CN109494714B - 一种协调分布式潮流控制器多目标控制的优化方法 - Google Patents

一种协调分布式潮流控制器多目标控制的优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于智能电网运行与稳定控制技术领域。具体涉及一种协调分布式潮流控制器多目标控制的优化方法，以保障分布式潮流控制器功能的有效发挥。具体是：选取DPFC各控制器中控制变量与其相应的控制器设定参考值的积分作为性能指标，建立多目标函数，并以控制器的取值范围作为约束条件，继而采用遗传算法进行求解得到可以最大化的满足系统控制目标的需要的最优解，本文所提多目标协调优化控制方法使DPFC控制器的控制性能得到了提升，同时减弱了DPFC多串联变流器间的交互影响程度。

Description

一种协调分布式潮流控制器多目标控制的优化方法
技术领域
本发明属于智能电网运行与稳定控制技术领域。具体涉及一种协调分布式潮流控制器多目标控制的优化方法，以保障分布式潮流控制器功能的有效发挥。
背景技术
分布式潮流控制器(Distributed Power Flow Controller，DPFC)的结构框图如图1所示，包括串联侧单相变流器，并联侧三相变流器VSC1和单相变流器VSC2，输电线路作为串并联间有功功率传输的通道，共同完成系统潮流调控等作用。
图1中，VSC1为并联侧三相变流器，VSC2为并联侧单相变流器，T1、T2为变压器。DPFC并联侧VSC1的功能不仅为向系统注入无功功率以维持系统母线电压为控制目标值，还需维持并联侧直流电容为控制目标值；VSC2的功能需从VSC1处吸收足够系统潮流调控所需的有功功率，而该有功功率体现的形式则为串联侧直流电容电压的恒定；串联侧变流器不仅需要向系统发出潮流调控所需的有功无功功率，还需维持装置本身正常工作时直流电容电压的恒定。现有的研究方法均是各个目标独立对应一个自己的控制器，没有考虑彼此间的协调工作，从而直接影响DPFC功能的有效发挥，本发明提出抑制DPFC串联侧多变流器间交互耦合程度的方法，以期为DPFC的工程应用奠定基础。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种协调分布式潮流控制器多目标控制的优化方法，其特征在于，包括：
步骤1、获取多目标控制的优化计算中所需的串联侧注入线路中多个目标值；
步骤2、确定多目标控制的优化计算中的目标函数及其约束条件；
步骤3、将步骤1中获取的多个目标值代入目标函数后结合约束条件进行多目标优化求解后得到kp1、kp2、kp3、kp4后输入至PI控制器后能够优化协调各控制目标。
在上述的一种协调分布式潮流控制器多目标控制的优化方法，所述步骤2中，目标函数及其约束条件基于以下公式：
Figure BDA0001863145550000021
其中，x取kp1、kp2、kp3、kp4；
其中，Kp1、Kp2、Kp3、Kp4为控制器的比例系数，DPFC并联侧接入的母线电压定义为Vs，将DPFC串联侧注入的电压定义为Vse，串串联侧直流电容电压定义为Vdc,se，并联侧直流电容电压定义为Vdc,sh。
在上述的一种协调分布式潮流控制器多目标控制的优化方法，求解过程具体包括以下步骤：
步骤1、将DPFC并联侧接入的母线电压定义为Vs，将DPFC串联侧注入的电压定义为Vse，串联侧直流电容电压定义为Vse,dc，并联侧直流电容电压定义为Vsh,dc，定义Vse、Vse,dc、Vsh,dc的给定参考值为Vseref、Vse,dcref、Vsh,dcref，得到
Figure BDA0001863145550000031
步骤2、将(1)式代入目标函数后进行多目标优化求解，具体过程包括；
步骤2.1、设定一个包含M个染色体的种群，将其初始化；单个染色体的个体用浮点方式编码，即{Kp1、Kp2、Kp3、Kp4、Kp5、Ki1、Ki2、Ki3、Ki4、Ki5}，同时设置好进化的代数；
步骤2.2、对染色体解码并计算出目标函数的值，用Pareto排序，确定初始适应度；
步骤2.3、对染色体选择、复制，重新形成新的种群；
步骤2.4、新种群的个体进行交叉、变异等操作后，与原先种群合并，选出最优的个体；
步骤2.5、种群一代的进化，直至达到最大代数终止，输出Pareto最优点；否则，回到步骤2，循环寻找最优Pareto点；步骤3、得到kp1、kp2、kp3、kp4后输入至PI控制器后能够优化协调各控制目标。
