CN109120018B - 基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及系统 - Google Patents

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CN109120018B CN201811008230.7A CN201811008230A CN109120018B CN 109120018 B CN109120018 B CN 109120018B CN 201811008230 A CN201811008230 A CN 201811008230A CN 109120018 B CN109120018 B CN 109120018B
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Abstract

本发明公开了一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及系统，包括：本地换流器与邻近换流器进行信息交互，并采集本地换流器所接交流馈线的有功功率Pg、无功功率Qg；本地换流器基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值
Figure DDA0001784470850000011
全局交流馈线无功功率一致值
Figure DDA0001784470850000012
置0；
Figure DDA0001784470850000013
与Pg的差值经过调控产生本地换流器输出有功功率参考值P*，
Figure DDA0001784470850000014
与Qg的差值经过调控产生本地换流器输出无功功率参考值Q*；混合配电网中不同换流器根据指定的工作模式协调工作，实现对混合配电网的分布式控制。本发明将一致性算法引入分布式控制中，馈线功率的快速一致收敛能在新能源出力变化时，抑制馈线节点电压波动而不越限，提高了对新能源的消纳能力。

Description

基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及系统
技术领域
本发明属于混合配电网控制领域，更具体地，涉及一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及系统。
背景技术
配电网处于电力系统的末端，直接面向电力用户，承担着分配电能、服务客户的重任。与传统配电网相比，交直流混合配电网智能度更高，具有网络拓扑灵活、潮流可控性高、扩展性强等一系列优势，更易于新能源的接入。
针对智能配电网的控制系统架构，目前研究方向主要分为集中式控制和分布式控制。集中式控制一般设有中央控制系统，且在配电网各节点放置有远程终端单元，它们采集各节点电压、功率等信息并发送回中央控制系统，中央控制系统根据接收到的节点信息进行分析和计算，然后下发控制信号调整配电网中换流器、稳压器、开关等可控单元的工作状态，最终达到配电网的协调优化运行。但集中式控制调节速度慢、通信要求高、系统扩展性差，无法满足智能配电网建设的智能性、灵活性等要求。分布式控制将控制器内置于配电网各可控单元内，各单元间通过通信网络互联，根据采集到的本地信息和接收到的相邻单元信息，各控制单元自主地调整自身的运行状态，使配电网的运行状态整体最优。由于配电网中新能源及负荷的分布本身具有分散性，分布式控制使配电网在接纳智能设备、实现分布式电源即插即拔等方面更具有优势。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及系统，目的在于解决现有技术集中式控制调节速度慢、通信要求高、系统扩展性差，无法满足智能配电网建设的智能性、灵活性等要求的技术问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法，所述混合配电网中交流馈线与直流馈线通过换流器柔性互联，该方法包括以下步骤：
S1.本地换流器与邻近换流器进行信息交互，并采集本地换流器所接交流馈线的有功功率Pg、无功功率Qg；
S2本地换流器基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值
Figure GDA0002425430500000021
全局交流馈线无功功率一致值
Figure GDA0002425430500000022
置0；
S3.
Figure GDA0002425430500000023
与Pg的差值经过调控产生本地换流器输出有功功率参考值P*，
Figure GDA0002425430500000024
与Qg的差值经过调控产生本地换流器输出无功功率参考值Q*；
S4.混合配电网中不同本地换流器根据指定的工作模式协调工作，实现对混合配电网的分布式控制，具体为：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，根据P*和Q*对该本地换流器所接交流馈线的有功功率和无功功率进行调控；
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，根据Q*和指定的直流电压参考值
Figure GDA0002425430500000031
稳定本地换流器所接直流馈线电压和补偿交本地换流器所接流馈线无功功率；
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，根据dq坐标系下的交流电压参考值
Figure GDA0002425430500000032
的d轴分量和q轴分量，维持本地换流器所接交流侧电压并为交流侧负荷不间断供电。
具体地，所述本地换流器与邻近换流器进行信息交互，具体包括：
本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，本地换流器VSCi发送给邻近换流器VSCj的交互信息为：
Figure GDA0002425430500000033
ni、Sij，邻近换流器VSCj发送给本地换流器VSCi的交互信息为：
Figure GDA0002425430500000034
nj、Sji，其中，
Figure GDA0002425430500000035
为k时刻本地换流器交流馈线有功功率迭代值，
Figure GDA0002425430500000036
