CN106558876B - 一种交直流混合主动配电网的运行控制方法 - Google Patents

一种交直流混合主动配电网的运行控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种交直流混合主动配电网运行控制方法，包括正常态、预警态和紧急态三种状态的交直流混合主动配电网的运行控制模式；对正常态下的交直流主动配电网构建了以提高分布式电源消纳水平、实现负载均衡、降低线损为目标的优化控制策略；对预警态下的交直流主动配电网，运用直流潮流求解方法并引入有功灵敏度的概念，以最小的有功调节量为目标消除线路潮流过载等安全隐患，建立了安全协调控制策略；对紧急态下的交直流主动配电网，针对N‑1故障，通过计算需柔性直流装置支援的功率，构建了功率支援策略。综合三种运行状态的不同控制策略，可提高交直流混合主动配电网的供电可靠性和运行效率。

Description

一种交直流混合主动配电网的运行控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种交直流混合主动配电网运行控制方法。
背景技术
配电网担负着电能的配送任务，传统配电网的电能传送是单向的。随着分布式电源大量接入，配电网的电能可能出现双向流动。由于分布式电源具有随机性和间歇性的特点，增加了配电网运行控制的难度。为了满足大规模分布式电源接入的要求，交直流混合配电网应运而生。
在交直流混合配电网中，柔性直流技术的运用提高了配电网的调控能力；主动配电网可借助柔性直流装置实现配电网闭环运行，利用其快速功率支援能力对配电网进行负荷的转移控制。目前针对配电网的控制策略大多与交流配电网相关，而针对交直流混合主动配电网的控制策略则相对较少。
发明内容
为了填补现有技术的空白，本发明提出一种交直流混合主动配电网运行控制方法，解决了交直流混合主动配电网在运行过程中的问题，提高了交直流主动配电网的运行效率和供电可靠性。
本发明的目标是采用下述技术方案实现的：
一种交直流混合主动配电网运行控制方法，所述方法包括：确定交直流混合主动配电网的运行控制模式，针对不同的运行控制模式制定策略，调节多端口柔性直流装置的电压、电流以及各分布式电源的出力。
优选的，所述运行控制模式包括正常态、预警态和紧急态；其中，
所述预警态为变压器或者线路越限；
所述紧急态为基于N-1准则下的失负荷，以及线路短路或者断路故障。
优选的，所述制定策略具体包括：制定交直流混合主动配电网正常态下的优化控制策略、预警态下的协调控制策略以及紧急态下的功率支援策略。
进一步地，所述制定正常态下的优化控制策略包括：构建交直流混合主动配电网正常态下的优化模型，定义约束条件。
进一步地，以网损最小化为目标，构建交直流混合主动配电网正常态下的优化控制模型为：
Figure BDA0000814171940000021
Figure BDA0000814171940000022
所述约束条件包括：
Figure BDA0000814171940000023
(2)和(3)式中：L为支路总数，(i，j)表示任一条支路；SN为所有拓扑节点集合，SDG、SG和SD分别为分布式电源节点、电源注入节点、柔性直流装置内节点的集合；Ploss为配电网线损；n为变压器个数；Gij和Bij分别为节点导纳矩阵元素的实部和虚部；PG,i、QG,i、PL,i、QL,i、PDG,i、QDG,i和Pij分别为节点i的注入有功、无功、有功负荷、无功负荷、分布式电源有功、分布式电源无功、线路有功；Ui、Uj为节点电压；TG,i为变压器的负载率；PDi、UDi和IDi分别为柔性直流装置各端口有功功率、电压以及电流；下标max、min分别代表限值的上限和下限。
进一步地，所述制定预警态下的协调控制策略具体为：以变压器或者线路过载为依据，按照预警时间对预警状态进行分类，并根据分类状况分别制定交直流混合主动配电网预警状态下的协调控制策略。
进一步地，所述分类状况包括：
(a)实时监测变压器、线路的功率值；
(b)基于态势感知数据对配电网进行潮流预报，预测变压器、线路的负载率；其中，
所述态势感知数据，用于感知主动配电网关键设备以及负荷状态。
进一步地，针对所述(a)中实时监测变压器、线路的功率值，制定交直流混合主动配电网预态下的协调控制策略包括：
