(jiān)管和接入準則基 礎(chǔ)上，使DG對配電系統(tǒng)提供一定的支撐作用。
[0005] 近年來，歐盟提出將自動化、通信以及先進的電力電子等技術(shù)引入到配電網(wǎng)的主 動管理（ActiveDistributionNetworkManagement，ADM)之中，主導(dǎo)了ADM相關(guān)不范工程 [曾博，劉念，張玉瑩，等.促進間歇性分布式電源高效利用的主動配電網(wǎng)雙層場景規(guī)劃方 法[刀.電工技術(shù)學(xué)報，2013,28(9):155-163];美國在主動配電網(wǎng)及其相關(guān)領(lǐng)域也開展了 大量的研究工作；在我國由國網(wǎng)公司牽頭實施的國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）"主 動配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究及示范"也正在開展針對主動配電網(wǎng)條件下的協(xié)同優(yōu)化調(diào)度、交互 控制技術(shù)等方面的研究。
[0006] 電壓的穩(wěn)定對配電網(wǎng)優(yōu)化運行，消納間歇性能源起到主導(dǎo)作用。利用主動配電網(wǎng) 的主動性可對不斷變化的配電網(wǎng)運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控及控制，以給出當前運行方式下配 電網(wǎng)最優(yōu)運行狀態(tài)，在到達配網(wǎng)電壓運行限制時采取相應(yīng)的控制措施，及時調(diào)整運行方式， 可以極大的提高網(wǎng)絡(luò)運行的安全性，具有重要現(xiàn)實意義。
[0007] 線路潮流約束是限制分布式電源滲透率的主要因素之一，也是配電網(wǎng)運營商亟待 解決的問題。主動潮流約束旨在主動管理網(wǎng)絡(luò)可控資源的同時保證潮流約束在限制范圍 內(nèi)，確保線路和設(shè)備的安全運行。
[0008] 國內(nèi)外已開展大量針對配電網(wǎng)電壓潮流控制方法的研究工作：Vovos博士等人分 別驗證了集中式電壓控制和分布式電壓控制下DG的滲透率。其中，集中式電壓控制根據(jù)量 測系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)進行狀態(tài)估計，然后應(yīng)用最優(yōu)潮流（optimalpowerflow, 0PF)對DG進行綜 合調(diào)度。而分布式電壓控制應(yīng)用自動電壓調(diào)整設(shè)備（automaticvoltageregulator,AVR) 結(jié)合分布式電源功率因數(shù)調(diào)節(jié)來對電壓進行控制。在兩種控制方法下，DG的接入率都有明 顯的提高。Hird博士等人提出了一種控制AVC繼電器的電壓控制方法。該方法已經(jīng)成功的 應(yīng)用于英國的33/llkV變電站。該控制方法包含一個狀態(tài)估計模塊和一個控制器。狀態(tài)估 計模塊應(yīng)用加權(quán)最小二乘法和牛頓-拉夫遜法計算網(wǎng)絡(luò)上每個節(jié)點的電壓期望值和標準 偏差?？刂破鲃t將計算出的電壓值與限值進行比對，如果存在電壓超限現(xiàn)象，控制器則會通 過調(diào)整AVC的目標電壓來控制0LTC的分頭位置。Bignucolo博士等人于2008年提出了一種 配電管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制器（distributionmanagementsystemcoordinatedcontroller. DMSCC)。這種控制方法是將0LTC控制與無功優(yōu)化管理相協(xié)調(diào)。另外，DMSCC在控制電壓的 同時盡量減少對DG有功輸出的削減。同樣，DMSCC也具備一個狀態(tài)估計模塊，用于加強控 制器的效率和前瞻性[10]。Zhou和Bialek教授于2007年提出了一種電壓敏感因子的算 法，用于存在多個DG的1lkV配電網(wǎng)的電壓控制中。這種算法通過削減一個或多個DG的有 功輸出來實現(xiàn)電壓控制，而DG有功輸出削減的多少，以及哪個DG的有功將會削減，則是由 敏感因子決定的。敏感因子是以DG輸出最大化和網(wǎng)絡(luò)損耗最小化為優(yōu)化目標，并隨著網(wǎng)絡(luò) 運行狀態(tài)的變化而實時變化。
[0009] 然而，未來大規(guī)模的分布式電源將接入配電網(wǎng)，當前的配電網(wǎng)電壓潮流控制方法 具有以下不足：
[0010] 1、無論是正常運行狀態(tài)下還是緊急狀態(tài)下的電壓潮流控制往往是被動的，無法對 系統(tǒng)運行安全性情況起到充分的預(yù)警作用，不符合當今主動配電網(wǎng)的發(fā)展需求；
[0011] 2、當前的配電網(wǎng)電壓潮流控制目標單一，無法充分計及配電網(wǎng)運行時大量外部不 確定因素，進而引發(fā)系統(tǒng)運行中的潛在安全性隱患；