为k时刻邻近换流器交流馈线有功功率迭代值；Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求；ni、nj分别为本地换流器和邻近换流器的邻接换流器个数。
具体地，所述本地换流器基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值
Figure GDA0002425430500000037
具体为：
(1)aij＝Sij&Sji，其中，本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求，aij表示本地换流器与邻近换流器之间的邻接关系，&表示逻辑与运算；
(2)本地换流器邻接换流器个数
Figure GDA0002425430500000038
邻近换流器的邻接换流器个数nj由邻近换流器计算并发送而来；
(3)计算配电网的系统状态转移矩阵D的矩阵元素dij：
Figure GDA0002425430500000041
其中，含n个换流器的系统表示为拓扑图G＝{N，E}，包括换流器集合N及边集合E，所有与换流器VSCi相邻的单元集合称为换流器VSCi的邻接换流器集Ni＝{j|(j,i)∈E},i,j∈N；
(4)计算出本地状态变量Xi的k+1时刻值，计算公式如下：
Figure GDA0002425430500000042
其中，Xi(k+1)表示k+1时刻换流器VSCi所接交流馈线的有功功率Pg，Xj(k)表示k时刻换流器VSCj所接交流馈线的有功功率Pg；
(5)经过延时环节，这一轮计算出来的Xi(k+1)为下一轮的Xi(k)；
(6)重复步骤(1)-(5)，直至所有的换流器所接交流馈线的有功功率的迭代计算值达到全局交流馈线有功功率一致值
Figure GDA0002425430500000043
具体地，所述步骤S4具体包括：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，P*和P的差值、Q*和Q的差值经过调控产生电流内环参考值
Figure GDA0002425430500000044
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，Q*和Q的差值、
Figure GDA0002425430500000045
和Vdc的差值经过调控产生电流内环参考值
Figure GDA0002425430500000046
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，
Figure GDA0002425430500000047
和ud的差值、
Figure GDA0002425430500000048
和uq的差值值经过调控产生电流内环参考值
Figure GDA0002425430500000049
电流内环参考值
Figure GDA00024254305000000410
与换流器交流侧输出电流idq，经过调控、dq-abc变换产生三相调制波参考值
Figure GDA0002425430500000051
Figure GDA0002425430500000052
按脉冲宽度调制方式生成开关管触发信号实现对换流器的调控。
为实现上述目的，第二方面，本发明实施例提供了一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制系统，所述混合配电网中交流馈线与直流馈线通过换流器柔性互联，该控制系统包括：
通信链路用于本地换流器与邻近换流器进行信息交互；
本地换流器控制器分为底层控制和顶层控制，其中，
顶层控制用于采集本地换流器所接交流馈线的有功功率Pg、无功功率Qg，基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值
Figure GDA0002425430500000053
全局交流馈线无功功率一致值
Figure GDA0002425430500000054
置0；
Figure GDA0002425430500000055
与Pg的差值经过调控产生本地换流器输出有功功率参考值P*，
Figure GDA0002425430500000056
与Qg的差值经过调控产生本地换流器输出无功功率参考值Q*；
底层控制用于根据指定的工作模式协调工作，实现对混合配电网的分布式控制，具体为：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，根据P*和Q*对该本地换流器所接交流馈线的有功功率和无功功率进行调控；
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，根据Q*和指定的直流电压参考值
Figure GDA0002425430500000057
稳定本地换流器所接直流馈线电压和补偿交本地换流器所接流馈线无功功率；
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，根据dq坐标系下的交流电压参考值
Figure GDA0002425430500000058
的d轴分量和q轴分量，维持本地换流器所接交流侧电压并为交流侧负荷不间断供电。
具体地，所述通信链路通过本地换流器与邻近换流器进行信息交互，具体包括：
本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，本地换流器VSCi发送给邻近换流器VSCj的交互信息为：
Figure GDA0002425430500000061
ni、Sij，邻近换流器VSCj发送给本地换流器VSCi的交互信息为：
Figure GDA0002425430500000062
nj、Sji，其中，
Figure GDA0002425430500000063
为k时刻本地换流器交流馈线有功功率迭代值，
Figure GDA0002425430500000064
为k时刻邻近换流器交流馈线有功功率迭代值；Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求；ni、nj别为本地换流器和邻近换流器的邻接换流器个数。
具体地，所述顶层控制通过以下步骤实现全局交流馈线有功功率一致值
Figure GDA0002425430500000065
的寻找：
(1)aij＝Sij&Sji，其中，本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求，aij表示本地换流器与邻近换流器之间的邻接关系，&表示逻辑与运算；
