CN104377826A - 一种主动配电网控制策略及方法 - Google Patents

Abstract

一种主动配电网控制策略及方法，包括以下步骤：S1：初始化各个线路及分布式电源信息；S2：t＝0，进行初始潮流计算准备；S3：比较P、Q变化，判断是否有负荷变化；S4：正常运行，不做调整；S5：系统一次调节；S6：系统二次调节；S7：频率控制；S8：电压控制；S9：调整有功、无功出力，调节偏移量；S10：准备新一轮潮流计算。本发明只需要局部信息的通信便可达到全局的最优化，提高了控制效率，降低了控制成本；通过主动配电网分层控制，能够更加全面、有效、快捷地校验保护的逻辑与功能，充分发挥控制和保护的作用，确保电网的安全可靠运行，本发明大大节约了调试的人力和物力，降低了的生产成本，便于今后产业化及推广使用。

Description

一种主动配电网控制策略及方法

技术领域

本发明涉及电力系统主动配电网的应用领域，尤其涉及一种主动配电网控制策略及方法。

背景技术

主动配电网(Active distribution network，ADN)是由微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统。它对于大电网表现为一个单一可控的单元，可实现对负荷多种能源形式的高可靠供给。而主动配电网的特点主要有两个：一是含有本地发电装置，多为容量较小的分布式电源，分布式电源(Distributed Generation Resource，DGR)通常指主要利用可再生新能源且发电功率为几kW至50MW小型模块式、与环境兼容的独立电源，可以满足电力系统和用户特定要求。二是主动配电网是可控的，主动配电网的功能是将电源和用户需求有效连接起来，允许双方共同决定如何最好地实时运行。要达到这一要求，控制水平要远高于传统配电网的水平。

主动配电网系统可将多种类型的分布式发电单元组合在一起，有效发挥单一能源系统的优点，实现多种能源互补，提高整个微电网系统的效率、能源利用率和供电可靠性。主动配电网接入大电网并网运行，不仅可以充分利用主动配电网内部的绿色可再生能源，还可以提高整个电网的安全性，是中国建成智能电网的重要环节。同时，主动配电网系统是解决偏远地区和海岛供电的有效手段之一。

围绕主动配电网系统的优化配置，国内外很多学者已开展了一系列的研究，提出各种运行控制策略和优化规划方法。主动配电网运行控制策略可分为固定策略和优化策略，固定策略以事先拟定的优先级制定系统运行规则，优化策略则根据相应目标函数求解系统最优运行规则。在美国国家新能源实验室(NERL)和美国电力科学研究院(EPRI)合作开发的两款仿真软件Hybrid2和HOMER中，提出十几种独立微电网系统和主动配电网固定运行策略，包括平滑功率策略(traditional power smoothing，TPS)、硬充电策略(hard cycle charge，HCC)等，较为全面地概括了独立微电网系统和主动配电网固定策略控制模式。国内文献《主动配电网技术及其进展》研究了主动配电网的定义及其特征，分析了主动配电网的研究现状及其关键技术，包括：含间歇式可再生能源及储能装置的主动配电网综合规划技术、基于配电网主动机制的分布自治与全局优化相结合的协调控制技术、功率及能量灵活可调的主动配电网全局优化能量管理技术以及主动配电网多目标经济性评估等。文献《主动配电网优化调度策略研究》提出了一种考虑主动配电网特性以及分布式能源特性的优化调度模型，该模型以一个完整调度周期的运行成本最低为目标函数，以可控分布式能源以及联络开关作为控制手段，考虑不同时段电价以及联络开关调整对于运行成本的影响，并确保储能系统在整个调度周期的能量守恒以及容量约束。文献《主动配电网计划孤岛与日前调度方法研究》围绕分布式电源及微电网在不同渗透率下对输配电网网损影响、正常运行时主动配电网对分布式电源和微电网的日前优化调度方法、配电网故障隔离后利用分布式电源和微电网进行恢复供电的计划孤岛划分调度模型等问题进行了研究。文献《主动配电网还是有源配电网》提出主动配电网引起了电力业界以及社会的广泛关注，成为电力技术研究的热点。目前文献虽然对主动配电网的分布式电源容量优化模型、电网配置和有源配电网具体结构进行了研究，但大量分布式电源的接入对配电网的控制与运行产生严重影响，分布式电源自身表现出的间歇性和随机性的特点使得这些电源仅仅依靠自身的调节能力很难满足负荷的功率平衡，尤其是在负荷突变的情况下，分布式电源出力无法响应这种变化，需要其他的电源或者储能装置来配合以提供支持和备用；多数的分布式电源需要通过电力电子接口并入配电网，容易影响用户的供电质量，外界的干扰可能会导致频率和电压的不同步，从而拖垮整个系统。因此，配电网控制策略的研究对配电网以及主网的安全性、稳定性和可靠性具有重要意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种主动配电网控制策略及方法，包括以下步骤：

