CN107508327A - 基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,该方法包括预测模型、滚动优化、执行机构、反馈校正四部分;在线实时预测模型采用基于超短期预测数据和自回归预测模型结合,优化函数考虑并网功率偏差和调度控制指令的偏差最小,通过时域滚动优化和不可控单元实时出力的反馈校正,消除配电网系统电源和负荷随机不确定给并网功率控制带来的影响,实现了配电网自治区域并网功率的跟踪控制,同时避免了可控单元频繁大幅度的功率修正。
Description
技术领域
本发明涉及配电网控制领域,尤其涉及一种基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法。
背景技术
分布式电源的规模化接入配电网给传统配电网带来一系列的问题,配电网系统的运行控制变得相对复杂。针对配电网运行控制问题,近年来分层分布的配电网控制架构应运而生,通过上层能量管理系统对下层区域控制指令的分发,实现配电网多时间尺度的协调控制。DG出力的随机不确定性导致自治区域并网功率控制困难,其控制效果直接影响配电网整体的控制特性,因此配电网自治区域并网功率控制对于配电网整体的经济性和稳定性都具有重要意义。
经对现有技术的文献检索发现,中国发明专利(申请号:201310048291.7)提出一种多时间尺度的主动配电网DG协调控制系统,通过建立一个子控制区域自治控制最优目标函数,通过下垂系数分配所需的功率,但该方式未能考虑储能及DG未来的运行趋势,容易造成储能耗尽、丧失主动调节能力。
针对以上不足,本发明提出一种基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,实现了配电网自治区域并网功率的跟踪控制,同时避免了可控单元频繁大幅度的功率修正。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术中存在的不足之处,提供一种基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,实现了配电网自治区域并网功率的跟踪控制,同时避免了可控单元频繁大幅度的功率修正。
本发明的技术方案如下:一种基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其包括以下步骤:
(1)判断功率扰动量是否大于自治区域的总旋转备用容量:如是,则进入步骤(2),如否,则进入步骤(3);
(2)配电网能量管理系统重新计算自治区域的分配功率;
(3)自治区域控制器执行模型预测控制算法,并将控制指令下发至自治区域内各执行单元。
(4)进入程序的下一轮判断。
所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其中,所述参模型预测控制算法包括以下步骤:
步骤一,预测模型,即是将不可控分布式电源和负荷的在线实时预测模型采用基于超短期预测数据和自回归预测模型结合:
式中,、分别表示时刻K的不可控分布式电源n和负荷m在线实时预测功率;、分别表示超短期预测、自回归预测的权重,;、分别表示时刻K的不可控分布式电源n和负荷m超短期预测功率;、分别表示时刻K的不可控分布式电源n和负荷m基于自回归预测模型的预测功率;step表示自回归预测模型的阶数,表示自回归系数;
步骤二,滚动优化,即是以并网功率偏差和调度控制指令的偏差的线性组合最小作为滚动优化目标函数:
式中,N表示预测控制时间窗长度;、分别表示时刻的并网功率计算值和调度指令值,流向馈线方向为正,流出馈线方向为负;、分别表示可控分布式电源、储能在时刻K的功率设定值;
步骤三,执行机构执行滚动优化目标函数求解的最优控制序列中的第一个时段指令值,通过可控单元控制器执行控制指令;
步骤四,反馈校正,即是以当前自治区域内部不可控分布式电源和负荷的工作状态作为下一轮预测控制预测模型的修正值;通过不可控分布式电源和负荷传感器。
所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其中,所述滚动优化目标函数的约束条件为:
式中,、分别表示储能功率的上下限;表示储能在时刻K的荷电状态;、分别表示储能荷电状态的上下限;、分别表示可控分布式电源的输出功率的上下限;、分别表示可控分布式电源爬坡功率的上下限;
式中,表示自放电率;、分别表示储能的充电效率和放电效率;表示计算步长。
所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其中,所述执行机构包括自治区域内所有可控分布式电源和储能。
所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其中,所述自回归预测模型采用自回归预测算法。
所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其中,所述滚动优化通过模型预测控制求解器模块来进行优化。
所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其中,所述步骤四中的反馈校正通过不可控分布式电源和负荷传感器进行校正。
所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其中,所述功率扰动量为并网功率扰动量。
本发明的有益效果:本发明所提供的方法包括预测模型、滚动优化、执行机构、反馈校正四部分。在线实时预测模型采用基于超短期预测数据和自回归预测模型结合,优化函数考虑并网功率偏差和调度控制指令的偏差最小,通过时域滚动优化和不可控单元实时出力的反馈校正,消除配电网系统电源和负荷随机不确定给并网功率控制带来的影响,实现了配电网自治区域并网功率的跟踪控制,同时避免了可控单元频繁大幅度的功率修正。
附图说明
图1是配电网自治区域并网功率控制方法算法判断流程图。
图2是基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制流程图。
图3是配电网自治区域并网功率控制过程波形图。
图4是配电网自治区域并网功率控制效果对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
如图1和2所示,本发明公开了一种基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其包括以下步骤:
(1)判断功率扰动量是否大于自治区域的总旋转备用容量:如是,则进入步骤(2),如否,则进入步骤(3);