在上述的一种协调分布式潮流控制器多目标控制的优化方法，所述步骤3中，PI控制器具体定义包括：
定义一、潮流控制器
Figure BDA0001863145550000032
定义二、首端电压控制器
Figure BDA0001863145550000033
定义三、直流电容电压控制器
Figure BDA0001863145550000034
Figure BDA0001863145550000041
其中，Kpk和Kik(k＝1,2...4)分别为控制器的比例系数和积分系数，Vse,ref、Vs,ref、Vdc,se,ref和Vdc,sh,ref分别为串联侧注入线路中的电压目标值、首端电压目标值、串联侧和并联侧直流电容电压目标值，Vse、Vs、Vdc,se和Vdc,sh分别为串联侧注入电压的实测值、首端电压实测值、串联和并联侧直流电容电压的实测值。
因此，本发明具有如下优点：1.采用一种多目标协调优化算法，使DPFC控制器的控制性能得到了提升；2.减弱了DPFC多串联变流器间的负相消程度，以保障DPFC功能的有效发挥。
附图说明
附图1是DPFC结构框图。
附图2是DPFC的详细电压源等效模型图。
附图3是本发明涉及的多目标优化求解过程示意图。
附图4是本发明实施例中装有DPFC的单机无穷大系统结构图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
一、首先介绍下本发明的方法原理。
本发明采用受控电压源作为DPFC的等效模型，如图2所示。其中，
Figure BDA0001863145550000042
Figure BDA0001863145550000043
分别为线路首端及末端电压，
Figure BDA0001863145550000044
分别为DPFC串联侧基波与三次谐波注入线路的电压，P1、Q1分别为线路首端有功和无功功率，PL、QL分别为线路末端有功和无功功率，
Figure BDA0001863145550000051
分别为DPFC串联侧基波和3次谐波电压源注入线路的电流，
Figure BDA0001863145550000052
分别为并联侧的基波和3次谐波电压源注入线路的电流，
Figure BDA0001863145550000053
为DPFC注入线路首端的基波电流，IL为线路电流，XT、XT'为变压器电抗，XL为线路电抗，Xsh、Xsh3为DPFC并联侧的等效基波和3次谐波电抗。
现有的DPFC的潮流、首端电压和串联侧直流电容电压均采用如下所示的PI控制器：
(1)潮流控制器
Figure BDA0001863145550000054
(2)首端电压控制器
Figure BDA0001863145550000055
(3)直流电容电压控制器
Figure BDA0001863145550000056
Figure BDA0001863145550000057
其中，Kpk和Kik(k＝1,2...4)分别为控制器的比例系数和积分系数，Vse,ref、Vs,ref、Vdc,se,ref和Vdc,sh,ref分别为串联侧注入线路中的电压目标值、首端电压目标值、串联侧和并联侧直流电容电压目标值，Vse、Vs、Vdc,se和Vdc,sh分别为串联侧注入电压的实测值、首端电压实测值、串联和并联侧直流电容电压的实测值。
在式(1)-(4)中，关键参量为Vse、Vdc,se和Vdc,sh，所以，本发明提出将上述控制器设定参考值的方差积分作为性能指标，其对应的协调优化多目标函数形式则表示为：
Figure BDA0001863145550000061
约束条件为：
Figure BDA0001863145550000062
为优化式(5)的多目标，本发明构建如下多目标性能指标，形成染色体编组集合：
Figure BDA0001863145550000063
本发明提出联立(5)、(6)、(7)式，得到如下多目标优化问题的方程，
Figure BDA0001863145550000064
式中，x取kp1、kp2、kp3、kp4。
式(8)的解为所求多目标优化问题的解，本发明提出采用如下步骤进行求解：
二、下面以图4所示系统为例进行实施步骤说明。
图中，系统电压等级为0.38kV，发电端电源电压为0.38kV，电压相角为8.7°，内阻为电阻1Ω，电感0.1H；受电端电源电压为0.38kV，电压相角为0°；两线路阻抗均为0.279+j3.99Ω，变压器变比均为1:1，且均为Y-Δ型；线路末端接有电阻为0.5Ω的电阻，DPFC安装于线路L1上。线路上的有功潮流为0.1kW，无功潮流为-0.1kVar。