S1：初始化各个线路及分布式电源信息

将主动配电网在通信网络上分层，将通信拓扑网络分为主通信网络以及子通信网络；(这样就解决了分布式电源不断增加给配电网的规划带来的问题；)将配电网原有分布式电源组成的网络作为主通信网络，将在主网络中分布式电源及其附近新增的电源作为子网络；主通信网络与子通信网络通过他们所共有的电源进行信息交换，称该电源称为子通信网络接入点，设置子通信网络接入点上的电源为子通信网络的主电源；令子通信网络接入点并是主通信网络的主电源；(因此子通信网络接入点具有两种特性：(1)主通信网络的从电源；(2)子通信网络的主电源；本发明所述主动配电网中所有分布式电源分类如下表1；

表1分布式电源分类)

分类	分布式电源
		第1类	主通信网络的主电源
第2类	主通信网络的从电源，但不属于任何子通信网络
		第3类	主通信网络的从电源，也是某个子通信网络的主电源
第4类	某个子通信网络的从电源

S2：t＝0，进行初始潮流计算准备

(为最大程度提高主动配电网的通信网络的有效性以及分布式控制的鲁棒性，)保证通信网络能满足“N-1”规则，即：当有一条通信通道或者一个微电源出现故障时，余下的通信网络依然满足所述主通信网络以及子通信网络，连接该轨道的首尾顶点形成一个n阶圈，那么任一通信通道或者电源出现故障时，网络拓扑均满足控制要求；在t＝0，对各个线路及分布式电源进行初始潮流计算准备；

S3：比较P、Q变化，判断是否有负荷变化

比较有功P和无功Q有无变化，判断系统有功和无功的分配是否需要调整；

S4：正常运行，不做调整

若负荷没有变化，即系统中有功P和无功Q不变，此时系统正常运行不做调整，转步骤S10；

S5：系统一次调节

采用三次调频来控制平衡，一次调频是通过频率的偏差来实现负荷与发电机出力的平衡，(它的响应速度极快，通过调速系统自动反应完成)；二次调频是在允许调节偏差下实时跟踪频率，(以满足系统频率稳定的要求，弥补了一次调频下垂控制的偏差，并且能够对联络线功率进行监视和调整)；三次调频是分为频率控制和电压控制，协调各发电厂之间的负荷经济分配，(从而达到电力系统经济稳定运行；)

(主动配电网的一次调节是利用微电源的下垂特性，就地进行控制，不需要通信，具有很高的实时性；与传统电力系统不同，基于逆变器的分布式电源没有调速器，因此，)一次调节中的下垂特性是通过分布式电源内部的控制回路来实现的；

S6：系统二次调节

基于下垂特性的一次调节使得配电网的频率和电压幅值与额定值出现了偏差，为了提高微电网的电能质量，需要进行二次控制，将系统的频率和电压幅值维持在正常范围内；

S7：频率控制

频率控制使得各个分布式电源频率以及有功出力比例趋于最优化；由于对网络的分层处理，对各个分布式电源的控制也要根据节点类型不同分别设置控制信息；

在步骤S1中所述主动配电网含有n个分布式电源，用无向图G_n＝{V_n,E_n}表示；其中一个子网络含有m个分布式电源，采用G_m＝{V_m,E_m}表示；

第1类节点也就是主网络的主节点，它的容量一般会相对比较大，监控着网络的有功功率偏差ΔP_Σ；当负荷发生变化时，主节点会检测到有功功率产生了偏差，一致性频率控制策略就会相应地启动；控制信息如下式：

$\mathrm{\Δ}{p}_1\left(t\right)=\frac{\mathrm{kp}\×\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{\Σ}}\left(t\right)}{P_{\mathrm{\Σ}}}$

p₁(t)＝p₁(t-t_d)+Δp₁(t)

其中，Δp₁(t)为t时刻控制信息的变化量；kp为控制系数；P_Σ为整个系统的可以提供的有功功率最大值；p₁(t)为t时刻的控制信息，表示此时有功功率输出比例；p₁(t-t_d)为前一时刻的控制信息；t_d为时间间隔；

为了达到频率的一致性，频率变化的控制信息和频率标准值与实时频率差值有关，那么控制信息下式：

Δw₁(t)＝kw×(ω_ref-ω₁(t))

w₁(t)＝w₁(t-t_d)+Δw₁(t)

其中，Δw₁(t)为t时刻控制信息变化量，kw为频率控制系数，ω_ref为频率标准值，ω₁(t)为实时频率值，w₁(t)为t时刻控制信息，w₁(t-t_d)为上一时刻控制信息，t_d为控制时间间隔；

可以得到下垂曲线的平移量Δω_n的控制信息为：

Δω_n1(t)＝Δw₁(t)+n_p×Δp₁(t)

第2类和第3类节点的控制方法完全相同，但第2类节点的控制信息主要是用来调节自身状态以适应系统的要求，而第3类节点的控制信息不仅是调节自身的信号，还用来将主微电源发出的控制信息传递到子网络中；

有功功率和频率的控制变化量如下：

$\mathrm{\Δ}{p}_i\left(t\right)={\mathrm{kp}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(p_j(t-t_d)-p_i(t-t_d))+c_{i1}(p_1(t-t_d)-p_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,n$

p_i(t)＝p_i(t-t_d)+Δp_i(t),i＝2,3,...,n

$\mathrm{\Δ}{w}_i\left(t\right)={\mathrm{kw}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(w_j(t-t_d)-w_i(t-t_d))+c_{i1}(w_1(t-t_d)-w_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,n$

w_i(t)＝w_i(t-t_d)+Δw_i(t),i＝2,3,...,n

其中，c_ij表示第i个分布式电源和第j个分布式电源之间的通信联系；如果第i个电源和第j个电源之间可以通信，那么c_ij＝1，否则c_ij＝0；此外，如果第i个电源可以与主电源，那么c_i1＝1，否则c_i1＝1；c_ii＝1适合于任意一个电源，表示所有的电源都能从自己得到信息；

