CN106972492B - 分布式潮流控制器自主寻优控制方法 - Google Patents

Abstract

分布式潮流控制器自主寻优控制方法，分布式潮流控制器包括多个并联侧变流器及串联侧变流器，由3次谐波通过输电线路进行串并联多个变流器间能量交换，控制方法包括如下步骤：S1、根据电力系统潮流控制目标建立分布式潮流控制的总体目标函数集；S2、从全局目标函数式出发，构建满足各变流器功率补偿的局部目标函数；S3、综合考虑系统潮流控制需求变化量、变流器直流侧电压动态特性，进行各变流器开关的自主寻优切换。本发明将潮流控制总目标分解成各变流器的局部目标，采用自主寻优的方法，不断的将局部目标与基准目标进行比对、调节，得出分布式潮流控制器多变流器开关电路最优的切换控制策略，保障分布式潮流控制器效能的有效发挥。

Description

分布式潮流控制器自主寻优控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统运行与控制技术领域，具体涉及一种分布式潮流控制器自主寻优控制方法，用于改善分布式潮流控制器的功率特性。

背景技术

分布式潮流控制器(distributed power flow controller,DPFC)由UPFC演变而来。其并联侧置于输送变电站内，可揉合MMC-UPFC(modular multilevel converter-powerflow controller)技术，串联侧采用DSSC(distributed synchronic series convertor)技术(如图1所示)，具有MMC-UPFC的所有技术优势和经济优势。由于串联侧采用的为分布式的单相补偿器，DPFC还可对电能质量进行控制，达到既能满足用户对电压、频率、谐波和不对称度的要求，又能抑制各种瞬态的波动和干扰的功效。DPFC串联侧补偿器采用小容量低价格的电力电子器件，方便批量生产，制造成本低、制造周期短，具有便于拆卸和异地重装的优势，可以根据电力增长逐年分批建设，减小初始投资，减少占地面积，这些都是MMC-UPFC所不具备的；DPFC还解决了MMC-UPFC集中布置失效性问题，并具有快速恢复(自愈)能力。将DPFC应用于输电网柔性交流潮流控制中，可充分提高电网控制主动性、灵活性和可靠性，有效改善电网特性，提升电网输电能力和运行经济性，丰富电网潮流调控手段，保证电网经济高效安全运行，具有显著的经济效益和社会效益，是智能电网重要的技术进步，符合我国建设坚强智能电网发展的方向，具有广泛的推广前景和应用前景。

现有研究都只由中央控制器给各变流器下达系统控制总目标，没有考虑变流器电气距离、工况不同及交互耦合作用等因素而导致的各变流器响应控制总目标的行为不同，从而影响DPFC的整体功率输出特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有分布式潮流控制器应用于输电网柔性交流潮流控制存在的上述不足，提供一种分布式潮流控制器自主寻优控制方法，将潮流控制总目标分解成各变流器的局部目标，采用自主寻优的方法，不断的将局部目标与基准目标进行比对、调节，得出分布式潮流控制器多变流器开关电路最优的切换控制策略，保障分布式潮流控制器效能的有效发挥。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

分布式潮流控制器自主寻优控制方法，分布式潮流控制器包括多个并联侧变流器及串联侧变流器，由3次谐波通过输电线路进行串并联多个变流器间能量交换，控制方法包括如下步骤：

S1、根据电力系统潮流控制目标建立分布式潮流控制的总体目标函数集min f(x_j)，如式(1)所示：

式(1)中，x_j为由并联侧变流器经输电线路向串联侧各变流器注入的满足各变流器直流电压恒定的3次谐波能量流或各变流器向电力系统注入的基波能量流或反映电力系统潮流的基波能量流；n为总体目标函数集的个数，f_j(x)为根据电力系统潮流控制目标划分的若干个全局目标函数，结合3次谐波能量流和基波能量流能量平衡的内在约束，构造不同的全局目标函数，形成总体目标函数集；

S2、针对为满足控制目标而在多变流器直流侧和交流侧交换的3次谐波能量流和基波能量流特性，从全局目标函数式(1)出发，构建满足各变流器功率补偿的局部目标函数，如式(2)所示：

U_i,t(v)＝∑_i,j∈N(ω_ij(t)s_ij(t)U_i,t-1(v))/∑_i,j∈Nω_ij(t)s_ij(t) (2)

其中，N为变流器的个数，U_i,t(v)为当前时刻t的局部目标函数，U_i,t-1(v)为上一时刻t-1的局部目标函数，v＝(v₁,v₂,...,v_n)是描述电力系统对各变流器接入点电压、有功功率、无功功率和相角控制的需求，ω_ij(t)是各变流器i、j间交互耦合作用关键参量的权重，s_ij(t)描述的是各变流器i、j间及其与交流系统间是否存在耦合，存在耦合则s_ij(t)为1，不存在耦合则s_ij(t)为0(此时U_i,t(v)＝0)；

