CN103151802B - 多时间尺度的主动配电网dg协调控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多时间尺度的主动配电网DG协调控制系统，其根据主动配电网最优目标函数求解长时间尺度下各控制子区域的局部优化目标和各分布式发电单元的最优出力，在优化运行的基础上，根据子控制区域自治控制最优目标函数实现区域内部各DG的实时协调控制。本发明实现对接入主动配电网的分布式能源全局优化与局部自治相协调使得网络处于更加优化的运行状态，对分布式能源的利用也更多；同时也考虑了不同时间尺度的影响，增强了系统运行的经济性以及优化运行的鲁棒性，更利于分布式能源的推广应用。

Description

多时间尺度的主动配电网DG协调控制系统及方法

技术领域

本发明涉及智能配电网领域对于主动配电网分布式发电的协调控制，本发明提出一种应用于主动配电网的多时间尺度DG协调控制系统及方法。

背景技术

主动配电网以其灵活、兼容以及优化等特性，是未来智能配电网实现对大量接入的分布式发电单元（DG，Distributed Generation）进行主动管理的有效解决方案。但是DG参与配网调度运行的需求以及可再生能源发电的间歇性和不确定性给主动配电网的DG协调控制带来了极大的挑战。

目前，对于接入电网的DG的控制技术主要集中在两个方面：

（1）单一DG的并网控制技术，包括DG的PQ解耦控制、PV控制以及Droop控制，这些技术都是针对单一DG的并网控制，且不受配网调度的约束；

（2）微网控制技术，从系统性的角度出发，将分布式发电、负荷、储能装置以及控制装置等结合，形成一个单一可控的单元，同时向用户提供电能和热能。但是微网控制也存在一定的局限性，首先表现在其整体单一可控性，整个微网控制区域必须处于相对集中的范围，其次微网控制更加强调控制区域内部的自治，没有与电网进行优化协调。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种多时间尺度的主动配电网DG协调控制系统，包括：

主动配电网全局最优控制子系统，面向整个主动配电网，用于在长时间尺度下对接入主动配电网的所有可调度分布式发电单元实现全局优化控制，确保主动配电网运行的经济性；

主动配电网区域自治控制子系统,面向主动配电网的控制子区域，用于在短时间尺度下，实时协调控制所述控制子区域内的各个DG，以缓解负荷扰动及环境变化造成对长时间尺度下主动配电网DG全局优化控制的偏差。

所述主动配电网全局最优控制子系统通过长时间尺度下对整体的主动配电网进行优化运行计算，得出每个DG的最优经济调度策略以及各个控制子区域与主干线的功率交换局部目标值实现对接入主动配电网的所有可调度分布式发电单元的全局优化控制。

所述每个DG的最优经济调度策略以及各个控制子区域与主干线的功率交换局部目标值是基于最优潮流算法得到的；其中，所述最优经济调度策略的目标是尽可能提高分布式能源的利用率并且尽可能降低分布式能源的发电成本。

所述最优经济调度策略的目标通过一目标函数表示，所述目标函数为：

f(x)＝P_feeder+k×C_der

其中，P_feeder表示的是变电站馈线出口有功功率，C_der表示的是馈线上所有分布式能源的综合发电成本，其计算公式为P_i表示第i个分布式电源的有功出力，C_i表示第i个分布式能源的单位有功出力成本，k用以调节目标函数中两个目标的相对权重。

所述主动配电网区域自治控制子系统的最优目标函数为：

k_i×ΔP_feeder+ΔP_area-i＝0

其中，ΔP_feeder表示馈线与变电站的功率交换偏差，ΔP_area-i表示自治区域与馈线的功率交换偏差，k_i是区域i参与的功率协调系数。

本发明还提供了一种多时间尺度的主动配电网DG协调控制方法，包括以下步骤：

建立一个长时间尺度下的主动配电网，将该主动配电网划分为多个短时间尺度的控制子区域；

为所述主动配电网建立一个主动配电网最优目标函数，并根据该最优目标函数求出主动配电网的各分布式发电单元的最优控制方式；

建立一个子控制区域自治控制最优目标函数，所述子控制区域通过对其内各DG的自治控制使其始终满足所述子控制区域自治控制最优目标函数。

较佳地，将该主动配电网划分为多个控制子区域的方式包括：将主干线上的每条分支线路划分为一个独立的控制子区域或将主干线上同一节点上的所有DG组成一个独立的控制子区域。

较佳地，所述主动配电网最优目标函数以提高分布式能源的利用率并且尽可能降低分布式能源的发电成本为目标得到的。

较佳地，所述主动配电网最优目标函数为：

f(x)＝P_feeder+k×C_der

其中P_feeder表示的是变电站馈线出口有功功率，C_der表示的是馈线上所有分布式能源的综合发电成本，其计算公式为P_i表示第i个分布式电源的有功出力，C_i表示第i个分布式能源的单位有功出力成本，k用以调节目标函数中两个目标的相对权重。