(2)本地换流器邻接换流器个数
Figure GDA0002425430500000066
邻近换流器的邻接换流器个数接nj由邻近换流器计算并发送而来；
(3)计算配电网的系统状态转移矩阵D的矩阵元素dij：
Figure GDA0002425430500000071
其中，含n个本地换流器的系统表示为拓扑图G＝{N，E}，包括本地换流器集合N及边集合E，所有与本地换流器VSCi相邻的单元集合称为本地换流器VSCi的邻接单元集Ni＝{j|(j,i)∈E},i,j∈N；
(4)计算出本地状态变量Xi的k+1时刻值，计算公式如下：
Figure GDA0002425430500000072
其中，Xi(k+1)表示k+1时刻换流器VSCi所接交流馈线的有功功率Pg，Xj(k)表示k时刻换流器VSCj所接交流馈线的有功功率Pg；
(5)经过延时环节，这一轮计算出来的Xi(k+1)为下一轮的Xi(k)；
(6)重复步骤(1)-(5)，直至所有的换流器所接交流馈线的有功功率的迭代计算值达到全局交流馈线有功功率一致值
Figure GDA0002425430500000073
具体地，底层控制分为外环控制和内环控制，其中，
外环控制用于根据指定的工作模式产生电流内环参考值
Figure GDA0002425430500000074
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，P*和P的差值、Q*和Q的差值经过调控产生电流内环参考值
Figure GDA0002425430500000075
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，Q*和Q的差值、
Figure GDA0002425430500000076
和Vdc的差值值经过调控产生电流内环参考值
Figure GDA0002425430500000077
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，
Figure GDA0002425430500000078
和ud的差值、
Figure GDA0002425430500000079
和uq的差值值经过调控产生电流内环参考值
Figure GDA00024254305000000710
内环控制用于将电流内环参考值
Figure GDA0002425430500000081
与换流器交流侧输出电流idq，经过调控、dq-abc变换产生三相调制波参考值
Figure GDA0002425430500000082
Figure GDA0002425430500000083
按脉冲宽度调制方式生成开关管触发信号实现对换流器的调控。
为实现上述目的，第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明是基于本地信息量的分布式控制，各换流器间直接形成通讯互联，相较于传统集中式控制，对通讯依赖性更低；
(2)本发明将将一致性算法引入交直流混合配电网的分布式控制中，迭代速度快，馈线功率的快速一致收敛能在负荷及新能源出力变化的过程中抑制馈线节点电压波动而不越限，提高了馈线对新能源的消纳能力；
(3)本发明的底层控制分为并网模式下的功率控制和孤岛模式下的电压控制，当配电网供电结构发生变化时，得益于一致性算法的拓扑结构自适应能力，提出的控制策略能始终保持供电馈线的负荷均衡，避免负荷转供不均引起转供馈线的节点电压跌落越限。
附图说明
图1为本发明提供的混合配电网基本结构图；
图2为本发明实施例提供的换流器VSC控制器示意图；
图3为本发明实施例提供的换流器底层控制结构框图，图3(a)为外环控制框图，图3(b)为内环控制框图；
图4为本发明实施例提供的D矩阵构造方式的一致性迭代算法的实现逻辑图；
图5为本发明实施例提供的交流馈线负荷均衡算例仿真图；
图6为本发明实施例提供的负荷及分布式能源有功出力曲线图；
图7为本发明实施例提供的3条交流馈线有功功率日变化曲线图，图7(a)为未施加均衡控制策略的3条馈线有功功率曲线图，图7(b)为施加基于一致性迭代算法的馈线负荷均衡优化策略后的有功功率曲线图；
图8为本发明实施例提供的优化前和优化后3条馈线的负荷均衡度日变化曲线图；
图9为本发明实施例提供的交流馈线节点电压波动曲线图，图9(a)为优化前节点电压日变化曲线图，图9(b)为优化后节点电压日变化曲线图；
图10为本发明实施例提供的供电结构变化自适应案例仿真图；
图11为本发明实施例提供的配电网供电结构变化下的时间-馈线功率曲线图；
图12为本发明实施例提供的配电网供电结构变化下的时间-馈线节点电压曲线图，图12(a)为优化前节点电压，图12(b)为优化后节点电压。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所采用的技术方案是：将一致性迭代算法与换流器基本控制相结合，提出一种基于一致性迭代算法的换流器分布式控制方法。其中，顶层控制采集换流器所接交流馈线的负荷信息，并通过通信链路与邻近换流器控制器进行信息交互，然后利用一致性迭代算法寻得全局馈线功率一致值。全局馈线功率一致值与馈线功率经过PI控制器的调控生成换流器输出功率参考值并下发至底层控制。底层控制分为并网模式下的功率控制和孤岛模式下的电压控制。并网模式下底层控制精确控制流过换流器的功率以实现换流器的潮流调控能力，结合顶层控制使配电网内负荷及新能源出力在几条馈线间平均分配，改善配电网馈线负荷均衡度。当某条交流馈线发生故障而导致失电，对应端口的换流器进入孤岛运行模式，此时底层控制维持换流器交流侧的输出电压，为交流馈线上的本地负荷不间断供电，结合顶层控制实现失电负荷的转供优化。
一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法，所述混合配电网中交流馈线与直流馈线通过换流器柔性互联，该方法包括以下步骤：
S1.本地换流器控制器与邻近换流器控制器通过通信链路进行信息交互，并采集本地换流器所接交流馈线的有功功率Pg、无功功率Qg；
S2基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值
Figure GDA0002425430500000111
无功功率一致值
Figure GDA0002425430500000112
直接置0；
S3.
