CN109546685B - 一种分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配电网分布式优化控制的技术领域，特别涉及一种分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法，具体是将配电网内分布式电源分为一个功率控制组和多个电压控制组，各个电压控制组利用分布式一致性算法交换有功功率利用率，实现对某个节点电压的优化控制；功率控制组利用利用分布式一致性算法交换有功功率利用率，将配电网与外部电网交换的有功功率控制为给定值。该优化控制方法以分布式方式实现配电网多个目标的优化控制，具有可扩展性强，鲁棒性高和可靠性高的优化，非常适用于高渗透率分布式电源接入的配电网优化运行。

Description

一种分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法

技术领域

本发明涉及配电网分布式优化控制的技术领域，特别涉及分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法。

技术背景

大量分布式电源接入是未来配电网发展必然面临的局面。传统基于SCDA系统的集中控制方式存在数据采集和处理量大、可扩展性差和可靠性不高的缺点，无法继续在大量分布式电源接入的配电网优化控制中发挥作用。分布式优化控制方法无需集中控制器，具有很强的系统可扩展性和控制鲁棒性，已在无人机编队控制、机器人协调合作控制等工程领域得到了较广泛的应用。

本发明的分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法，将一个配电网内的分布式电源分为一个功率控制组和多个电压控制组，每个组内的分布式电源通过各组的局部通信网络交换有功功率利用率信息，采用分布式一致性算法计算有功出力参考值，其中各电压控制组进行实现对某个节点电压的优化控制，功率控制组实现配电网与外部电网交换有功功率的控制。

本发明的分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法，有效利用了一致性算法以分布式控制模式实现配电网多个优化控制目标，具有可扩展性强、鲁棒性高等优点，具有工程实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法。该方法有效利用了一致性算法以分布式控制模式实现配电网多个优化控制目标，具有可扩展性强、鲁棒性高等优点，

本发明可通过以下的技术方案加以实现：

一种分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法，其特征在于，将配电网内分布的电源按接入位置临近的原则进行分组，分为：

若干个电压控制组：控制某个节点的电压，该组内的一个分布式电源对这个节点的电压进行实时测量，根据实际电压和电压控制目标值的差值，计算出本组内分布式电源有功利用率变化量的参考值；组内所有分布式电源以有功利用率为一致性变量，采用一致性算法进行各自有功出力的迭代计算，最终使得节点电压被控制为给定值，同时组内所有分布式电源的有功利用率相同，实现公平性的目标；

一个功率控制组：控制配电网与外部电网交换的有功和无功功率为给定值，该组内的一个分布式电源对配电网与外部电网交换的有功和无功功率进行实时测量，根据实际有功功率和无功功率控制目标值的差值，计算出本组内分布式电源有功利用率变化量的参考值以及全体分布式电源无功利用率变化量的参考值；组内所有分布式电源以有功利用率为一致性变量，采用一致性算法进行各自有功出力的迭代计算，而全体分布式电源以无功利用率为一致性变量，采用一致性算法进行各自无功出力的迭代计算，最终使得交换的功率为给定值，同时组内所有分布式电源的有功利用率相同而全体分布式电源的无功利用率相同，实现公平性的目标。

在上述的一种分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法，设定第i个电压控制组控制某个节点电压有效值的标幺值V_CPi为1，该组内一个分布式电源能够实时测量V_CPi，具体控制步骤包括：

步骤2.1、第i个电压控制组内各个分布式电源自行设定有功功率利用率的初值β_pi,j(0)；其中i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,N_i；n和N_i分别为电压控制组的总数目和第i个电压控制组内分布式电源的总数目；开始进行迭代计算；