以最小有功调节量为目标，构建功率值校正模型，通过调节多端口柔性直流装置的电压、电流以及各分布式电源的出力，实现目标函数最优；
所述功率值校正模型为：
Figure BDA0000814171940000031
Figure BDA0000814171940000032
式(4)中，ΔPGi为变压器侧的功率调节量；PGi为电源注入侧功率；Pij为线路有功功率；PDi为柔性直流装置各端口的有功功率；SG为电源注入侧节点的集合；SN为所有拓扑节点的集合；SD为柔性直流装置各端口节点的集合；SDG是分布式电源节点的集合；CPGi为电源注入点的有功灵敏度；CPij为电源有功相对线路的灵敏度；ΔPDi为柔性直流装置端口的有功调节量；下标max和min分别为限值的上限和下限。
进一步地，针对所述(b)中预测变压器、线路负载率，制定交直流混合主动配电网预警态下的协调控制策略包括：
建立直流潮流模型，结合所述预测变压器、线路负载率，确定发生过载的变压器或者线路；构建基于态势感知预警的功率校正模型；根据该模型调节多端口柔性直流装置的电压、电流以及各分布式电源的出力，以降低负载率。
进一步地，所述直流潮流模型为：
P＝B0θ (5)
式(5)中，P为节点注入功率，θ为节点电压相角的相量，B0为直流节点电纳矩阵。
进一步地，以最小有功功率调节量为目标，构建基于态势感知预警的功率校正模型为：
Figure BDA0000814171940000041
Figure BDA0000814171940000042
式(6)中，ΔPGi为变压器侧的功率调节量；PGi为电源侧注入功率；Pij为线路有功功率；PDi为柔性直流装置各端口的有功功率；SG为电源注入侧节点的集合；SN为所有拓扑节点的集合；SD为柔性直流装置各端口节点的集合；CPGi为电源注入点的有功灵敏度；CPij为电源有功相对线路的灵敏度；ΔPDi为柔性直流装置端口的有功调节量；下标max和min分别为限值的上限和下限。
进一步地，所述制定交直流混合主动配电网紧急态下的功率支援策略包括：通过分布式电源和柔性直流装置对配电网进行功率支援，解除基于N-1准则下的失负荷，以及线路短路或者断路故障，使得配电网从紧急态过渡至预警态或者恢复至正常态。
进一步地，所述解除基于N-1准则下的失负荷的方法包括：根据直流潮流模型，获取满足负荷需求时，柔性直流端口所需提供的功率值；将该功率值根据柔性直流装置各端口可提供的功率最大值按比例分配给各端口。
进一步地，所述解除线路发生短路或者断路故障的方法包括：通过配电自动化系统对故障区域进行定位、隔离，并利用分段开关或者联络开关实现故障自愈；
当所述配电网为交直流混合主动配电网时，则通过分布式电源或者柔性直流装置注入功率实现故障自愈；
根据直流潮流模型，获取满足负荷需求时，柔性直流端口所需提供的功率值；将该功率值根据柔性直流装置各端口可提供的功率最大值按比例分配给各端口。
相较于最接近的现有技术，本发明达到的有益效果是：
考虑多种运行状态的交直流混合主动配电网运行控制模式涵盖了交直流混合主动配电网在正常态、预警态以及紧急态的运行情况；三种状态的结合利于配电网的安全可靠运行，与此同时，本方法各类模型充分考虑并运用了柔性直流装置的快速功率调节的能力。具体设计的正常态下的优化调度模型可提高对分布式电源的消纳能力，实现负荷均衡的同时降低线损；预警态下的功率校正模型运用直流潮流模型简化了潮流计算，同时可实现最小的有功功率调节；紧急态下的功率支援模型实现了对配电网的快速功率支援。
本方法的提出对于提高交直流主动配电网的供电可靠性和运行效率具有重要意义。
附图说明
图1为一种交直流混合主动配电网运行控制方法流程图；
图2为交直流混合主动配电网运行控制模式示意图；
图3为实时预警下的控制策略流程图；
图4为基于态势感知的预警控制策略流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如图1所示，一种交直流混合主动配电网运行控制方法，所述方法包括：确定交直流混合主动配电网的运行控制模式，针对不同的运行控制模式制定策略，调节多端口柔性直流装置的电压、电流以及各分布式电源的出力。
如图2所示，所述运行控制模式包括正常态、预警态和紧急态；其中，预警态为变压器或者线路越限；紧急态为基于N-1准则下的失负荷，以及线路短路或者断路故障。