随着时间而变化的通信系数用一个完全通信拓扑矩阵来表示：

上式的矩阵为一个稀疏矩阵，必然会有一些点之间没有联系，这些点之间的通信系数都会是0，矩阵也就是一个稀疏矩阵；同时，该矩阵还是一个时变的矩阵，因为两个电源之间的联系并不是不变的，由于某种原因在某些时刻，两个电源之间的通信会发生中断等故障，考虑时变的通信系数矩阵有利于在故障状态下对系统进行分析；

得到下垂曲线的平移量Δω_n的控制信息为：

Δω_ni(t)＝Δw_i(t)+n_p×Δp_i(t),i＝2,3,...,n

第4类节点的控制方法与第2类、第3类相同，实现的是自网络中从分布式电源自身状态的调节；以含有m个节点的一个子网络G_m为例，它的控制信息如下所示：

$\mathrm{\Δ}{p}_i\left(t\right)={\mathrm{kp}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(p_j(t-t_d)-p_i(t-t_d))+c_{i1}(p_1(t-t_d)-p_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,m$

p_i(t)＝p_i(t-t_d)+Δp_i(t),i＝2,3,...,m

$\mathrm{\Δ}{w}_i\left(t\right)={\mathrm{kw}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(w_j(t-t_d)-w_i(t-t_d))+c_{i1}(w_1(t-t_d)-w_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,m$

w_i(t)＝w_i(t-t_d)+Δw_i(t),i＝2,3,...,m

Δω_ni(t)＝Δw_i(t)+n_p×Δp_i(t) i＝2,3,...,m

S8：电压控制

电压控制策略使得各个分布式电源电压以及无功出力比例趋于相同和最优化；同样对各个电源的控制也要根据节点类型不同分别设置控制信息；

第1类节点也就是主网络的主节点，监控网络的无功功率偏差ΔQ_Σ；当负荷发生变化时，主节点会检测到无功功率产生了偏差，一致性电压控制策略就会相应地启动；控制信息表示如下：

$\mathrm{\Δ}{q}_1\left(t\right)=\frac{\mathrm{kp}\×\mathrm{\Δ}{Q}_{\mathrm{\Σ}}\left(t\right)}{Q_{\mathrm{\Σ}}}$

q₁(t)＝q₁(t-t_d)+Δq₁(t)

其中，Δq₁(t)为t时刻控制信息的变化量；kq为控制系数；Q_Σ为整个系统的可以提供的有无功功率最大值；q₁(t)为t时刻的控制信息，表示此时无功功率输出比例；q₁(t-t_d)为前一时刻的控制信息；t_d为时间间隔；

为了达到电压的一致性，电压变化的控制信息和电压标准值与实时电压差值有关；那么控制信息可表示如下：

Δv₁(t)＝kv×(V_ref-V₁(t))

v₁(t)＝v₁(t-t_d)+Δv₁(t)

其中，Δv₁(t)为t时刻控制信息变化量；kv为电压控制系数；V_ref为电压标准值；V₁(t)为实时电压幅值；v₁(t)为t时刻控制信息；v₁(t-t_d)为上一时刻控制信息；t_d为控制时间间隔；

得到下垂曲线的平移量ΔV_n的控制信息为：

ΔV_n1(t)＝Δv₁(t)+n_Q×Δq₁(t)

同样的，第2类和第3类节点的控制方法完全相同；

无功功率和电压的控制变化量如下：

$\mathrm{\Δ}{q}_i\left(t\right)={\mathrm{kq}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(q_j(t-t_d)-q_i(t-t_d))+c_{i1}(q_1(t-t_d)-q_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,n$

q_i(t)＝q_i(t-t_d)+Δq_i(t),i＝2,3,...,n

$\mathrm{\Δ}{v}_i\left(t\right)={\mathrm{kv}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(v_j(t-t_d)-v_i(t-t_d))+c_{i1}(v_1(t-t_d)-v_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,n$

v_i(t)＝v_i(t-t_d)+Δv_i(t),i＝2,3,...,n

得到下垂曲线的平移量ΔV_n的控制信息为：

ΔV_ni(t)＝Δv_i(t)+n_Q×Δq_i(t),i＝2,3,...,n

第4类节点的控制方法与第2类、第3类相同；以含有m个节点的一个子网络G_m为例，它的控制信息如下所示：

$\mathrm{\Δ}{q}_i\left(t\right)={\mathrm{kq}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(q_j(t-t_d)-q_i(t-t_d))+c_{i1}(q_1(t-t_d)-q_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,m$

q_i(t)＝q_i(t-t_d)+Δq_i(t),i＝2,3,...,m

$\mathrm{\Δ}{v}_i\left(t\right)={\mathrm{kv}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(v_j(t-t_d)-v_i(t-t_d))+c_{i1}(v_1(t-t_d)-v_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,m$