式(2)作为局部目标函数的基准，所示的所有变流器局部目标函数的和依据总体控制目标的不同，分别等于对应的全局目标函数，即总体目标函数集中的f_j(x)；

S3、各变流器开关的切换条件，实际上就是对能量流向和能量大小的控制，综合考虑系统潮流控制需求变化量、变流器直流侧电压动态特性，按如下子步骤进行各变流器开关的自主寻优切换：

①在优化起始时刻t＝0，任意变流器i随机从可行的电路不同拓扑构成的子系统切换集合A_i中选择一个切换行为a_i(t)∈A_i作为自己的基准切换行为并且将当前自身的局部目标函数U_i,t(v)作为自己的基准目标函数即

②在接下来的时刻t≥1，对于任意变流器i，其新切换行为a_i(t)遵循以下规则得到：

以概率1-ε与原有的基准切换行为保持一致，即

以概率ε从自己可行的子系统切换集合A_i中随机选取一个切换行为作为新切换行为a_i(t)，其中ε∈(0,1)；

③对于基准切换行为和局部目标函数的更新遵循以下规则：对于任意参与变流器i，如果新切换行为a_i(t)下的局部目标函数比基准目标函数小，则用新切换行为来代替基准切换行为，即同时用新切换行为a_i(t)下的局部目标函数代替基准目标函数，即否则，基准切换行为和基准目标函数保持不变，即

④在时刻t＝t+1，重复步骤②-③，直至局部目标函数之和与全局目标函数等价，即j∈n，完成切换。

按上述方案，所述步骤S1中，稳态潮流调节时，以各变流器对潮流调节的响应时间及平稳过度为全局目标函数，记为f₁(x)；系统故障时，以对功率振荡抑制能力为全局目标函数，记为f₂(x)；配电网系统不对称时，以补偿配电网系统对称能力保障系统供电质量能力为全局目标函数，记为f₃(x)。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、综合考虑变流器电气距离、工况不同及交互耦合作用等因素而导致的各变流器响应控制总目标的行为不同，将潮流控制总目标分解成各变流器的局部目标，采用自主寻优的方法，不断的将局部目标与基准目标进行比对、调节，得出分布式潮流控制器多变流器开关电路最优的切换控制策略，保障分布式潮流控制器效能的有效发挥；

2、将性能稳定的DPFC应用于输电网柔性交流潮流控制中，可充分提高电网控制主动性、灵活性和可靠性，有效改善DPFC功率特性，提升电网输电能力和运行经济性，丰富电网潮流调控手段，保证电网经济高效安全运行，具有显著的经济效益和社会效益，是智能电网的重要技术进步，符合我国建设坚强智能电网发展的方向，具有广泛的推广前景和应用前景。

附图说明

图1为分布式潮流控制器串联侧接入电力线路示意图；

图2为本发明分布式潮流控制器能量交换图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进一步的描述。

本发明实施例所述的分布式潮流控制器自主寻优控制方法，分布式潮流控制器包括多个并联侧变流器及串联侧变流器，由3次谐波通过输电线路进行串并联多个变流器间能量交换，实现分布式潮流控制器的潮流调控功能，分布式潮流控制器的能量交换路径如图2所示，多个变流器即为包含DPFC电力系统复杂系统中的多智能体，通过多变流器开关状态切换转移可确定电力系统的工作状态，控制方法包括如下步骤：

S1、为了设计多变流器自主寻优的切换路径，首先根据电力系统潮流控制目标建立分布式潮流控制的总体目标函数集min f(x_j)，如式(1)所示；稳态潮流调节时，以各变流器对潮流调节的响应时间及平稳过度为全局目标函数，记为f₁(x)；系统故障时，以对功率振荡抑制能力为全局目标函数，记为f₂(x)；配电网系统不对称时，以补偿配电网系统对称能力保障系统供电质量能力为全局目标函数，记为f₃(x)；

S2、针对为满足控制目标而在多变流器直流侧和交流侧交换的3次谐波能量流和基波能量流特性，从全局目标函数式(1)出发，构建满足各变流器功率补偿的局部目标函数，如式(2)所示；式(2)作为局部目标函数的基准，所示的所有变流器局部目标函数的和依据总体控制目标的不同，分别等于对应的总体目标函数集中的f_j(x)；

S3、各变流器开关的切换条件，实际上就是对能量流向和能量大小的控制，本发明综合考虑系统潮流控制需求变化量、变流器直流侧电压动态特性，得出3次谐波能量流和基波能量流能量平衡的内在约束，推导基于能量流的子系统状态转移条件，寻求实现从各子系统网络族中快速平稳过渡、同时保证系统在有扰动噪声等状态下的稳定性和控制性能的自寻优控制策略，按如下子步骤进行各变流器开关的自主寻优切换：