制定策略具体包括：制定了以提高分布式电源消纳水平、实现负载均衡、降低线损为目标的交直流混合主动配电网正常态下的优化控制策略、对预警态下的交直流主动配电网，运用直流潮流求解方法并引入有功灵敏度的概念，以最小的有功调节量为目标消除线路潮流越限等安全隐患，建立了预警态下的协调控制策略以及对紧急态下的交直流主动配电网，针对N-1故障，通过计算需柔性直流装置支援的功率，构建了紧急态下的功率支援策略。
为后续的分析方便，对于含多端口柔性直流装置的交直流混合主动配电网，可从柔性直流装置处根据端口数量将配电网分为若干个子配电网，每个子配电网中的柔性直流装置端口可作为一个负荷或电源注入点。
其中，制定正常态下的优化控制策略，正常态下的交直流混合主动配电网可以承受小扰动且不影响配电网的正常运行。在这种状态下的优化调度策略基于交直流潮流计算的结果进行优化调度控制。通过调节交直流主动配电网的分布式电源的出力和柔性直流装置的各端口的电压、电流以实现提高分布式电源的接纳能力、负载均衡以及降低网损的目标，构建交直流混合主动配电网正常态下的优化模型并定义约束条件。
以提高分布式电源消纳水平、实现负载均衡以及网损最小化为目标，构建交直流混合主动配电网正常态下的优化控制模型为：
Figure BDA0000814171940000061
Figure BDA0000814171940000062
约束条件为：
Figure BDA0000814171940000063
(2)和(3)式中：L为支路总数，(i，j)表示任一条支路；SN为所有拓扑节点集合，SDG、SG和SD分别为分布式电源节点、电源注入节点、柔性直流装置内节点的集合；Ploss为配电网线损；n为变压器个数；Gij和Bij分别为节点导纳矩阵元素的实部和虚部；PG,i、QG,i、PL,i、QL,i、PDG,i、QDG,i和Pij分别为节点i的注入有功、无功、有功负荷、无功负荷、分布式电源有功、分布式电源无功、线路有功；Ui、Uj为节点电压；TG,i为变压器的负载率；PDi、UDi和IDi分别为柔性直流装置各端口有功功率、电压以及电流；下标max、min分别代表限值的上限和下限。
对于多端口柔性直流装置而言，其控制方式通常是其中一个端口定电压，其它端口定电流，基于此，本模型通过调节多端口柔性直流装置的电压、电流以及各分布式电源的出力，实现目标函数最优。
制定预警态下的协调控制策略具体为：以变压器或者线路过载为依据，按照预警时间对预警状态进行分类，并根据分类状况分别制定交直流混合主动配电网预警状态下的协调控制策略。分类状况包括：
(a)实时监测变压器、线路的功率值；
(b)基于态势感知数据对配电网进行潮流预报，预测变压器、线路的负载率；其中，
所述态势感知数据，用于感知主动配电网关键设备以及负荷状态。
如图3所示，针对所述(a)中实时监测变压器、线路的功率值，制定交直流混合主动配电网预态下的协调控制策略包括：
以最小有功调节量为目标，构建功率值校正模型；计算有功灵敏度并通过调节多端口柔性直流装置的电压、电流以及各分布式电源的出力，实现目标函数最优；
所述功率值校正模型为：
Figure BDA0000814171940000071
Figure BDA0000814171940000072
式(4)中，ΔPGi为变压器侧的功率调节量；PGi为电源注入侧功率；Pij为线路有功功率；PDi为柔性直流装置各端口的有功功率；SG为电源注入侧节点的集合；SN为所有拓扑节点的集合；SD为柔性直流装置各端口节点的集合；SDG是分布式电源节点的集合；CPGi为电源注入点的有功灵敏度；CPij为电源有功相对线路的灵敏度；ΔPDi为柔性直流装置端口的有功调节量；下标max和min分别为限值的上限和下限。
如图4所示，针对所述(b)中预测变压器、线路负载率，制定交直流混合主动配电网预警态下的协调控制策略包括：
建立直流潮流模型，结合所述预测变压器、线路负载率，确定发生过载的变压器或者线路；直流潮流模型是把非线性电力潮流问题简化为线形电路问题，从而使分析计算非常方便。该方式使用于需大量计算或运行条件不十分理想的情况，如电力系统规划、静态安全分析等。使用直流潮流模型，对于运用态势感知数据对配电网进行潮流预报，速度快而且不存在收敛问题。其直流潮流模型为：
P＝B0θ (5)