Figure GDA0002425430500000113
与Pg的差值经过调控产生换流器输出有功功率参考值P*，
Figure GDA0002425430500000114
与Qg的差值经过调控产生换流器输出无功功率参考值Q*；
S4.混合配电网中不同换流器根据指定的工作模式协调工作，实现对混合配电网的分布式控制，具体为：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，根据P*和Q*对该本地换流器所接交流馈线的有功功率和无功功率进行调控；工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，根据Q*和指定的直流电压参考值
Figure GDA0002425430500000115
稳定本地换流器所接直流馈线电压和补偿交本地换流器所接流馈线无功功率；工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，根据dq坐标系下的交流电压参考值
Figure GDA0002425430500000116
的d轴分量和q轴分量，维持本地换流器所接交流侧电压并为交流侧负荷不间断供电。
如图1所示，交直流混合配电网由3条交流馈线AC与1条直流馈线DC组成。交流馈线接有本地交流负荷及并网新能源发电单元(风机和/或光伏)，直流馈线上接有直流负荷、新能源发电单元(风机和/或光伏)及蓄电池储能系统。交流馈线与直流馈线通过3个电压源型换流器(Voltage Source Converter，VSC)柔性互联。换流器可以实现功率双向流动、直流侧电压支撑及交流侧馈线故障下负荷的不间断供电。交直流混合配电网稳态运行过程中，换流器的功率调控作用可以优化整个配网系统的运行状态。
每个换流器都对应一个控制器，整个交直流混合配电网有3个换流器，对应3个控制器。如图2所示，VSC控制器分为两层：控制换流器功率(或电压)的底层控制和基于一致性迭代算法的顶层控制。
本地换流器VSCi控制器的顶层与邻近换流器VSCj控制器的顶层通过通信链路进行信息交互。以本地换流器所接交流馈线有功功率Pg为状态量，基于交互信息，进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值
Figure GDA0002425430500000121
全局交流馈线无功功率应被换流器完全补偿，因此无功功率一致值
Figure GDA0002425430500000122
直接置0。
本地换流器VSCi控制器的顶层采集本地换流器所接交流馈线的功率信息Pg、Qg。
Figure GDA0002425430500000123
与Pg经过PI(Proportional Integral，比例积分)控制器的调控产生换流器输出有功功率参考值P*，
Figure GDA0002425430500000124
与Qg经过PI控制器的调控产生换流器输出无功功率参考值Q*，并将P*和Q*下发至底层控制。
底层控制为双环控制结构——外环控制和内环控制，双环均工作于dq旋转坐标系下。底层的外环接收到顶层控制下发的功率参考值P*和Q*，并根据本地换流器被指定的工作模式，与换流器交流侧输出有功功率P和无功功率Q，或者换流器直流侧电压Vdc和换流器交流侧输出无功功率Q，或者换流器交流侧输出电压udq的d轴分量ud和q轴分量uq，经过控制外环中PI控制器的调控产生电流内环参考值
Figure GDA0002425430500000125
电流内环参考值
Figure GDA0002425430500000126
与换流器交流侧输出电流idq，经过电流内环中PI控制器的调控产生dq轴调制信号
Figure GDA0002425430500000127
再经过dq-abc变换产生三相调制波参考值
Figure GDA0002425430500000128
三相调制波参考值按脉冲宽度调制方式(PWM)生成开关管触发信号实现对换流器的调控。
如图3(a)所示，X*与X的差值经过PI控制器的调控产生
Figure GDA0002425430500000129
Y*与Y的差值经过PI控制器的调控产生
Figure GDA00024254305000001210
其中，X*为X的参考值，Y*为Y的参考值。
外环控制功能分为并网模式下的功率控制(恒有功功率恒无功功率控制、恒直流电压恒无功功率控制)和孤岛模式下的电压控制(恒压恒频控制)。忽略各种控制模式下的解耦项，根据控制功能的不同，d轴和q轴控制量可分为：
1)恒有功功率恒无功功率(PQ)控制——X＝P，Y＝Q；
2)恒直流电压恒无功功率(VdcQ)控制——X＝Vdc，Y＝Q；