①在优化起始时刻t＝0，任意变流器i随机从可行的电路不同拓扑构成的子系统切换集合A_i中选择一个切换行为a_i(t)∈A_i作为自己的基准切换行为并且将当前自身的局部目标函数U_i,t(v)作为自己的基准目标函数即对应式(3)和式(4)；

②在接下来的时刻t≥1，对于任意变流器i，其新切换行为a_i(t)遵循以下规则得到：

以概率1-ε与原有的基准切换行为保持一致，即

以概率ε从自己可行的子系统切换集合A_i中随机选取一个切换行为作为新切换行为a_i(t)，其中ε∈(0,1)；

③对于基准切换行为和局部目标函数的更新遵循以下规则：对于任意参与变流器i，如果新切换行为a_i(t)下的局部目标函数比基准目标函数小，则用新切换行为来代替基准切换行为，即同时用新切换行为a_i(t)下的局部目标函数代替基准目标函数，即否则，基准切换行为和基准目标函数保持不变，即对应式(5)和式(6)；

④在时刻t＝t+1，重复步骤②-③，直至局部目标函数之和与全局目标函数等价，完成切换。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之类，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.分布式潮流控制器自主寻优控制方法，分布式潮流控制器包括多个并联侧变流器及串联侧变流器，由3次谐波通过输电线路进行串并联多个变流器间能量交换，其特征在于，控制方法包括如下步骤：

S1、根据电力系统潮流控制目标建立分布式潮流控制的总体目标函数集minf(x_j)，如式(1)所示：

式(1)中，x_j为由并联侧变流器经输电线路向串联侧各变流器注入的满足各变流器直流电压恒定的3次谐波能量流或各变流器向电力系统注入的基波能量流或反映电力系统潮流的基波能量流；n为总体目标函数集的个数，f_j(x)为根据电力系统潮流控制目标划分的若干个全局目标函数，结合3次谐波能量流和基波能量流能量平衡的内在约束，构造不同的全局目标函数，形成总体目标函数集；

S2、针对为满足控制目标而在多变流器直流侧和交流侧交换的3次谐波能量流和基波能量流特性，从总体目标函数集即式(1)出发，构建满足各变流器功率补偿的局部目标函数，如式(2)所示：

U_i,t(v)＝∑_i,j∈N(ω_ij(t)s_ij(t)U_i,t-1(v))/∑_i,j∈Nω_ij(t)s_ij(t) (2)

其中，N为变流器的个数，U_i,t(v)为当前时刻t的局部目标函数，U_i,t-1(v)为上一时刻t-1的局部目标函数，v＝(v₁,v₂,...,v_n)是描述电力系统对各变流器接入点电压、有功功率、无功功率和相角控制的需求，ω_ij(t)是各变流器i、j间交互耦合作用关键参量的权重，s_ij(t)描述的是各变流器i、j间及其与交流系统间是否存在耦合，存在耦合则s_ij(t)为1，不存在耦合则s_ij(t)为0；

式(2)作为局部目标函数的基准，所示的所有变流器局部目标函数的和依据总体控制目标的不同，分别等于对应的全局目标函数，即总体目标函数集中的f_j(x)；

S3、各变流器开关的切换条件，实际上就是对能量流向和能量大小的控制，综合考虑系统潮流控制需求变化量、变流器直流侧电压动态特性，按如下子步骤进行各变流器开关的自主寻优切换：

①在优化起始时刻t＝0，任意变流器i随机从可行的电路不同拓扑构成的子系统切换集合A_i中选择一个切换行为a_i(t)∈A_i作为自己的基准切换行为并且将当前自身的局部目标函数U_i,t(v)作为自己的基准目标函数即

②在接下来的时刻t≥1，对于任意变流器i，其新切换行为a_i(t)遵循以下规则得到：

以概率1-ε与原有的基准切换行为保持一致，即

以概率ε从自己可行的子系统切换集合A_i中随机选取一个切换行为作为新切换行为a_i(t)，其中ε∈(0,1)；

③对于基准切换行为和局部目标函数的更新遵循以下规则：对于任意参与变流器i，如果新切换行为a_i(t)下的局部目标函数比基准目标函数小，则用新切换行为来代替基准切换行为，即同时用新切换行为a_i(t)下的局部目标函数代替基准目标函数；否则，基准切换行为和基准目标函数保持不变，即

④在时刻t＝t+1，重复步骤②-③，直至局部目标函数之和与全局目标函数等价，即j∈n，完成切换。

2.根据权利要求1所述的分布式潮流控制器自主寻优控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，稳态潮流调节时，以各变流器对潮流调节的响应时间及平稳过度为目标函数，记为f₁(x)；系统故障时，以对功率振荡抑制能力为目标函数，记为f₂(x)；配电网系统不对称时，以补偿配电网系统对称能力保障系统供电质量能力为目标函数，记为f₃(x)。