较佳地，所述主动配电网的分布式能源不向上一级供电变电站倒送功率，即C_i不为负值。

较佳地，所述子控制区域自治控制最优目标函数为k_i×ΔP_feeder+ΔP_area-i＝0，式中ΔP_feeder表示馈线与变电站的功率交换偏差，ΔP_area-i表示自治区域与馈线的功率交换偏差，k_i是区域i参与的功率协调系数。

较佳地，其实现了短时间尺度下的各控制子区域内DG的实时闭环控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明实现对接入主动配电网的分布式能源全局优化与局部自治相协调使得网络处于更加优化的运行状态，对分布式能源的利用也更多；

2、本发明考虑了不同时间尺度的影响，增强了系统运行的经济性以及优化运行的鲁棒性；

3、本发明对于分布式发电单元的协调控制，使得网络对于分布式能源更加开放，更利于分布式能源的推广应用。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1是本发明的考虑多时间尺度的主动配电网DG协调控制框架示意图；

图2是主动配电网子控制区域划分示意图；

图3是主动配电网区域自治控制示意图。

具体实施方式

下方结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

本发明提供了本发明提供了一种多时间尺度的主动配电网DG协调控制系统，包括：

主动配电网全局最优控制子系统，面向整个主动配电网，用于在长时间尺度下对接入主动配电网的所有可调度分布式发电单元实现全局优化控制，确保主动配电网运行的经济性；

主动配电网区域自治控制子系统,面向主动配电网的控制子区域，用于在短时间尺度下，实时协调控制所述控制子区域内的各个DG，以缓解负荷扰动及环境变化造成对长时间尺度下主动配电网DG全局优化控制的偏差。

其中，所述主动配电网全局最优控制子系统通过长时间尺度下对整体的主动配电网进行优化运行计算，得出每个DG的最优经济调度策略以及各个控制子区域与主干线的功率交换局部目标值实现对接入主动配电网的所有可调度分布式发电单元的全局优化控制。

所述每个DG的最优经济调度策略以及各个控制子区域与主干线的功率交换局部目标值是基于最优潮流算法得到的；其中，所述最优经济调度策略的目标是尽可能提高分布式能源的利用率并且尽可能降低分布式能源的发电成本。

所述最优经济调度策略的目标通过一目标函数表示，所述目标函数为：

f(x)＝P_feeder+k×C_der

其中，P_feeder表示的是变电站馈线出口有功功率，C_der表示的是馈线上所有分布式能源的综合发电成本，其计算公式为P_i表示第i个分布式电源的有功出力，C_i表示第i个分布式能源的单位有功出力成本，k用以调节目标函数中两个目标的相对权重。

较佳地，所述主动配电网区域自治控制子系统的最优目标函数为：

k_i×ΔP_feeder+ΔP_area-i＝0

其中，ΔP_feeder表示馈线与变电站的功率交换偏差，ΔP_area-i表示自治区域与馈线的功率交换偏差，k_i是区域i参与的功率协调系数。

实现对接入主动配电网的所有可调度分布式发电单元的全局优化控制。

本发明还提供了一种多时间尺度的主动配电网DG协调控制方法，该方法通过基于最优化理论的最优潮流算法(OPF)求解长时间尺度下各控制子区域的局部优化目标和各分布式发电单元的最优出力，在优化运行的基础上，根据控制子区域自治控制方式实现区域内部各DG的实时协调控制，以提升优化控制的鲁棒性。

具体方法如下：

S1：对主动配电网网络进行拓扑分析，根据拓扑分析结果以及子控制区域划分原则，确定主动配电网的子控制区域，如图2所示，其中主动配电网子控制区域划分原则如下：

（1）主干线上的每条分支线路划分为一个独立的自治区域；

（2）主干线上同一节点上的所有DG组成一个独立的自治区域。

S2：基于最优潮流(OPF)算法，如图1所示，求解主动配电网各DG的最优调度方式并确定各子控制区域与主干网络的功率交换局部目标，该最优调度方式的目标是尽可能提高分布式能源的利用率并且尽可能降低分布式能源的发电成本，其目标函数如下式所示：

f(x)＝P_feeder+k×C_der    (1)

上式中：

P_feeder表示的是变电站馈线出口有功功率，就是馈线与上级电网的有功交换功率，其值反映了主动配电网对分布式能源的利用率，其值越小说明馈线与上级电网的功率交换越小，说明对于馈线接入的分布式能源的利用效率越高；C_der表示的是馈线上所有分布式电源的综合发电成本，其计算公式可由下式(2)表示：

$C_{\mathrm{der}}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P_i}^{*}{C}_i---\left(2\right)$

式(2)中P_i表示第i个分布式电源的有功出力，C_i表示第i个分布式电源的单位有功出力成本，k用以调节目标函数中两个目标的相对权重。由于可再生能源发电有相关政策补贴，可再生能源（如光伏或风力发电）单位有功出力成本较其他分布式发电单元（燃气轮机或储能电池）要低，C_der值能反映分布式发电中对于可再生能源的利用比例，其值越小说明分布式发电中可再生能源的利用比例越高。