3)恒压恒频(UF)控制——X＝ud，Y＝uq；
其中，P为换流器交流侧输出有功功率，Q为换流器交流侧输出无功功率；Vdc为换流器直流侧电压，ud为换流器交流侧输出电压udq的d轴分量，uq为换流器交流侧输出电压udq的q轴分量。
外环输出为电流内环的参考值
Figure GDA0002425430500000131
电流内环根据参考值对换流器注入交流馈线的电流进行调节。如图3(b)所示，内环参考值
Figure GDA0002425430500000132
Figure GDA0002425430500000133
分别与VSC交流侧输出电流的d轴分量id、q轴分量iq做差值运算，差值经过PI控制器调控产生dq轴调制信号
Figure GDA0002425430500000134
一致性迭代算法介绍
含n个可控单元的系统可表示为拓扑图G＝{N，E}，包括可控单元集合N＝{1,2,…，n}及边集合E，所有与单元i相邻的单元集合称为单元i的邻接单元集Ni＝{j|(j,i)∈E},i,j∈N。令xi表示单元i的状态变量，一致性迭代算法的公式表示为：
X(k+1)＝D·X(k) (1)
式中，X(k)＝[x1(k) x2(k) … xn(k)]T表示k时刻系统所有单元的状态量，矩阵D为系统状态转移矩阵。当矩阵D满足双随机矩阵，即矩阵的行元素和与列元素和都是1的非负矩阵，则存在对应特征值为1的左右特征向量v、w满足vT·D＝vT，D·w＝w，wT·v＝1。其中，v＝e/n，w＝e，e为元素全为1的n维列向量，且满足
Figure GDA0002425430500000141
根据一致性迭代算法矩阵表达式可得：
Figure GDA0002425430500000142
系统所有单元的状态变量收敛于初始值的均值，实现一致性。
为了满足相关单元即插即拔的需求，状态转移矩阵D应使算法具备网络拓扑结构自适应的能力，其元素构造过程应与网络结构的变化相关。结合上述矩阵D应满足双随机矩阵的前提，本发明采用下式构造D矩阵：
Figure GDA0002425430500000143
式中，ni、nj别为单元i和单元j的邻接单元个数。由式(2)可知，这种构造方法要求每个单元向相邻单元广播自身的邻接单元个数。当网络单元i处拓扑发生变化时，单元i的本地邻接单元个数ni会发生相应改变，单元i根据式(2)更新本地状态转移矩阵D并将新的ni广播给相邻单元，相邻单元接收到变动后的ni后同样根据式(2)更新本地状态转移矩阵D。如此，任意单元在只处理本地状态量以及仅与相邻单元交互的情况下，能对网络任意处拓扑结构的变化发生反应。
如图4所示，Sij与Sji经过与门输出为aij，其中，Sij定义为单元i对单元j的通信连接需求，由本地单元i指定；Sji定义为单元j对单元i的通信连接需求，由网络其余单元j指定并发送而来；aij表示单元i与单元j之间的邻接关系，值为1表示两单元相邻，即j∈Ni，值为0表示两单元不相邻。因此只有当两单元间互相均有通信连接需求时双方的邻接关系才会被确立，这样的设置有利于适应单元的随机投切。
本地邻接单元个数
Figure GDA0002425430500000151
接收到的网络其余单元邻接单元个数nj由网络其余单元j计算并发送而来。
由式(2)可知，矩阵D的元素dij的值取决于ni与nj，同时，单元i和j之间的邻接关系aij决定D矩阵元素dij的取值方式。各单元更新完状态转移矩阵D之后，再由式(1)迭代计算出本地状态变量xi的k+1时刻值，计算公式如下：
Figure GDA0002425430500000152
其中，Xi(k)表示k时刻单元i的状态量。经过延时环节z-1，这一轮计算出来的Xi(k+1)为下一轮的Xi(k)。
如图5所示，为了验证一致性迭代算法的交流馈线负荷均衡控制能力，以交直流混合配电网为例进行仿真验证。仿真中导线采用LGJ-120架空线，3条交流线路长度均为5km。交流馈线电压10kV，容量为10MVA，直流馈线电压20kV。稳态工作时，VSC1指定为工作于恒VdcQ控制，VSC2与VSC3指定为工作于恒PQ控制。以本地VSC所接交流馈线有功功率Pg为状态量进行一致性迭代，3条馈线上VSC的控制系统的通信链路环状互联，并相互传递一致性迭代算法所需的信息量，交互信息含馈线有功功率迭代值
Figure GDA0002425430500000153
邻接换流器个数ni、通信连接需求Sij。3条交流馈线上均接有负荷，同时馈线1配置光伏发电，馈线2配置风力发电。