第一步：对图4所示系统，将DPFC并联侧接入的母线电压定义为Vs，将DPFC串联侧注入的电压定义为Vse，串联侧直流电容电压定义为Vse,dc，并联侧直流电容电压定义为Vsh,dc。
第二步：定义Vse、Vse,dc、Vsh,dc的给定参考值为Vseref、Vse,dcref、Vsh,dcref，得到
Figure BDA0001863145550000071
第三步：将(9)式代入式(8)；
第四步：定义
Figure BDA0001863145550000072
第五步：针对图4，选取交叉概率为0.8，变异概率为0.07，种群规模为50，最大优化代数为50；
第六步：按照图3过程，算出kp1＝0.8、kp2＝0.06、kp3＝0.6、kp4＝0.05；
第七步：将kp1＝0.8、kp2＝0.06、kp3＝0.6、kp4＝0.05代入式(1)-式(4)；
第八步：将DPFC投入运行。
如此，可达到优化协调各控制目标。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种协调分布式潮流控制器多目标控制的优化方法，其特征在于，包括：
步骤1、获取多目标控制的优化计算中所需的串联侧注入线路中多个目标值；
步骤2、确定多目标控制的优化计算中的目标函数及其约束条件；
步骤3、将步骤1中获取的多个目标值代入目标函数后结合约束条件进行多目标优化求解后得到kp1、kp2、kp3、kp4后输入至PI控制器后能够优化协调各控制目标，求解过程具体包括以下步骤：
步骤1、将DPFC并联侧接入的母线电压定义为Vs，将DPFC串联侧注入的电压定义为Vse，串联侧直流电容电压定义为Vse,dc，并联侧直流电容电压定义为Vsh,dc，定义Vse、Vse,dc、Vsh,dc的给定参考值为Vseref、Vse,dcref、Vsh,dcref，得到
Figure FDA0003439272710000011
步骤2、将(1)式代入目标函数后进行多目标优化求解，具体过程包括；
步骤2.1、设定一个包含M个染色体的种群，将其初始化；单个染色体的个体用浮点方式编码，即{Kp1、Kp2、Kp3、Kp4、Kp5、Ki1、Ki2、Ki3、Ki4、Ki5}，同时设置好进化的代数；
步骤2.2、对染色体解码并计算出目标函数的值，用Pareto排序，确定初始适应度；
步骤2.3、对染色体选择、复制，重新形成新的种群；
步骤2.4、新种群的个体进行交叉、变异等操作后，与原先种群合并，选出最优的个体；
步骤2.5、种群一代的进化，直至达到最大代数终止，输出Pareto最优点；否则，回到步骤2，循环寻找最优Pareto点；步骤3、得到kp1、kp2、kp3、kp4后输入至PI控制器后能够优化协调各控制目标。
2.根据权利要求1所述的一种协调分布式潮流控制器多目标控制的优化方法，其特征在于，所述步骤2中，目标函数及其约束条件基于以下公式：
Figure FDA0003439272710000021
其中，x取kp1、kp2、kp3、kp4；
其中，Kp1、Kp2、Kp3、Kp4为控制器的比例系数，DPFC并联侧接入的母线电压定义为Vs，将DPFC串联侧注入的电压定义为Vse，串串联侧直流电容电压定义为Vdc,se，并联侧直流电容电压定义为Vdc,sh。
3.根据权利要求1所述的一种协调分布式潮流控制器多目标控制的优化方法，其特征在于，所述步骤3中，PI控制器具体定义包括：
定义一、潮流控制器
Figure FDA0003439272710000022
定义二、首端电压控制器
Figure FDA0003439272710000023
定义三、直流电容电压控制器
Figure FDA0003439272710000024
Figure FDA0003439272710000025
其中，Kpk和Kik(k＝1,2...4)分别为控制器的比例系数和积分系数，Vse,ref、Vs,ref、Vdc,se,ref和Vdc,sh,ref分别为串联侧注入线路中的电压目标值、首端电压目标值、串联侧和并联侧直流电容电压目标值，Vse、Vs、Vdc,se和Vdc,sh分别为串联侧注入电压的实测值、首端电压实测值、串联和并联侧直流电容电压的实测值。
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