[0012] 3、當前配電網(wǎng)多針對電壓和潮流其中一個問題設(shè)計控制系統(tǒng)，忽略線路潮流約束 和節(jié)點電壓約束之間的相互耦合，及控制策略之間的相互影響；
[0013] 4、當前的配電網(wǎng)電壓潮流控制多采用以損耗最小或分布式電源接入率最高為目 標函數(shù)，忽略了配電網(wǎng)運營商對運行成本的考慮。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014] 針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種計及運行成本的主動配 電網(wǎng)電壓潮流聯(lián)合控制，對配電網(wǎng)電壓潮流進行主動控制，為在含多個分布式電源的配電 網(wǎng)中實現(xiàn)電壓潮流聯(lián)合控制提供方法。
[0015] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0016] -種計及運行成本的主動配電網(wǎng)電壓潮流聯(lián)合控制，其特征在于，包括如下步 驟：
[0017] 1)首先通過對比量測值與節(jié)點電壓與線路潮流限值監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點電壓以及 線路潮流以識別系統(tǒng)電壓、潮流越限問題；
[0018] 2)構(gòu)造適用于主動配電網(wǎng)電壓控制的案例庫，并通過離線的系統(tǒng)仿真方式或在線 反饋方式建立所述案例庫；
[0019] 3)當系統(tǒng)識別到配電網(wǎng)中任一母線電壓超過界限時，采用案例推理（CBR)中的最 近鄰法對案例庫進行檢索，檢索出相似度最高的N個電壓控制方法，所述的N為大于1的整 數(shù)；
[0020] 4)當系統(tǒng)識別到配電網(wǎng)中任一線路潮流超過限值時，采用約束滿足（CS)算法計 算潮流約束策略；
[0021] 5)根據(jù)所測得的配電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)對當前網(wǎng)絡(luò)情況進行仿真，并進行潮流計算，將 檢索到的N個電壓控制方法或潮流約束方法依次驗證，選取能成功通過在線驗證的且相似 度最高的電壓或潮流控制方法；
[0022] 6)根據(jù)成本計算方法分別計算各個控制策略的運行成本，包括電壓成本以及分 布式電源（DG)出力調(diào)整成本，將成本最低的控制方法應(yīng)用于配電網(wǎng)實時仿真系統(tǒng)中，形成 閉環(huán)控制；
[0023] 7)將成功應(yīng)用于配電網(wǎng)實時仿真系統(tǒng)中的電壓控制方法，作為新的案例寫入案例 庫中，對未能通過在線驗證的電壓控制方法降低相似度系數(shù)，通過自學(xué)習(xí)的過程，不斷訓(xùn)練 案例庫，形成更貼近調(diào)度運行實際的案例庫。
[0024] 步驟2)所述的適用于主動配電網(wǎng)電壓控制的案例庫，是建立適用于任何電壓等 級和拓撲結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)絡(luò)，案例庫遵循IEC61850的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并能夠直接與IED進行通訊 和信息交互。
[0025] 步驟2)所述的離線的系統(tǒng)仿真方式是通過0PF仿真模塊中建立不同的目標函數(shù) 來計算出相應(yīng)的電壓控制方法。
[0026] 步驟7)所述的在線反饋方式是將調(diào)度中心的實際控制方式加入到案例庫中，形 成更貼近調(diào)度運行實際情況的控制策略案例庫。
[0027] 步驟3)所述的最近鄰法對案例庫進行檢索是：
[0028] 每個參數(shù)的相似度因子應(yīng)用下述公式計算：
[0029]
[0030] 而案例的整體相似度因子則表示為各個參數(shù)相似度因子的總和：
[0031](2)
[0032] 其中，SJPS
。分別表示單個參數(shù)的相似度因子和案例整體的相似度因子；|V 表示某一參數(shù)案例庫中數(shù)值與當前實際案例數(shù)值差的絕對值；R表示某一參數(shù)數(shù)值范圍；N 表示案例中參數(shù)的個數(shù)；而表示根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定的加權(quán)因子，根據(jù)離線系統(tǒng)仿真和調(diào)度中 心專家系統(tǒng)的經(jīng)驗，DG的功率輸出，變壓器分頭位置以及靠近DG連接點母線的電壓值等都 是CBR系統(tǒng)中的重要參數(shù)，因此系統(tǒng)給予相對高的加權(quán)因子，取值范圍為[0.98,1]之間。
[0033] 采用步驟4)所述的約束滿足（CS)的配電網(wǎng)主動潮流管理方法是多約束問題求解 的常用方法，通常由一個變量集合X，對應(yīng)于各個變量的值域D以及一組約束條件C組成：
[0034] PCSP= (X,Dcontrol,C) (3)
[0035] 其中變量集合X為有限變量集合，包括可控DG及負荷的定值：
[0036] X- {XDGlJXDG2j....