如图6所示，一天24h中风机出力在9:00-18:00期间较少，其余时间较为充足；光伏出力在11:00-17:00期间较为充足，其余时间则较少。3条馈线负荷中，馈线1负荷与馈线2负荷波动较小近似于恒功率负荷；馈线3负荷波动较大并具有时效性，白天负荷增多而晚上负荷减轻。
假设各VSC均能完全补偿对应交流馈线上的无功负荷需求，本发明着重讨论交流馈线有功负荷的均衡优化。以3个VSC及其控制系统作为一致性迭代算法中的可控单元，3条交流馈线首端有功功率Pg作为各可控单元的状态变量进行一致性收敛。
如图7(a)所示，负载及新能源的分布不均将导致3条交流馈线的功率不均，极易产生轻载和重载的情况。馈线1与馈线2分别配置有光伏发电和风力发电，馈线功率在新能源出力充足的时候会反向注入电网。馈线3没有配置新能源，在用电高峰期时馈线重载甚至超载运行。如图7(b)所示，施加优化策略后3条馈线有功功率基本保持一致，均没有出现重载或超载运行情况，新能源得到本地消纳而无需注入大电网。
馈线负荷均衡度是指电网中多条馈线负荷率的分布情况，评估指标如式(4)所示：
Figure GDA0002425430500000161
其中，NF为区域内馈线条数，Si表示第i条馈线的负荷率，
Figure GDA0002425430500000162
为NF条馈线的平均负荷率。
如图8所示，优化前，由于负荷和新能源出力的实时波动性，导致3条馈线均衡度偏低且波动明显，而优化后的馈线均衡度基本维持在1。因此基于一致性迭代算法的优化控制策略能有效提高馈线的负荷均衡度。
分布式电源的接入会引起配电网节点电压的波动，过高的电压波动不仅会使供电质量降低，还会造成光伏和风电的大面积脱网，影响新能源的接入。分布式电源的大面积脱网会对电网造成冲击，不利于电网的稳定运行。
所选节点均为馈线上VSC的并网点，如图9(a)所示，当3条馈线独立运行时，馈线1在10:00-16:00时段由于光伏出力较大导致节点电压升高越限。同理，馈线2在0:00-7:00时段和18:00-24:00时段由于风电出力较大同样导致节点电压升高越限。馈线3在7:00-18:00时段由于用电高峰导致节点电压过低而产生越限风险。如图9(b)所示，采用基于一致性迭代算法的优化策略后，3条馈线上的节点电压稳定控制在正常波动范围内。因此，所提的基于一致性迭代算法的交流馈线负荷均衡控制策略可以有效抑制馈线电压的波动越限，有利于分布式电源的接入。
如图10所示，为了验证一致性迭代算法对配电网供电结构变化的自适应能力，3条交流馈线上负荷均设置为恒有功负荷，大小分别为P1＝2MW，P2＝3MW，P3＝7MW。稳态工作时，VSC1工作于恒VdcQ控制，VSC2与VSC3工作于恒PQ控制。某时刻馈线3发生故障，断路器S3断开切除故障，负荷3失电。为了维持负荷3的供电，此时VSC3由并网工作模式下的恒PQ控制转为孤岛工作模式下的恒UF控制。配电网供电结构变为由馈线1与馈线2为3个负荷供电。仿真结果如图11和图12所示。
如图11所示，0.3s时将所有单元的连接需求Sij置1，3个单元环状互联并在一致性迭代算法的调控下使馈线功率达到均衡。0.6s时馈线3发生故障，断路器S3断开，此时VSC3由并网工作模式切换到孤岛工作模式为负荷3不间断供电。由于馈线3的供电切除，单元3退出一致性收敛网络并将S31与S32置0发送给单元1与单元2，此时配电网供电结构变为由馈线1与馈线2一起为3条馈线上负荷供电。0.9s时故障清除，断路器S3闭合，VSC3由孤岛工作模式转回并网工作模式。单元3将S32置1，通过单元2重新接入通信网络，3个单元链状互联，3条馈线功率重新得到均衡，配电网供电结构变回由3条馈线为3条馈线上负荷均衡供电。
所选节点均为馈线上VSC的并网点。比较图12(a)与图12(b)可以看出，未引入一致性迭代算法时，馈线3上负荷完全由工作在恒直流电压恒无功功率模式的VSC1转供，过大的转供量将引起馈线1上节点电压跌落越下限，而一致性迭代算法的引入使馈线1与馈线2共同承担馈线3上断电负荷的转供，两条馈线上的电压均没有越限。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法，所述混合配电网中交流馈线与直流馈线通过换流器柔性互联，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1.本地换流器与邻近换流器进行信息交互，并采集本地换流器所接交流馈线的有功功率Pg、无功功率Qg；
S2.本地换流器基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值
Figure FDA0002446725480000011
全局交流馈线无功功率一致值
Figure FDA0002446725480000012
置0；
S3.