v_i(t)＝v_i(t-t_d)+Δv_i(t),i＝2,3,...,m

ΔV_ni(t)＝Δv_i(t)+n_Q×Δq_i(t),i＝2,3,...,m

S9：调整有功、无功出力，调节偏移量

根据测量到的数据形成控制信息，按照各个电源的容量调整有功和无功出力，调节下垂特性偏移量；并由显示器输出计算结果；

S10：准备新一轮潮流计算

最后重新进行潮流计算，进入下一个循环，新一轮时间按t＝t+1表示；转步骤S3。

本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1.本发明提出的主动配电网控制策略及方法，可实现主动配电网系统的分布式电源的综合优化，以及分布式电源间的最优化协调控制及出力。所述模型和控制策略，可将连续的不确定状态及其概率分布规律转变成多个离散的确定性状态来处理，使主动配电网控制和调节方法更为科学；

2.相比于其它方法，本发明的有点在于只需要局部信息的通信便可达到全局的最优化，提高了控制效率，降低了控制成本；

3.通过主动配电网分层控制，能够更加全面、有效、快捷地校验保护的逻辑与功能，充分发挥控制和保护的作用，确保电网的安全可靠运行，本发明大大节约了调试的人力和物力，降低了的生产成本，便于今后产业化及推广使用。

附图说明

图1是本发明的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种主动配电网控制策略及方法，包括以下步骤：

在主动配电网中，分布式电源间信息交换都是双向的，因此本发明可用一个无向图G_n＝{V,E}来表示连接分布式电源之间的通信网络，其中n为微电源的个数，V是图中顶点的集合(每一个顶点代表一个微电源)，E是边的集合。

S1：初始化各个线路及分布式电源信息

本发明将主动配电网在通信网络上分层，将通信拓扑网络分为主通信网络以及子通信网络，这样就解决了分布式电源不断增加给配电网的规划带来的问题。将配电网原有分布式电源组成的网络作为主通信网络，将在主网络中分布式电源及其附近新增的电源作为子网络。主通信网络与子通信网络可以通过他们所共有的电源进行信息交换，称该电源称为子通信网络接入点，设置子通信网络接入点上的电源为子通信网络的主电源。令子通信网络接入点并是主通信网络的主电源，因此子通信网络接入点具有两种特性：(1)主通信网络的从电源；(2)子通信网络的主电源。本发明所述主动配电网中所有分布式电源分类如下表1。

表1分布式电源分类

分类	分布式电源
		第1类	主通信网络的主电源
第2类	主通信网络的从电源，但不属于任何子通信网络
		第3类	主通信网络的从电源，也是某个子通信网络的主电源
第4类	某个子通信网络的从电源

S2：t＝0，进行初始潮流计算准备

为最大程度提高主动配电网的通信网络的有效性以及分布式控制的鲁棒性，使通信网络能满足“N-1”规则，即：当有一条通信通道或者一个微电源出现故障时，余下的通信网络依然满足所述主通信网络以及子通信网络，连接该轨道的首尾顶点形成一个n阶圈，那么任一通信通道或者电源出现故障时，网络拓扑均满足控制要求。在t＝0，对各个线路及分布式电源进行初始潮流计算准备

S3：比较P、Q变化，判断是否有负荷变化

比较有功P和无功Q有无变化，判断系统有功和无功的分配是否需要调整。

S4：正常运行，不做调整

若负荷没有变化，即系统中有功P和无功Q不变，此时系统正常运行不做调整，转步骤S10。

S5：系统一次调节

本发明采用三次调频来控制平衡，一次调频是通过频率的偏差来实现负荷与发电机出力的平衡，它的响应速度极快，通过调速系统自动反应完成。二次调频是在允许调节偏差下实时跟踪频率，以满足系统频率稳定的要求，弥补了一次调频下垂控制的偏差，并且能够对联络线功率进行监视和调整。三次调频是分为频率控制和电压控制，协调各发电厂之间的负荷经济分配，从而达到电力系统经济稳定运行。

主动配电网的一次调节是利用微电源的下垂特性，就地进行控制，不需要通信，具有很高的实时性。与传统电力系统不同，基于逆变器的分布式电源没有调速器，因此，一次调节中的下垂特性是通过分布式电源内部的控制回路来实现的，频率和有功功率、电压和无功功率之间的关系如式(1)和(2)所示。

v_mag＝v_n-n_QQ  (1)

ω＝ω_n-m_pP  (2)

其中，v_mag和ω是由以此控制得到的分布式电源的电压幅值和频率值，P和Q是在微电源上测到的有功、无功功率大小，m_p和n_Q是基于分布式电源有功、无功功率额定值挑选的下垂特性回归参数，v_n和ω_n是一次控制参考值。

S6：系统二次调节

基于下垂特性的一次调节使得配电网的频率和电压幅值与额定值出现了偏差，为了提高微电网的电能质量，需要进行二次控制，将系统的频率和电压幅值维持在正常范围内。

采用平移下垂曲线的方法来实现对配电网的二次控制，经过平移后的频率和有功功率、电压和无功功率之间的关系如式(5)和(6)所示：

v_mag＝v_n+Δv_n-n_QQ  (5)