S3：基于长时间尺度下的主动配电网子控制区域的局部目标以及实时的实际功率交换，根据子控制区域自治控制方式实现子控制区域内各DG的实时闭环协调控制，子控制区域的自治控制方式如下式：

k_i×ΔP_feeder+ΔP_area-i＝0    (3)

如图3所示，上式中ΔP_feeder表示馈线与变电站的功率交换偏差（实际值与目标值的差值，以流入馈线为正方向），用ΔP_area-i表示自治区域与馈线的功率交换偏差(实际值与目标值的差值，以流入区域方向为正)，k_i是区域i参与的功率协调系数。由式(3)可以分析得出，每个自治区域根据式(3)的准则来调整各自区域的功率交换值以实时响应由于运行环境变化引起的全局目标（馈线与变电站的功率交换）偏差，显然对于馈线上所有的自治区域来说必须满足式上式中n是馈线上自治区域的个数。k_i表示的是自治区域i的功率协调系数。

初始时刻t₀系统运行在全局最优状态，此时对于馈线而言ΔP_feeder＝0，对于各自治区域i而言ΔP_area-i＝0；当系统在t₀+Δt发生扰动，假设某负荷节点K发生负荷突变ΔP>0，此时为了满足功率平衡系统实际向馈线输送的功率P_feeder将大于计划值，引起ΔP_feeder>0。根据区域自治控制方式，各自治区域开始按一定比例增大各自区域内的DG出力，使得区域与馈线的实际交换功率变小，最终使得式（3）成立，从而达到新的平衡状态，此时馈线与变电站的功率交换值变化量将小于负荷的突变量，使其更加趋近于全局优化目标。反之，当负荷需求忽然变小时，其调节过程类似，最终都将满足式（3）以达到新的平衡点。

总的来说，本发明提出的考虑多时间尺度的主动配电网DG协调控制框架及方法，通过长时间尺度下基于最优潮流的全局优化控制可以实现主动配电网稳定运行在一个优化的状态，以最大化利用配网的分布式能源，尤其是绿色可再生能源；短时间尺度下基于区域功率交换偏差的自治控制可以实现系统在优化运行点受到扰动的情况下，各自治区域根据自身的运行状态能快速响应，自我调节，使得系统在新的稳定运行点更加趋近于全局优化目标，增强了系统优化运行的鲁棒性。

本发明采用了以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明实现对接入主动配电网的分布式发电全局优化与局部自治相协调使得网络处于更加优化的运行状态，对分布式能源的利用也更多。

2、本发明考虑了不同时间尺度的影响，增强了系统运行的经济性以及优化运行的鲁棒性。

3、本发明对于分布式发电单元的协调控制，使得网络对于分布式能源更加开放，更利于分布式能源的推广应用。

综上所述，本发明使用长时间尺度下的主动配电网DG全局优化控制方式与短时间尺度下的子控制区域自治协调控制相结合，实现对于主动配电网各DG在完整时间范围内的闭环协调控制，并保证系统运行的经济性与鲁棒性，实现主动配电网对于DG的自趋优协调控制。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (3)

1.一种多时间尺度的主动配电网DG协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立一个长时间尺度下的主动配电网，将该主动配电网划分为多个短时间尺度的控制子区域；

为所述主动配电网建立一个主动配电网最优目标函数，并根据该最优目标函数求出主动配电网的各分布式发电单元的最优控制方式；所述主动配电网最优目标函数是以提高分布式能源的利用率并且降低分布式能源的发电成本为目标得到的；所述主动配电网最优目标函数为：

f(x)＝P_feeder+k×C_der

其中P_feeder表示的是变电站馈线出口有功功率，C_der表示的是馈线上所有分布式能源的综合发电成本，其计算公式为P_i表示第i个分布式电源的有功出力，C_i表示第i个分布式能源的单位有功出力成本，k用以调节目标函数中两个目标的相对权重；

建立一个子控制区域自治控制最优目标函数，所述子控制区域通过对其内各DG的自治控制使其始终满足所述子控制区域自治控制最优目标函数；所述子控制区域自治控制最优目标函数为k_i×ΔP_feeder+ΔP_area-i＝0，式中ΔP_feeder表示馈线与变电站的功率交换偏差，ΔP_area-i表示自治区域与馈线的功率交换偏差，k_i是区域i参与的功率协调系数。

2.如权利要求1所述的一种多时间尺度的主动配电网DG协调控制方法，其特征在于，将该主动配电网划分为多个控制子区域的方式包括：将主干线上的每条分支线路划分为一个独立的控制子区域或将主干线上同一节点上的所有DG组成一个独立的控制子区域。

3.如权利要求1所述的一种多时间尺度的主动配电网DG协调控制方法，其特征在于，所述主动配电网的分布式能源不向上一级供电变电站倒送功率，即C_i为非负值。