Figure FDA0002446725480000013
与Pg的差值经过调控产生本地换流器输出有功功率参考值P*，
Figure FDA0002446725480000014
与Qg的差值经过调控产生本地换流器输出无功功率参考值Q*；
S4.混合配电网中不同本地换流器根据指定的工作模式协调工作，实现对混合配电网的分布式控制，具体为：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，根据P*和Q*对该本地换流器所接交流馈线的有功功率和无功功率进行调控；
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，根据Q*和指定的直流电压参考值
Figure FDA0002446725480000015
稳定本地换流器所接直流馈线电压和补偿本地换流器所接交流馈线无功功率；
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，根据dq坐标系下的交流电压参考值
Figure FDA0002446725480000016
的d轴分量和q轴分量，维持本地换流器所接交流侧电压并为交流侧负荷不间断供电；
所述本地换流器基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值
Figure FDA0002446725480000021
具体为：
(1)aij＝Sij&Sji，其中，本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求，aij表示本地换流器与邻近换流器之间的邻接关系，&表示逻辑与运算；
(2)本地换流器的邻接换流器个数
Figure FDA0002446725480000022
邻近换流器的邻接换流器个数nj由邻近换流器计算并发送而来；
(3)计算配电网的系统状态转移矩阵D的矩阵元素dij：
Figure FDA0002446725480000023
其中，含n个本地换流器的系统表示为拓扑图G＝{N，E}，包括本地换流器集合N及边集合E，所有与本地换流器VSCi相邻的单元集合称为本地换流器VSCi的邻接换流器集合Ni＝{j|(j,i)∈E},i,j∈N；
(4)计算出本地状态变量Xi的k+1时刻值，计算公式如下：
Xi(k+1)＝∑j∈Ndij×Xj(k)
其中，Xi(k+1)表示k+1时刻本地换流器VSCi所接交流馈线的有功功率Pg，Xj(k)表示k时刻邻近换流器VSCj所接交流馈线的有功功率Pg；
(5)经过延时环节，这一轮计算出来的Xi(k+1)为下一轮的Xi(k)；
(6)重复步骤(1)-(5)，直至所有的本地换流器所接交流馈线的有功功率的迭代计算值达到全局交流馈线有功功率一致值
Figure FDA0002446725480000031
2.如权利要求1所述的混合配电网分布式控制方法，其特征在于，所述本地换流器与邻近换流器进行信息交互，具体包括：
本地换流器VSCi发送给邻近换流器VSCj的交互信息为：
Figure FDA0002446725480000032
ni、Sij，邻近换流器VSCj发送给本地换流器VSCi的交互信息为：
Figure FDA0002446725480000033
nj、Sji，其中，
Figure FDA0002446725480000034
为k时刻本地换流器交流馈线有功功率迭代值，
Figure FDA0002446725480000035
为k时刻邻近换流器交流馈线有功功率迭代值。
3.如权利要求1所述的混合配电网分布式控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，P*和P的差值、Q*和Q的差值经过调控产生电流内环参考值
Figure FDA0002446725480000036
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，Q*和Q的差值、
Figure FDA0002446725480000037
和Vdc的差值经过调控产生电流内环参考值
Figure FDA0002446725480000038
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，
Figure FDA0002446725480000039
和ud的差值、
Figure FDA00024467254800000310
和uq的差值经过调控产生电流内环参考值
Figure FDA00024467254800000311
电流内环参考值
Figure FDA00024467254800000312
与本地换流器交流侧输出电流idq，经过调控、dq-abc变换产生三相调制波参考值
Figure FDA00024467254800000313
Figure FDA00024467254800000314
按脉冲宽度调制方式生成开关管触发信号实现对本地换流器的调控，
其中，P为本地换流器交流侧输出有功功率，Q为本地换流器交流侧输出无功功率，Vdc为本地换流器直流侧电压，ud和uq分别为本地换流器交流侧输出电压udq的d轴分量和q轴分量，
Figure FDA0002446725480000041
和
Figure FDA0002446725480000042
分别为
Figure FDA0002446725480000043
的d轴分量和q轴分量。
4.一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制系统，所述混合配电网中交流馈线与直流馈线通过换流器柔性互联，其特征在于，该控制系统包括：
通信链路用于本地换流器与邻近换流器进行信息交互；
本地换流器控制器分为底层控制和顶层控制，其中，
顶层控制用于采集本地换流器所接交流馈线的有功功率Pg、无功功率Qg，基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值
Figure FDA0002446725480000044