式(5)中，P为节点注入功率，θ为节点电压相角的相量，B0为直流节点电纳矩阵。
由于负荷或分布式电源变化还未发生，此时配电网以预防措施为主，这种情况应降低可能发生过载的线路或变压器的负载，由其他子配电网通过柔性直流装置对本子配电网进行功率的支援，以满足未来线路或变压器过载时对应子配电网的负载率要求。为此，构建基于态势感知预警的功率校正模型；根据该模型调节多端口柔性直流装置的电压、电流以及各分布式电源的出力，以降低负载率。
以最小有功功率调节量为目标，构建基于态势感知预警的功率校正模型为：
Figure BDA0000814171940000081
Figure BDA0000814171940000082
式(6)中，ΔPGi为变压器侧的功率调节量；PGi为电源侧注入功率；Pij为线路有功功率；PDi为柔性直流装置各端口的有功功率；SG为电源注入侧节点的集合；SN为所有拓扑节点的集合；SD为柔性直流装置各端口节点的集合；CPGi为电源注入点的有功灵敏度；CPij为电源有功相对线路的灵敏度；ΔPDi为柔性直流装置端口的有功调节量；下标max和min分别为限值的上限和下限。
以上两种情况均为当负载率的变化可以由本区域内配电网或通过柔性直流装置的功率支援实现降低变压器或线路负载率的目的，当负载率超出限值且通过现有调控手段仍无法使其恢复正常，此时将配电网的各变压器运行于负载率的最大限制，尽可能满足功率的需求。
制定交直流混合主动配电网紧急态下的功率支援策略包括：通过分布式电源和柔性直流装置对配电网进行功率支援，解除基于N-1准则下的失负荷，以及线路短路或者断路故障，使得配电网从紧急态过渡至预警态或者恢复至正常态；无法恢复正常时，将配电网中各变压器调节至最大负载。N-1指配电网中失去一回进线或一台降压变压器时不损失负荷的情况。这种情况下功率注入减少但是要求不损失负荷，这时失去的线路或变压器的负荷由另外一条线路或变压器进行功率的供给，很可能发生过载情况。
解除基于N-1准则下的失负荷的方法包括：根据直流潮流模型，获取满足负荷需求时，柔性直流端口所需提供的功率值；将该功率值根据柔性直流装置各端口可提供的功率最大值按比例分配给各端口。
解除线路发生短路或者断路故障的方法包括：通过配电自动化系统对故障区域进行定位、隔离，并利用分段开关或者联络开关实现故障自愈；
当所述配电网为交直流混合主动配电网时，则通过分布式电源或者柔性直流装置注入功率实现故障自愈；
根据直流潮流模型，获取满足负荷需求时，柔性直流端口所需提供的功率值；将该功率值根据柔性直流装置各端口可提供的功率最大值按比例分配给各端口。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种交直流混合主动配电网运行控制方法，其特征在于，所述方法包括：确定交直流混合主动配电网的运行控制模式，针对不同的运行控制模式制定策略，调节多端口柔性直流装置的电压、电流以及各分布式电源的出力；
所述制定策略具体包括：制定交直流混合主动配电网正常态下的优化控制策略、预警态下的协调控制策略以及紧急态下的功率支援策略；
所述制定正常态下的优化控制策略包括：构建交直流混合主动配电网正常态下的优化模型，定义约束条件；
所述制定预警态下的协调控制策略具体为：以变压器或者线路过载为依据，按照预警时间对预警状态进行分类，并根据分类状况分别制定交直流混合主动配电网预警状态下的协调控制策略；
所述制定交直流混合主动配电网紧急态下的功率支援策略包括：通过分布式电源和柔性直流装置对配电网进行功率支援，解除基于N-1准则下的失负荷，以及线路短路或者断路故障，使得配电网从紧急态过渡至预警态或者恢复至正常态；
所述运行控制模式包括正常态、预警态和紧急态；其中，
所述预警态为变压器或者线路过载；
所述紧急态为基于N-1准则下的失负荷，以及线路短路或者断路故障；
以网损最小化为目标，构建交直流混合主动配电网正常态下的优化控制模型为：
Figure FDA0002217949020000011
Figure FDA0002217949020000012
所述约束条件包括：
Figure FDA0002217949020000021