ω＝ω_n+Δω_n-m_pP  (6)

其中，Δv_n和Δω_n是下垂曲线的平移量，具体如式(7)和(8)所示：

Δv_n＝K_PE(v_ref-v)+K_IE∫(v_ref-v)dt  (7)

Δω_n＝K_Pω(ω_ref-ω)+K_Iω∫(ω_ref-ω)dt  (8)

S7：频率控制

频率控制使得各个分布式电源频率以及有功出力比例趋于最优化。由于对网络的分层处理，对各个分布式电源的控制也要根据节点类型不同分别设置控制信息。

在步骤S1中所述主动配电网含有n个分布式电源，用无向图G_n＝{V_n,E_n}表示；其中一个子网络含有m个分布式电源，可以用G_m＝{V_m,E_m}表示。

第1类节点也就是主网络的主节点，它的容量一般会相对比较大，监控着网络的有功功率偏差ΔP_Σ。当负荷发生变化时，主节点会检测到有功功率产生了偏差，一致性频率控制策略就会相应地启动。控制信息如式(9)和(10)：

$\mathrm{\Δ}{p}_1\left(t\right)=\frac{\mathrm{kp}\×\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{\Σ}}\left(t\right)}{P_{\mathrm{\Σ}}}---\left(9\right)$

p₁(t)＝p₁(t-t_d)+Δp₁(t)  (10)

其中，Δp₁(t)为t时刻控制信息的变化量；kp为控制系数；P_Σ为整个系统的可以提供的有功功率最大值；p₁(t)为t时刻的控制信息，表示此时有功功率输出比例；p₁(t-t_d)为前一时刻的控制信息；t_d为时间间隔。

为了达到频率的一致性，频率变化的控制信息和频率标准值与实时频率差值有关。那么控制信息如式(11)和(12)：

Δw₁(t)＝kw×(ω_ref-ω₁(t))  (11)

w₁(t)＝w₁(t-t_d)+Δw₁(t)  (12)

其中，Δw₁(t)为t时刻控制信息变化量，kw为频率控制系数，ω_ref为频率标准值，ω₁(t)为实时频率值，w₁(t)为t时刻控制信息，w₁(t-t_d)为上一时刻控制信息，t_d为控制时间间隔。

由公式(6)可以得到下垂曲线的平移量Δω_n的控制信息为：

Δω_n1(t)＝Δw₁(t)+n_p×Δp₁(t)  (13)

第2类和第3类节点的控制方法完全相同，但第2类节点的控制信息主要是用来调节自身状态以适应系统的要求，而第3类节点的控制信息不仅是调节自身的信号，还用来将主微电源发出的控制信息传递到子网络中。

有功功率和频率的控制变化量如下：

$\mathrm{\Δ}{p}_i\left(t\right)={\mathrm{kp}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(p_j(t-t_d)-p_i(t-t_d))+c_{i1}(p_1(t-t_d)-p_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,n---\left(14\right)$

p_i(t)＝p_i(t-t_d)+Δp_i(t),i＝2,3,...,n  (15)

$\mathrm{\Δ}{w}_i\left(t\right)={\mathrm{kw}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(w_j(t-t_d)-w_i(t-t_d))+c_{i1}(w_1(t-t_d)-w_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,n---\left(16\right)$

w_i(t)＝w_i(t-t_d)+Δw_i(t),i＝2,3,...,n  (17)

其中，c_ij表示第i个分布式电源和第j个分布式电源之间的通信联系；如果第i个电源和第j个电源之间可以通信，那么c_ij＝1，否则c_ij＝0；此外，如果第i个电源可以与主电源，那么c_i1＝1，否则c_i1＝1；c_ii＝1适合于任意一个电源，表示所有的电源都能从自己得到信息。

随着时间而变化的通信系数可以用一个完全通信拓扑矩阵式(18)来表示：

式(18)的矩阵为一个稀疏矩阵，必然会有一些点之间没有联系，这些点之间的通信系数都会是0，矩阵也就是一个稀疏矩阵。同时，该矩阵还是一个时变的矩阵，因为两个电源之间的联系并不是不变的，由于某种原因在某些时刻，两个电源之间的通信会发生中断等故障，考虑时变的通信系数矩阵有利于在故障状态下对系统进行分析。

由公式(6)可以得到下垂曲线的平移量Δω_n的控制信息为式(19)：

Δω_ni(t)＝Δw_i(t)+n_p×Δp_i(t),i＝2,3,...,n  (19)

第4类节点的控制方法与第2类、第3类相同，实现的是自网络中从分布式电源自身状态的调节。以含有m个节点的一个子网络G_m为例，它的控制信息如公式(20)、(21)、(22)、(23)、(24)所示：

$\mathrm{\Δ}{p}_i\left(t\right)={\mathrm{kp}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(p_j(t-t_d)-p_i(t-t_d))+c_{i1}(p_1(t-t_d)-p_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,m---\left(20\right)$

p_i(t)＝p_i(t-t_d)+Δp_i(t),i＝2,3,...,m  (21)

$\mathrm{\Δ}{w}_i\left(t\right)={\mathrm{kw}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(w_j(t-t_d)-w_i(t-t_d))+c_{i1}(w_1(t-t_d)-w_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,m---\left(22\right)$

w_i(t)＝w_i(t-t_d)+Δw_i(t),i＝2,3,...,m  (23)