步骤2.2、第i个电压控制组内第j个分布式电源第k次迭代后的有功功率利用率β_pi,j(k)的计算方法为：

式中：k＝1,2,…,为迭代次数；β_pi,j(k)为第i个电压控制组内第j个分布式电源第k次迭代后的有功功率利用率；β_pi,m(k-1)为第i个电压控制组内第m个分布式电源第k-1次迭代后的有功功率利用率；d_pi,j为电压监测分布式电源的标识，即若第j个分布式电源可实时监测节点电压有效值的标幺值V_CPi，则d_pi,j＝1，否则d_pi,j＝0；ε_pi为第i个电压控制组迭代算法采用的步长，为一个常数，且0<ε_pi<1，分布式优化理论表明，ε_pi越小可获得更佳的控制精度，但会降低迭代收敛速度；

系数d_pi,jm为分布式电源j为收到分布电源m信息而设置的固定权重，计算方法为：

其中，

若分布式电源j和m之间存在通信线路，则s_jm＝s_mj＝1(j≠m)，否则s_jm＝s_mj＝0；

Δβ^ref _pi(k)为第i个电压控制组第k次迭代时有功功率利用率变化量的参考值，计算方法为：

式中：V_CPi(k)为由电压检测分布式电源在第k次迭代开始之前测量的被控制节点电压有效值的标幺值；

为第i个分组中第j个分布式电源有功功率的上限值；β_pi,j(k-1)为第i个电压控制组内第j个分布式电源第k-1次迭代后的有功功率利用率；G_i,jj为第i个电压控制分组第j个分布式电源所在节点的网络自导纳，可通过网络阻抗分析方法得到；

步骤2.3、第i个电压控制组内第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入如下的有功功率：

式中：P_pi,j(k)为第i个电压控制组内第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入的有功功率；

步骤2.4、同时满足|V_CPi(k)-1|<10^-4，(max|β_pi,j(k)-β_pi,m(k)|)<10^-4(j,m＝1,2,…,N_i,且j≠m)时，迭代结束；否则k＝k+1，转至步骤2.2。

在上述的一种分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法，功率控制组目标是控制配电网与外部电网交换的有功功率P_PCC为给定值P_set，设该组内一个分布式电源可以实时测量P_PCC，具体控制步骤包括：

步骤3.1、功率控制组内各个分布式电源自行设定有功功率利用率的初值β_p0,j(0)；其中0j＝1,2,…,N₀；N₀分别为功率控制组内分布式电源的总数目；开始进行迭代计算；

步骤3.2、功率控制组内第j个分布式电源第k次迭代后的有功功率利用率β_p0,j(k)的计算方法为：

式中：k＝1,2,…,为迭代次数；β_p0,j(k)为功率控制组内第j个分布式电源第k次迭代后的有功功率利用率；β_p0,m(k-1)为功率控制组内第m个分布式电源第k-1次迭代后的有功功率利用率；d_p0,j为交换有功功率检测分布式电源的标识，即若第j个分布式电源可实时监测配电网与外部电网交换的有功功率P_PCC，则d_p0,j＝1，否则d_p0,j＝0；ε_p0为功率控制组迭代算法采用的步长，为一个常数，且0<ε_p0<1，分布式优化理论表明，ε_p0越小可获得更佳的控制精度，但会降低迭代收敛速度；

系数d_p0,jm为分布式电源j为收到分布电源m信息而设置的固定权重，计算方法与式(2)类似；

Δβ^ref _p0(k)为功率控制组第k次迭代时有功功率利用率变化量的参考值，计算方法为：

式中：P_PCC(k)为由交换有功功率检测分布式电源在第k次迭代开始之前测量的配电网与外部电网交换的有功功率；

为功率控制组内第j个分布式电源有功功率的上限值；P_set为交换有功功率的给定值；

步骤3.3、功率控制组内第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入如下的有功功率：

式中：P_p0,j(k)为功率控制组内第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入的有功功率；

步骤3.4、同时满足|P_PCC(k)-P_set|/<10^-4P_set，

(max|β_p0,j(k)-β_p0,m(k)|)<10^-4(j,m＝1,2,…,N₀,且j≠m)时，迭代结束；否则k＝k+1，转至步骤3.2。

本发明的有益效果是：本发明的分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法，同时具有多个节点电压和交换有功功率优化控制的功能，采用分布式控制模式提高了控制的可靠性、鲁棒性和系统可扩展性，同时使得分布式电源在完成同一个目标的任务中具有公平性。