全局交流馈线无功功率一致值
Figure FDA0002446725480000045
置0；
Figure FDA0002446725480000046
与Pg的差值经过调控产生本地换流器输出有功功率参考值P*，
Figure FDA0002446725480000047
与Qg的差值经过调控产生本地换流器输出无功功率参考值Q*；
底层控制用于根据指定的工作模式协调工作，实现对混合配电网的分布式控制，具体为：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，根据P*和Q*对该本地换流器所接交流馈线的有功功率和无功功率进行调控；
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，根据Q*和指定的直流电压参考值
Figure FDA0002446725480000048
稳定本地换流器所接直流馈线电压和补偿本地换流器所接交流馈线无功功率；
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，根据dq坐标系下的交流电压参考值
Figure FDA0002446725480000049
的d轴分量和q轴分量，维持本地换流器所接交流侧电压并为交流侧负荷不间断供电；
所述本地换流器基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值
Figure FDA0002446725480000051
具体为：
(1)aij＝Sij&Sji，其中，本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求，aij表示本地换流器与邻近换流器之间的邻接关系，&表示逻辑与运算；
(2)本地换流器的邻接换流器个数
Figure FDA0002446725480000052
邻近换流器的邻接换流器个数nj由邻近换流器计算并发送而来；
(3)计算配电网的系统状态转移矩阵D的矩阵元素dij：
Figure FDA0002446725480000053
其中，含n个本地换流器的系统表示为拓扑图G＝{N，E}，包括本地换流器集合N及边集合E，所有与本地换流器VSCi相邻的单元集合称为本地换流器VSCi的邻接换流器集合Ni＝{j|(j,i)∈E},i,j∈N；
(4)计算出本地状态变量Xi的k+1时刻值，计算公式如下：
Xi(k+1)＝∑j∈Ndij×Xj(k)
其中，Xi(k+1)表示k+1时刻本地换流器VSCi所接交流馈线的有功功率Pg，Xj(k)表示k时刻邻近换流器VSCj所接交流馈线的有功功率Pg；
(5)经过延时环节，这一轮计算出来的Xi(k+1)为下一轮的Xi(k)；
(6)重复步骤(1)-(5)，直至所有的本地换流器所接交流馈线的有功功率的迭代计算值达到全局交流馈线有功功率一致值
Figure FDA0002446725480000061
5.如权利要求4所述的混合配电网分布式控制系统，其特征在于，所述通信链路通过本地换流器与邻近换流器进行信息交互，具体包括：
本地换流器VSCi发送给邻近换流器VSCj的交互信息为：
Figure FDA0002446725480000062
ni、Sij，邻近换流器VSCj发送给本地换流器VSCi的交互信息为：
Figure FDA0002446725480000063
nj、Sji，其中，
Figure FDA0002446725480000064
为k时刻本地换流器交流馈线有功功率迭代值，
Figure FDA0002446725480000065
为k时刻邻近换流器交流馈线有功功率迭代值。
6.如权利要求4所述的混合配电网分布式控制系统，其特征在于，底层控制分为外环控制和内环控制，其中，
外环控制用于根据指定的工作模式产生电流内环参考值
Figure FDA0002446725480000066
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，P*和P的差值、Q*和Q的差值经过调控产生电流内环参考值
Figure FDA0002446725480000067
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，Q*和Q的差值、
Figure FDA0002446725480000068
和Vdc的差值经过调控产生电流内环参考值
Figure FDA0002446725480000069
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，
Figure FDA00024467254800000610
和ud的差值、
Figure FDA00024467254800000611
和uq的差值经过调控产生电流内环参考值
Figure FDA00024467254800000612
内环控制用于将电流内环参考值
Figure FDA00024467254800000613
与本地换流器交流侧输出电流idq，经过调控、dq-abc变换产生三相调制波参考值
Figure FDA00024467254800000614
Figure FDA00024467254800000615
按脉冲宽度调制方式生成开关管触发信号实现对本地换流器的调控，
其中，P为本地换流器交流侧输出有功功率，Q为本地换流器交流侧输出无功功率，Vdc为本地换流器直流侧电压，ud和uq分别为本地换流器交流侧输出电压udq的d轴分量和q轴分量，
Figure FDA0002446725480000071
和
Figure FDA0002446725480000072
分别为
Figure FDA0002446725480000073
的d轴分量和q轴分量。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的混合配电网分布式控制方法。
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