Δω_ni(t)＝Δw_i(t)+n_p×Δp_i(t) i＝2,3,...,m  (24)

S8：电压控制

电压控制策略使得各个分布式电源电压以及无功出力比例趋于相同和最优化。同样对各个电源的控制也要根据节点类型不同分别设置控制信息。

第1类节点也就是主网络的主节点，监控网络的无功功率偏差ΔQ_Σ。当负荷发生变化时，主节点会检测到无功功率产生了偏差，一致性电压控制策略就会相应地启动。控制信息表示如式(25)和(26)：

$\mathrm{\Δ}{q}_1\left(t\right)=\frac{\mathrm{kp}\×\mathrm{\Δ}{Q}_{\mathrm{\Σ}}\left(t\right)}{Q_{\mathrm{\Σ}}}---\left(25\right)$

q₁(t)＝q₁(t-t_d)+Δq₁(t)  (26)

其中，Δq₁(t)为t时刻控制信息的变化量；kq为控制系数；Q_Σ为整个系统的可以提供的有无功功率最大值；q₁(t)为t时刻的控制信息，表示此时无功功率输出比例；q₁(t-t_d)为前一时刻的控制信息；t_d为时间间隔。

为了达到电压的一致性，电压变化的控制信息和电压标准值与实时电压差值有关。那么控制信息可表示如式(27)和(28)：

Δv₁(t)＝kv×(V_ref-V₁(t))  (27)

v₁(t)＝v₁(t-t_d)+Δv₁(t)  (28)

其中，Δv₁(t)为t时刻控制信息变化量；kv为电压控制系数；V_ref为电压标准值；V₁(t)为实时电压幅值；v₁(t)为t时刻控制信息；v₁(t-t_d)为上一时刻控制信息；t_d为控制时间间隔。

根据式(6)可以得到下垂曲线的平移量ΔV_n的控制信息为：

ΔV_n1(t)＝Δv₁(t)+n_Q×Δq₁(t)  (29)

同样的，第2类和第3类节点的控制方法完全相同。

无功功率和电压的控制变化量如下：

$\mathrm{\Δ}{q}_i\left(t\right)={\mathrm{kq}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(q_j(t-t_d)-q_i(t-t_d))+c_{i1}(q_1(t-t_d)-q_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,n---\left(30\right)$

q_i(t)＝q_i(t-t_d)+Δq_i(t),i＝2,3,...,n  (31)

$\mathrm{\Δ}{v}_i\left(t\right)={\mathrm{kv}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(v_j(t-t_d)-v_i(t-t_d))+c_{i1}(v_1(t-t_d)-v_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,n---\left(32\right)$

v_i(t)＝v_i(t-t_d)+Δv_i(t),i＝2,3,...,n  (33)

根据公式(6)可以得到下垂曲线的平移量ΔV_n的控制信息为：

ΔV_ni(t)＝Δv_i(t)+n_Q×Δq_i(t),i＝2,3,...,n  (34)

第4类节点的控制方法与第2类、第3类相同。以含有m个节点的一个子网络G_m为例，它的控制信息如公式(35)、(36)、(37)、(38)和(39)所示：

$\mathrm{\Δ}{q}_i\left(t\right)={\mathrm{kq}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(q_j(t-t_d)-q_i(t-t_d))+c_{i1}(q_1(t-t_d)-q_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,m---\left(35\right)$

q_i(t)＝q_i(t-t_d)+Δq_i(t),i＝2,3,...,m  (36)

$\mathrm{\Δ}{v}_i\left(t\right)={\mathrm{kv}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(v_j(t-t_d)-v_i(t-t_d))+c_{i1}(v_1(t-t_d)-v_i(t-t_d))),i=\mathrm{2,3},...,m---\left(37\right)$

v_i(t)＝v_i(t-t_d)+Δv_i(t),i＝2,3,...,m  (38)

ΔV_ni(t)＝Δv_i(t)+n_Q×Δq_i(t),i＝2,3,...,m  (39)

S9：调整有功、无功出力，调节偏移量

根据测量到的数据形成控制信息，按照各个电源的容量调整有功和无功出力，调节下垂特性偏移量；并由显示器输出计算结果

S10：准备新一轮潮流计算

最后重新进行潮流计算，进入下一个循环，新一轮时间按t＝t+1表示。转步骤S3。

新一轮循环计算方法相同：主网络的主电源的控制信息是通过监测整个网络实时潮流状态及电压频率信息，结合前一时刻网络状态，经过公式(9-13)和公式(25-29)计算而来；第2类和第3类电源的控制信息是由前一状态的控制信息，结合相邻微电源通信的信息，经过公式(14-19)和公式(30-34)计算而来；第4类电源的控制信息是由前一状态的控制信息，结合相邻电源通信的信息，经过公式(20-24)和公式(35-39)计算而来。

Claims (1)

1.一种主动配电网控制策略及方法，其特征是，包括以下步骤：

S1：初始化各个线路及分布式电源信息

将主动配电网在通信网络上分层，将通信拓扑网络分为主通信网络以及子通信网络；将配电网原有分布式电源组成的网络作为主通信网络，将在主网络中分布式电源及其附近新增的电源作为子网络；主通信网络与子通信网络通过他们所共有的电源进行信息交换，称该电源称为子通信网络接入点，设置子通信网络接入点上的电源为子通信网络的主电源；令子通信网络接入点并是主通信网络的主电源；