附图说明

图1是含多个分布式电源分组的配电网结构示意图。

具体实施方式

本发明的分组合作的配电网分布式优化控制方法，将一个配电网内的分布式电源分为多个组，其中有n个电压控制组和1个功率控制组，如附图1中所示；以第i个电压控制组为例，其目标是控制某个节点电压有效值的标幺值V_CPi为1，设该组内一个分布式电源可以实时测量V_CPi，实现步骤包括：

(1)第i个电压控制组内各个分布式电源自行设定有功功率利用率的初值β_pi,j(0)；其中i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,N_i；n和N_i分别为电压控制组的总数目和第i个电压控制组内分布式电源的总数目；开始进行迭代计算；

(2)第i个电压控制组内第j个分布式电源第k次迭代后的有功功率利用率β_pi,j(k)的计算方法为：

式中：k＝1,2,…,为迭代次数；β_pi,j(k)为第i个电压控制组内第j个分布式电源第k次迭代后的有功功率利用率；β_pi,m(k-1)为第i个电压控制组内第m个分布式电源第k-1次迭代后的有功功率利用率；d_pi,j为电压监测分布式电源的标识，即若第j个分布式电源可实时监测节点电压有效值的标幺值V_CPi，则d_pi,j＝1，否则d_pi,j＝0；ε_pi为第i个电压控制组迭代算法采用的步长，为一个常数，且0<ε_pi<1，分布式优化理论表明，ε_pi越小可获得更佳的控制精度，但会降低迭代收敛速度；

系数d_pi,jm为分布式电源j为收到分布电源m信息而设置的固定权重，计算方法为：

其中，

若分布式电源j和m之间存在通信线路，则s_jm＝s_mj＝1(j≠m)，否则s_jm＝s_mj＝0。

Δβ^ref _pi(k)为第i个电压控制组第k次迭代时有功功率利用率变化量的参考值，计算方法为：

式中：V_CPi(k)为由电压检测分布式电源在第k次迭代开始之前测量的被控制节点电压有效值的标幺值；

为第i个分组中第j个分布式电源有功功率的上限值；β_pi,j(k-1)为第i个电压控制组内第j个分布式电源第k-1次迭代后的有功功率利用率；G_i,jj为第i个电压控制分组第j个分布式电源所在节点的网络自导纳，可通过网络阻抗分析方法得到。

(3)第i个电压控制组内第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入如下的有功功率：

式中：P_pi,j(k)为第i个电压控制组内第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入的有功功率；

(4)同时满足|V_CPi(k)-1|<10^-4，(max|β_pi,j(k)-β_pi,m(k)|)<10^-4(j,m＝1,2,…,N_i,且j≠m)时，迭代结束；否则k＝k+1，转至步骤(2)。

功率控制组仅有1个，其目标是控制配电网与外部电网交换的有功功率P_PCC为给定值P_set，设该组内一个分布式电源可以实时测量P_PCC，实现步骤包括：

(1)功率控制组内各个分布式电源自行设定有功功率利用率的初值β_p0,j(0)；其中0j＝1,2,…,N₀；N₀分别为功率控制组内分布式电源的总数目；开始进行迭代计算；

(2)功率控制组内第j个分布式电源第k次迭代后的有功功率利用率β_p0,j(k)的计算方法为：

式中：k＝1,2,…,为迭代次数；β_p0,j(k)为功率控制组内第j个分布式电源第k次迭代后的有功功率利用率；β_p0,m(k-1)为功率控制组内第m个分布式电源第k-1次迭代后的有功功率利用率；d_p0,j为交换有功功率检测分布式电源的标识，即若第j个分布式电源可实时监测配电网与外部电网交换的有功功率P_PCC，则d_p0,j＝1，否则d_p0,j＝0；ε_p0为功率控制组迭代算法采用的步长，为一个常数，且0<ε_p0<1，分布式优化理论表明，ε_p0越小可获得更佳的控制精度，但会降低迭代收敛速度；