(2)配电网能量管理系统重新计算自治区域的分配功率;
(3)自治区域控制器执行模型预测控制算法,并将控制指令下发至自治区域内各执行单元;
(4)进入程序的下一轮判断。
进一步说,所述参模型预测控制算法包括以下步骤:
步骤一,预测模型,即是将不可控分布式电源和负荷的在线实时预测模型采用基于超短期预测数据和自回归预测模型结合:
式中,分别表示时刻K的不可控分布式电源n和负荷m在线实时预测功率;、分别表示超短期预测、自回归预测的权重,;、分别表示时刻K的不可控分布式电源n和负荷m超短期预测功率;、分别表示时刻K的不可控分布式电源n和负荷m基于自回归预测模型的预测功率;step表示自回归预测模型的阶数,表示自回归系数;
步骤二,滚动优化,即是以并网功率偏差和调度控制指令的偏差的线性组合最小作为滚动优化目标函数:
式中,N表示预测控制时间窗长度;、分别表示时刻的并网功率计算值和调度指令值,流向馈线方向为正,流出馈线方向为负;、分别表示可控分布式电源、储能在时刻K的功率设定值;
步骤三,执行机构执行滚动优化目标函数求解的最优控制序列中的第一个时段指令值,通过可控单元控制器执行控制指令;
步骤四,反馈校正,即是以当前自治区域内部不可控分布式电源和负荷的工作状态作为下一轮预测控制预测模型的修正值;通过不可控分布式电源和负荷传感器。
进一步说,所述滚动优化目标函数的约束条件为:
式中,、分别表示储能功率的上下限;表示储能在时刻K的荷电状态;、分别表示储能荷电状态的上下限;、分别表示可控分布式电源的输出功率的上下限;、分别表示可控分布式电源爬坡功率的上下限;
式中,表示自放电率;、分别表示储能的充电效率和放电效率;表示计算步长。
进一步说,所述执行机构包括自治区域内所有可控分布式电源和储能。
所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其中,所述自回归预测模型采用自回归预测算法。
进一步说,所述滚动优化通过模型预测控制求解器模块来进行优化。
进一步说,所述步骤四中的反馈校正通过不可控分布式电源和负荷传感器进行校正。
进一步说,所述功率扰动量为并网功率扰动量。
以含有光伏DG,负荷,储能、微型燃气轮机的配电网自治区域为例,采用本发明所提方法进行控制。设定该区域光伏DG的容量为400kW,负荷容量600kW,储能容量为300kW*h,燃气轮机容量200kW(爬坡率为±5%/10s),仿真的预测控制时间窗长度为15步(10s/步)。光伏DG和负荷实际出力曲线如图3(1)~(2)所示,其具有随机波动性;通过本发明所提方法得出燃气轮机的出力曲线如图3(3)所示,满足其爬坡率约束和出力上下限约束;图3(4)~(5)分别是储能在预测控制过程的出力值和SOC值,满足出力上下限约束和SOC上下限约束。
如图4所示,图4是配电网自治区域并网功率控制效果对比图,本发明所提方法通过储能和微型燃气轮机的协调控制实现了配电网自治区域并网功率的跟踪控制,消除配电网系统电源和负荷随机波动性给并网功率控制带来的影响,同时避免了可控单元频繁大幅度的功率修正。
以上对本发明所提供的了一种基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)判断功率扰动量是否大于自治区域的总旋转备用容量:如是,则进入步骤(2),如否,则进入步骤(3);
(2)配电网能量管理系统重新计算自治区域的分配功率;
(3)自治区域控制器执行模型预测控制算法,并将控制指令下发至自治区域内各执行单元;(4)进入程序的下一轮判断。
2.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其特征在于,所述参模型预测控制算法包括以下步骤:
步骤一,预测模型,即是将不可控分布式电源和负荷的在线实时预测模型采用基于超短期预测数据和自回归预测模型结合:
式中,分别表示时刻K的不可控分布式电源n和负荷m在线实时预测功率;、分别表示超短期预测、自回归预测的权重,;、分别表示时刻K的不可控分布式电源n和负荷m超短期预测功率;、分别表示时刻K的不可控分布式电源n和负荷m基于自回归预测模型的预测功率;step表示自回归预测模型的阶数,表示自回归系数;
步骤二,滚动优化,即是以并网功率偏差和调度控制指令的偏差的线性组合最小作为滚动优化目标函数:
式中,N表示预测控制时间窗长度;分别表示时刻的并网功率计算值和调度指令值,流向馈线方向为正,流出馈线方向为负;分别表示可控分布式电源、储能在时刻K的功率设定值;
步骤三,执行机构执行滚动优化目标函数求解的最优控制序列中的第一个时段指令值,通过可控单元控制器执行控制指令;
步骤四,反馈校正,即是以当前自治区域内部不可控分布式电源和负荷的工作状态作为下一轮预测控制预测模型的修正值;通过不可控分布式电源和负荷传感器。
3.根据权利要求2所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其特征在于,所述滚动优化目标函数的约束条件为:
式中,分别表示储能功率的上下限;表示储能在时刻K的荷电状态;分别表示储能荷电状态的上下限;、分别表示可控分布式电源的输出功率的上下限;分别表示可控分布式电源爬坡功率的上下限;
式中,表示自放电率;分别表示储能的充电效率和放电效率;表示计算步长。
4.根据权利要求2所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其特征在于,所述执行机构包括自治区域内所有可控分布式电源和储能。
5.根据权利要求2所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其特征在于,所述自回归预测模型采用自回归预测算法。
6.根据权利要求2所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其特征在于,所述滚动优化通过模型预测控制求解器模块来进行优化。
7.根据权利要求2所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其特征在于,所述步骤四中的反馈校正通过不可控分布式电源和负荷传感器进行校正。
8.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的配电网自治区域并网功率控制方法,其特征在于,所述功率扰动量为并网功率扰动量。
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