S2：t＝0，进行初始潮流计算准备

保证通信网络能满足“N-1”规则，即：当有一条通信通道或者一个微电源出现故障时，余下的通信网络依然满足所述主通信网络以及子通信网络，连接该轨道的首尾顶点形成一个n阶圈，那么任一通信通道或者电源出现故障时，网络拓扑均满足控制要求；在t＝0，对各个线路及分布式电源进行初始潮流计算准备；

S3：比较P、Q变化，判断是否有负荷变化

比较有功P和无功Q有无变化，判断系统有功和无功的分配是否需要调整；

S4：正常运行，不做调整

若负荷没有变化，即系统中有功P和无功Q不变，此时系统正常运行不做调整，转步骤S10；

S5：系统一次调节

采用三次调频来控制平衡，一次调频是通过频率的偏差来实现负荷与发电机出力的平衡；二次调频是在允许调节偏差下实时跟踪频率，三次调频是分为频率控制和电压控制，协调各发电厂之间的负荷经济分配；一次调节中的下垂特性是通过分布式电源内部的控制回路来实现的；

S6：系统二次调节

基于下垂特性的一次调节使得配电网的频率和电压幅值与额定值出现了偏差，为了提高微电网的电能质量，需要进行二次控制，将系统的频率和电压幅值维持在正常范围内；

S7：频率控制

频率控制使得各个分布式电源频率以及有功出力比例趋于最优化；由于对网络的分层处理，对各个分布式电源的控制也要根据节点类型不同分别设置控制信息；

在步骤S1中所述主动配电网含有n个分布式电源，用无向图G_n＝{V_n,E_n}表示；其中一个子网络含有m个分布式电源，采用G_m＝{V_m,E_m}表示；

第1类节点也就是主网络的主节点，监控着网络的有功功率偏差ΔP_Σ；当负荷发生变化时，主节点会检测到有功功率产生了偏差，一致性频率控制策略就会相应地启动；控制信息如下式：

$\mathrm{\Δ}{p}_1\left(t\right)=\frac{\mathrm{kp}\×\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{\Σ}}\left(t\right)}{P_{\mathrm{\Σ}}}$

p₁(t)＝p₁(t-t_d)+Δp₁(t)

其中，Δp₁(t)为t时刻控制信息的变化量；kp为控制系数；P_Σ为整个系统的可以提供的有功功率最大值；p₁(t)为t时刻的控制信息，表示此时有功功率输出比例；p₁(t-t_d)为前一时刻的控制信息；t_d为时间间隔；

为了达到频率的一致性，频率变化的控制信息和频率标准值与实时频率差值有关，那么控制信息下式：

Δw₁(t)＝kw×(ω_ref-ω₁(t))

w₁(t)＝w₁(t-t_d)+Δw₁(t)

其中，Δw₁(t)为t时刻控制信息变化量，kw为频率控制系数，ω_ref为频率标准值，ω₁(t)为实时频率值，w₁(t)为t时刻控制信息，w₁(t-t_d)为上一时刻控制信息，t_d为控制时间间隔；

得到下垂曲线的平移量Δω_n的控制信息为：

Δω_n1(t)＝Δw₁(t)+n_p×Δp₁(t)

第2类和第3类节点的控制方法完全相同，但第2类节点的控制信息是用来调节自身状态以适应系统的要求，而第3类节点的控制信息不仅是调节自身的信号，还用来将主微电源发出的控制信息传递到子网络中；

有功功率和频率的控制变化量如下：

$\mathrm{\Δ}{p}_i\left(t\right)={\mathrm{kp}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(p_j(t-t_d)-p_i(t-t_d))+c_{i1}(p_1(t-t_d)-p_i(t-t_d)))$ i＝2,3,...,n

p_i(t)＝p_i(t-t_d)+Δp_i(t),i＝2,3,...,n

$\mathrm{\Δ}{w}_i\left(t\right)={\mathrm{kw}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(w_j(t-t_d)-w_i(t-t_d))+c_{i1}(w_1(t-t_d)-w_i(t-t_d)))$ i＝2,3,...,n

w_i(t)＝w_i(t-t_d)+Δw_i(t),i＝2,3,...,n

其中，c_ij表示第i个分布式电源和第j个分布式电源之间的通信联系；如果第i个电源和第j个电源之间可以通信，那么c_ij＝1，否则c_ij＝0；此外，如果第i个电源可以与主电源，那么c_i1＝1，否则c_i1＝1；c_ii＝1适合于任意一个电源，表示所有的电源都能从自己得到信息；

随着时间而变化的通信系数用一个完全通信拓扑矩阵来表示：

上式的矩阵为一个稀疏矩阵，必然会有一些点之间没有联系，这些点之间的通信系数都会是0，矩阵也就是一个稀疏矩阵；同时，该矩阵还是一个时变的矩阵，因为两个电源之间的联系并不是不变的，由于某种原因在某些时刻，两个电源之间的通信会发生中断故障，考虑时变的通信系数矩阵有利于在故障状态下对系统进行分析；