系数d_p0,jm为分布式电源j为收到分布电源m信息而设置的固定权重，计算方法与式(2)类似；

Δβ^ref _p0(k)为功率控制组第k次迭代时有功功率利用率变化量的参考值，计算方法为：

式中：P_PCC(k)为由交换有功功率检测分布式电源在第k次迭代开始之前测量的配电网与外部电网交换的有功功率；

为功率控制组内第j个分布式电源有功功率的上限值，为已知定值；P_set为交换有功功率的给定值。

(3)功率控制组内第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入如下的有功功率：

式中：P_p0,j(k)为功率控制组内第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入的有功功率；

(4)同时满足|P_PCC(k)-P_set|/<10^-4P_set，(max|β_p0,j(k)-β_p0,m(k)|)<10^-4(j,m＝1,2,…,N₀,且j≠m)时，迭代结束；否则k＝k+1，转至步骤(2)。

功率控制组还有目标是控制配电网与外部电网交换的无功功率Q_QCC为给定值Q_set，设该组内一个分布式电源可以实时测量Q_QCC，具体控制步骤包括：

(1)所有分布式电源自行设定无功功率利用率的初值β_q,j(0)；其中j＝1,2,…,N；N为配电网内分布式电源的总数目；开始进行迭代计算；

(2))配电网中第j个分布式电源第k次迭代后的无功功率利用率β_q,j(k)的计算方法为：

式中：k＝1,2,…,为迭代次数；β_q,j(k)为第j个分布式电源第k次迭代后的无功功率利用率；β_q,m(k-1)为第m个分布式电源第k-1次迭代后的无功功率利用率；d_q,j为交换无功功率检测分布式电源的标识，即若第j个分布式电源可实时监测配电网与外部电网交换的无功功率Q_QCC，则d_q,j＝1，否则d_q,j＝0；ε_q为无功迭代算法采用的步长，为一个常数，且0<ε_q<1，分布式优化理论表明，ε_q越小可获得更佳的控制精度，但会降低迭代收敛速度；

系数d_,q,jm为分布式电源j为收到分布电源m信息而设置的固定权重，计算方法与式(2)类似；

Δβ^ref _q(k)为功率控制组第k次迭代时无功功率利用率变化量的参考值，计算方法为：

式中：Q_QCC(k)为由交换无功功率检测分布式电源在第k次迭代开始之前测量的配电网与外部电网交换的无功功率；

为第j个分布式电源第k次迭代中的无功功率的上限值，由式(17)计算得到；Q_set为交换无功功率的给定值。

(3)配电网中第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入如下的无功功率：

式中：Q_q0,j(k)为第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入的无功功率；

(4)同时满足|Q_QCC(k)-Q_set|/<10^-4Q_set，(max|β_q,j(k)-β_q,m(k)|)<10^-4(j,m＝1,2,…,N,且j≠m)时，迭代结束；否则k＝k+1，转至步骤(2)。

需要说明的是，各个电压控制组的运行和功率控制组的运行是独立且并行的。

可以看到，本发明的分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法，同时具有多个节点电压和交换有功功率优化控制的功能，采用分布式控制模式提高了控制的可靠性、鲁棒性和系统可扩展性，同时使得分布式电源在完成同一个目标的任务中有功功率利用率相同，确保了分布式电源之间的公平性。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴之内，应由各权利要求限定。

Claims (3)

1.一种分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法，其特征在于，将配电网内分布的电源按接入位置临近的原则进行分组，分为：

若干个电压控制组：控制某个节点的电压，该组内的一个分布式电源对这个节点的电压进行实时测量，根据实际电压和电压控制目标值的差值，计算出本组内分布式电源有功利用率变化量的参考值；组内所有分布式电源以有功利用率为一致性变量，采用一致性算法进行各自有功出力的迭代计算，最终使得节点电压被控制为给定值，同时组内所有分布式电源的有功利用率相同，实现公平性的目标；