(1)，(2)和(3)式中：L为支路总数，(i，j)表示任一条支路；SN为所有拓扑节点集合，SDG、SG和SD分别为分布式电源节点、电源注入节点、柔性直流装置内节点的集合；Ploss为配电网线损；n为变压器个数；Gij和Bij分别为节点导纳矩阵元素的实部和虚部；PGi、QGi、PLi、QLi、PDGi、QDGi和Pij分别为节点i的注入有功、无功、有功负荷、无功负荷、分布式电源有功、分布式电源无功、线路有功；Ui、Uj为节点电压；TGi为变压器的负载率；PDi、UDi和IDi分别为柔性直流装置各端口有功功率、电压以及电流；下标max、min分别代表限值的上限和下限。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分类状况包括：
(a)实时监测变压器、线路的功率值；
(b)基于态势感知数据对配电网进行潮流预报，预测变压器、线路的负载率；其中，
所述态势感知数据，用于感知主动配电网关键设备以及负荷状态。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，针对所述(a)中实时监测变压器、线路的功率值，制定交直流混合主动配电网预态下的协调控制策略包括：
以最小有功调节量为目标，构建功率值校正模型，通过调节多端口柔性直流装置的电压、电流以及各分布式电源的出力，实现目标函数最优；
所述功率值校正模型为：
Figure FDA0002217949020000031
式(4)中，ΔPGi为变压器侧的功率调节量；PGi为节点i的注入有功；Pij为线路有功功率；PDGi为节点i的分布式电源有功，PDi为柔性直流装置各端口的有功功率；SG为电源注入侧节点的集合；SN为所有拓扑节点的集合；SD为柔性直流装置各端口节点的集合；SDG是分布式电源节点的集合；CPij为电源有功相对线路的灵敏度；ΔPDi为柔性直流装置端口的有功调节量；下标max和min分别为限值的上限和下限。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，针对所述(b)中预测变压器、线路负载率，制定交直流混合主动配电网预警态下的协调控制策略包括：
建立直流潮流模型，结合所述预测变压器、线路负载率，确定发生过载的变压器或者线路；构建基于态势感知预警的功率校正模型；根据该模型调节多端口柔性直流装置的电压、电流以及各分布式电源的出力，以降低负载率。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述直流潮流模型为：
P＝B0θ (5)
式(5)中，P为节点注入功率，θ为节点电压相角的相量，B0为直流节点电纳矩阵。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，以最小有功功率调节量为目标，构建基于态势感知预警的功率校正模型为：
Figure FDA0002217949020000041
Figure FDA0002217949020000042
式(6)中，ΔPGi为变压器侧的功率调节量；PGi为节点i的注入有功；Pij为线路有功功率；PDi为柔性直流装置各端口的有功功率；SG为电源注入侧节点的集合；SN为所有拓扑节点的集合；SD为柔性直流装置各端口节点的集合；CPij为电源有功相对线路的灵敏度；ΔPDi为柔性直流装置端口的有功调节量；下标max和min分别为限值的上限和下限。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述解除基于N-1准则下的失负荷的方法包括：根据直流潮流模型，获取满足负荷需求时，柔性直流装置端口所需提供的功率值；将该功率值根据柔性直流装置各端口可提供的功率最大值按比例分配给各端口。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述解除线路发生短路或者断路故障的方法包括：通过配电自动化系统对故障区域进行定位、隔离，并利用分段开关或者联络开关实现故障自愈；
当所述配电网为交直流混合主动配电网时，则通过分布式电源或者柔性直流装置注入功率实现故障自愈；
根据直流潮流模型，获取满足负荷需求时，柔性直流端口所需提供的功率值；并将该功率值根据柔性直流装置各端口可提供的功率最大值按比例分配给各端口。
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