得到下垂曲线的平移量Δω_n的控制信息为：

Δω_ni(t)＝Δw_i(t)+n_p×Δp_i(t),i＝2,3,...,n

第4类节点的控制方法与第2类、第3类相同，实现的是自网络中从分布式电源自身状态的调节；以含有m个节点的一个子网络G_m为例，它的控制信息如下所示：

$\mathrm{\Δ}{p}_i\left(t\right)={\mathrm{kp}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(p_j(t-t_d)-p_i(t-t_d))+c_{i1}(p_1(t-t_d)-p_i(t-t_d)))$ i＝2,3,...,m

p_i(t)＝p_i(t-t_d)+Δp_i(t),i＝2,3,...,m

$\mathrm{\Δ}{w}_i\left(t\right)={\mathrm{kw}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(w_j(t-t_d)-w_i(t-t_d))+c_{i1}(w_1(t-t_d)-w_i(t-t_d)))$ i＝2,3,...,m

w_i(t)＝w_i(t-t_d)+Δw_i(t),i＝2,3,...,m

Δω_ni(t)＝Δw_i(t)+n_p×Δp_i(t) i＝2,3,...,m

S8：电压控制

电压控制策略使得各个分布式电源电压以及无功出力比例趋于相同和最优化；同样对各个电源的控制也要根据节点类型不同分别设置控制信息；

第1类节点也就是主网络的主节点，监控网络的无功功率偏差ΔQ_Σ；当负荷发生变化时，主节点会检测到无功功率产生了偏差，一致性电压控制策略就会相应地启动；控制信息表示如下：

$\mathrm{\Δ}{q}_1\left(t\right)=\frac{\mathrm{kq}\×\mathrm{\Δ}{Q}_{\mathrm{\Σ}}\left(t\right)}{Q_{\mathrm{\Σ}}}$

q₁(t)＝q₁(t-t_d)+Δq₁(t)

其中，Δq₁(t)为t时刻控制信息的变化量；kq为控制系数；Q_Σ为整个系统的可以提供的有无功功率最大值；q₁(t)为t时刻的控制信息，表示此时无功功率输出比例；q₁(t-t_d)为前一时刻的控制信息；t_d为时间间隔；

为了达到电压的一致性，电压变化的控制信息和电压标准值与实时电压差值有关；那么控制信息表示如下：

Δv₁(t)＝kv×(V_ref-V₁(t))

v₁(t)＝v₁(t-t_d)+Δv₁(t)

其中，Δv₁(t)为t时刻控制信息变化量；kv为电压控制系数；V_ref为电压标准值；V₁(t)为实时电压幅值；v₁(t)为t时刻控制信息；v₁(t-t_d)为上一时刻控制信息；t_d为控制时间间隔；

得到下垂曲线的平移量ΔV_n的控制信息为：

ΔV_n1(t)＝Δv₁(t)+n_Q×Δq₁(t)

同样的，第2类和第3类节点的控制方法完全相同；

无功功率和电压的控制变化量如下：

$\mathrm{\Δ}{q}_i\left(t\right)={\mathrm{kq}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(q_j(t-t_d)-q_i(t-t_d))+c_{i1}(q_1(t-t_d)-q_i(t-t_d)))$ i＝2,3,...,n

q_i(t)＝q_i(t-t_d)+Δq_i(t),i＝2,3,...,n

$\mathrm{\Δ}{v}_i\left(t\right)={\mathrm{kv}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(v_j(t-t_d)-v_i(t-t_d))+c_{i1}(v_1(t-t_d)-v_i(t-t_d)))$ i＝2,3,...,n

v_i(t)＝v_i(t-t_d)+Δv_i(t),i＝2,3,...,n

得到下垂曲线的平移量ΔV_n的控制信息为：

ΔV_ni(t)＝Δv_i(t)+n_Q×Δq_i(t),i＝2,3,...,n

第4类节点的控制方法与第2类、第3类相同；以含有m个节点的一个子网络G_m为例，它的控制信息如下所示：

$\mathrm{\Δ}{q}_i\left(t\right)={\mathrm{kq}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(q_j(t-t_d)-q_i(t-t_d))+c_{i1}(q_1(t-t_d)-q_i(t-t_d)))$ i＝2,3,...,m

q_i(t)＝q_i(t-t_d)+Δq_i(t),i＝2,3,...,m

$\mathrm{\Δ}{v}_i\left(t\right)={\mathrm{kv}}_i(\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{\mathrm{ij}}(v_j(t-t_d)-v_i(t-t_d))+c_{i1}(v_1(t-t_d)-v_i(t-t_d))),$ i＝2,3,...,m

v_i(t)＝v_i(t-t_d)+Δv_i(t),i＝2,3,...,m

ΔV_ni(t)＝Δv_i(t)+n_Q×Δq_i(t),i＝2,3,...,m

S9：调整有功、无功出力，调节偏移量

根据测量到的数据形成控制信息，按照各个电源的容量调整有功和无功出力，调节下垂特性偏移量；并由显示器输出计算结果；

S10：准备新一轮潮流计算

最后重新进行潮流计算，进入下一个循环，新一轮时间按t＝t+1表示；转步骤S3。