一个功率控制组：控制配电网与外部电网交换的有功和无功功率为给定值，该组内的一个分布式电源对配电网与外部电网交换的有功和无功功率进行实时测量，根据实际有功功率和无功功率控制目标值的差值，计算出本组内分布式电源有功利用率变化量的参考值以及全体分布式电源无功利用率变化量的参考值；组内所有分布式电源以有功利用率为一致性变量，采用一致性算法进行各自有功出力的迭代计算，而全体分布式电源以无功利用率为一致性变量，采用一致性算法进行各自无功出力的迭代计算，最终使得交换的功率为给定值，同时组内所有分布式电源的有功利用率相同而全体分布式电源的无功利用率相同，实现公平性的目标；

设定第i个电压控制组控制某个节点电压有效值的标幺值V_CPi为1，该组内一个分布式电源能够实时测量V_CPi，具体控制步骤包括：

步骤2.1、第i个电压控制组内各个分布式电源自行设定有功功率利用率的初值β_pi,j(0)；其中i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,N_i；n和N_i分别为电压控制组的总数目和第i个电压控制组内分布式电源的总数目；开始进行迭代计算；

步骤2.2、第i个电压控制组内第j个分布式电源第k次迭代后的有功功率利用率β_pi,j(k)的计算方法为：

式中：k＝1,2,…,为迭代次数；β_pi,j(k)为第i个电压控制组内第j个分布式电源第k次迭代后的有功功率利用率；β_pi,m(k-1)为第i个电压控制组内第m个分布式电源第k-1次迭代后的有功功率利用率；d_pi,j为电压监测分布式电源的标识，即若第j个分布式电源可实时监测节点电压有效值的标幺值V_CPi，则d_pi,j＝1，否则d_pi,j＝0；ε_pi为第i个电压控制组迭代算法采用的步长，为一个常数，且0<ε_pi<1，分布式优化理论表明，ε_pi越小可获得更佳的控制精度，但会降低迭代收敛速度；

系数d_pi,jm为分布式电源j为收到分布电源m信息而设置的固定权重，计算方法为：

其中，s_jj＝1,

若分布式电源j和m之间存在通信线路，则s_jm＝s_mj＝1，j≠m，否则s_jm＝s_mj＝0；

Δβ^ref _pi(k)为第i个电压控制组第k次迭代时有功功率利用率变化量的参考值，计算方法为：

式中：V_CPi(k)为由电压检测分布式电源在第k次迭代开始之前测量的被控制节点电压有效值的标幺值；

为第i个分组中第j个分布式电源有功功率的上限值；β_pi,j(k-1)为第i个电压控制组内第j个分布式电源第k-1次迭代后的有功功率利用率；G_i,jj为第i个电压控制分组第j个分布式电源所在节点的网络自导纳，可通过网络阻抗分析方法得到；

步骤2.3、第i个电压控制组内第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入如下的有功功率：

式中：P_pi,j(k)为第i个电压控制组内第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入的有功功率；

步骤2.4、同时满足|V_CPi(k)-1|<10^-4，(max|β_pi,j(k)-β_pi,m(k)|)<10^-4时，迭代结束,j＝1,2,…,N_i,m＝1,2,…,N_i,且j≠m；否则k＝k+1，转至步骤2.2。

2.根据权利要求1所述的一种分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法，其特征在于，功率控制组目标是控制配电网与外部电网交换的有功功率P_PCC为给定值P_set，设该组内一个分布式电源可以实时测量P_PCC，具体控制步骤包括：

步骤3.1、功率控制组内各个分布式电源自行设定有功功率利用率的初值β_p0,j(0)；其中j＝1,2,…,N₀；N₀分别为功率控制组内分布式电源的总数目；开始进行迭代计算；

步骤3.2、功率控制组内第j个分布式电源第k次迭代后的有功功率利用率β_p0,j(k)的计算方法为：

式中：k＝1,2,…,为迭代次数；β_p0,j(k)为功率控制组内第j个分布式电源第k次迭代后的有功功率利用率；β_p0,m(k-1)为功率控制组内第m个分布式电源第k-1次迭代后的有功功率利用率；d_p0,j为交换有功功率检测分布式电源的标识，即若第j个分布式电源可实时监测配电网与外部电网交换的有功功率P_PCC，则d_p0,j＝1，否则d_p0,j＝0；ε_p0为功率控制组迭代算法采用的步长，为一个常数，且0<ε_p0<1，分布式优化理论表明，ε_p0越小可获得更佳的控制精度，但会降低迭代收敛速度；

系数d_p0,jm为分布式电源j为收到分布电源m信息而设置的固定权重，计算方法与式(2)类似；

Δβ^ref _p0(k)为功率控制组第k次迭代时有功功率利用率变化量的参考值，计算方法为：

式中：P_PCC(k)为由交换有功功率检测分布式电源在第k次迭代开始之前测量的配电网与外部电网交换的有功功率；

为功率控制组内第j个分布式电源有功功率的上限值；P_set为交换有功功率的给定值；

步骤3.3、功率控制组内第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入如下的有功功率：

式中：P_p0,j(k)为功率控制组内第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入的有功功率；

步骤3.4、同时满足|P_PCC(k)-P_set|/<10^-4P_set，(max|β_p0,j(k)-β_p0,m(k)|)<10^-4时，迭代结束,j＝1,2,…,N₀,m＝1,2,…,N₀,且j≠m；否则k＝k+1，转至步骤3.2。

3.根据权利要求1所述的一种分布式电源分组合作的配电网分布式优化控制方法，其特征在于，功率控制组还有目标是控制配电网与外部电网：交换的无功功率Q_QCC为给定值Q_set，设该组内一个分布式电源可以实时测量Q_QCC，具体控制步骤包括：

步骤4.1、所有分布式电源自行设定无功功率利用率的初值β_q,j(0)；其中j＝1,2,…,N；N为配电网内分布式电源的总数目；开始进行迭代计算；

步骤4.2、配电网中第j个分布式电源第k次迭代后的无功功率利用率β_q,j(k)的计算方法为：

式中：k＝1,2,…,为迭代次数；β_q,j(k)为第j个分布式电源第k次迭代后的无功功率利用率；β_q,m(k-1)为第m个分布式电源第k-1次迭代后的无功功率利用率；d_q,j为交换无功功率检测分布式电源的标识，即若第j个分布式电源可实时监测配电网与外部电网交换的无功功率Q_QCC，则d_q,j＝1，否则d_q,j＝0；ε_q为无功迭代算法采用的步长，为一个常数，且0<ε_q<1，分布式优化理论表明，ε_q越小可获得更佳的控制精度，但会降低迭代收敛速度；

系数d_,q,jm为分布式电源j为收到分布电源m信息而设置的固定权重，计算方法与式(2)类似；

Δβ^ref _q(k)为功率控制组第k次迭代时无功功率利用率变化量的参考值，计算方法为：

式中：Q_QCC(k)为由交换无功功率检测分布式电源在第k次迭代开始之前测量的配电网与外部电网交换的无功功率；

为第j个分布式电源第k次迭代中的无功功率的上限值，由式(10)计算得到；Q_set为交换无功功率的给定值；

步骤4.3、配电网中第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入如下的无功功率：

式中：Q_q,j(k)为第j个分布式电源第k次迭代后向配电网注入的无功功率；

步骤4.4、同时满足|Q_QCC(k)-Q_set|/<10^-4Q_set，max|β_q,j(k)-β_q,m(k)|<10^-4时，迭代结束；否则k＝k+1，转至步骤4.2，j,m＝1,2,…,N,且j≠m。

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