CN112542835B - 一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法 - Google Patents

一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112542835B
CN112542835B CN202011444217.3A CN202011444217A CN112542835B CN 112542835 B CN112542835 B CN 112542835B CN 202011444217 A CN202011444217 A CN 202011444217A CN 112542835 B CN112542835 B CN 112542835B
Authority
CN
China
Prior art keywords
control
pet
photovoltaic
grid
level
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011444217.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112542835A (zh
Inventor
李春来
石旭江
安娜
杨立滨
李正曦
刘宇
周万鹏
刘庭响
张海宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Economic and Technological Research Institute of State Grid Qianghai Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Southeast University
Economic and Technological Research Institute of State Grid Qianghai Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University, Economic and Technological Research Institute of State Grid Qianghai Electric Power Co Ltd filed Critical Southeast University
Priority to CN202011444217.3A priority Critical patent/CN112542835B/zh
Publication of CN112542835A publication Critical patent/CN112542835A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112542835B publication Critical patent/CN112542835B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/02—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks using a single network for simultaneous distribution of power at different frequencies; using a single network for simultaneous distribution of ac power and of dc power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法，将系统依次分为微网局部控制层、PET潮流控制层以及配电网区域控制层三个层级。根据光伏出力的不确定性生成典型的场景集，将光伏与储能装置打捆作为一个控制主体完成层次1的控制；根据PET端口连接的网络类型设定PET控制方式，调整PET端口控制变量完成层次2的控制；根据层次1控制结果对上级电网区域内其他柔性可控资源进行调整完成层次3的控制。本发明具有较强的灵活性和实用性，兼顾了光伏出力不确定性、系统电压质量与运行经济性，对于交直流混合微电网中的不同层次设定不同的控制目标，利用各个微网区域的自主运行能力，简化控制难度，实现各微网区域之间的互联互动与协调控制。

Description

一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法
技术领域
本发明属于交直流微网控制技术领域，具体涉及一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法。
背景技术
近年来，随着光伏渗透率的迅速增长，主动配电网的运行变得复杂。光伏发电受到太阳辐射强度的影响，其出力具有较强的随机性、间歇性与波动性，当其接入比例较高时，将对电网的调峰、调频、备用、潮流、母线电压等产生较大影响。如何在提高光伏利用率的同时，保证电网的经济稳定运行，逐渐成为研究的热点。
光伏发电产生的电能形式主要为直流，同时储能单元与一些常用的电气设备及大型直流负荷，如计算机、空调设备、制冷设备、电动汽车、数据中心、电气化机车等，都是采用直流供电更为方便。在交流配电网中，上述直流源荷均需通过DC/DC、DC/AC变流器才能接入相应电压等级的交流配电网，在电能变换环节将产生大量损耗。同时，如不对大规模光伏采取控制方法而直接接入电网，考虑到当前电网灵活调控能力有限的情况，将对电网电压与频率稳定性带来较大挑战。
电力电子变压器(Power Electronic Transformer—PET)作为系统的“能量路由器”，可以实现交直流电能间的灵活混合，近年来逐渐被应用于一些示范工程当中，显示出优越的控制潜力。PET除具备电压等级变换和电气隔离功能外，还可以利用其全控性改善供电质量、控制潮流、提高系统整体的稳定性，实现交直流系统间的互济运行。因而可利用PET构建交直流混合微电网，在为直流源荷提供相应电压等级组网接口的同时，作为交、直流网络间的耦合与控制元件，提高交直流混合微电网的柔性调控与互联互济能力。
目前人们针对交直流混合微网的协调控制问题，已经展开了很多研究，然而对于以PET作为交直流网络间协调控制元件的研究还较少。PET的引入在提高系统可控性的同时，也将为系统的控制变量带来较大改变，同时高比例光伏出力的不确定性将对系统的运行方式产生较大影响，这都使得高比例光伏接入下的交直流混合微电网协调控制问题与传统协调控制问题产生了差异性。因此，以充分发挥PET的柔性调控能力、实现大规模光伏接入下系统经济稳定运行为目的，构建系统级的协调控制策略，是目前亟待研究的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法，将系统依次分为微网局部控制层、PET潮流控制层以及配电网区域控制层三个层级，既可以充分利用各个微网区域的自主运行能力，简化控制难度，又能通过PET潮流控制层实现各微网区域之间的互联互动与协调控制。解决了光伏出力不确定性对电网带来的不可控影响，采用场景分析技术处理光伏的不确定性问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法，针对不同层级的控制方法为：
层级1：微网局部控制层处于交直流混合微电网区域内部，将光伏和储能装置打捆后对其联合出力进行控制，在微网局部控制层控制结束后，将其控制结果上传给配电网区域控制层；
层级2：PET潮流控制层与微网局部控制层、配电网区域控制层均有耦合，通过对PET的控制变量及数值进行调整，改变系统的运行状态，实现对交直流混合微电网的灵活控制；
层级3：配电网区域控制层对上级电网中的可调度型柔性资源进行控制，实现整个系统的协调运行。
进一步的，一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法，包括如下步骤：
步骤1：针对光伏出力的随机性、波动性与不确定性，将其与储能装置打捆作为一个控制主体；
步骤2：根据光伏出力历史数据生成原始场景集，采用同步回代削减法对场景集进行削减，得到与原始样本具有高度近似性的典型光伏出力场景集与相应概率；
步骤3：针对每个光储联合出力主体，考虑全部接纳光伏出力，控制变量为储能装置出力
Figure BDA0002823660960000031
完成层次1的控制；
步骤4：根据PET端口所连接的网络类型设定PET控制方式，并调整PET端口控制变量，可控变量类型包括端口有功功率、无功功率、电压和相角，完成层次2的控制；
步骤5：根据层次1控制结果修改网络内相应运行参数，接着对上级电网区域内其他控制参数进行调整，包括购电量、可控燃气轮机出力、柔性负荷削减量、电动汽车及无功补偿装置调节量，完成层次3的控制。
进一步的，所述协调控制模型具体为：
层级1：微网局部控制层的控制对象为储能装置出力，控制目标分别定义为：
Obj1：调节光储联合出力峰谷差；
Obj2：降低光伏出力前后时刻波动；
Obj3：光储联合出力拟合附近负荷节点的变化趋势；
公式为：
Figure BDA0002823660960000041
层级2：PET潮流控制层的控制对象为PET各端口的控制变量，控制目标为：
使各交直流子网电压偏差最小，其控制变量为微网局部控制层与配电网区域控制层的共享变量；
公式为：
Figure BDA0002823660960000042
层级3：配电网区域控制层的控制对象为上级电网区域内的柔性可控资源，控制目标为：
在多场景下确保系统有足够的灵活性裕度并使系统的运行成本最小；
公式为：
Figure BDA0002823660960000043
Figure BDA0002823660960000044
Figure BDA0002823660960000045
进一步的，所述公式(1)中，πs为场景的发生概率，
Figure BDA0002823660960000046
为场景s中时刻t光伏出力，
Figure BDA0002823660960000047
为第t时刻储能装置的出力，
Figure BDA0002823660960000048
为场景s下第t时刻光储联合出力值，
Figure BDA0002823660960000049
为场景s下第t时刻光储联合出力均值，
Figure BDA00028236609600000410
为第t时刻光伏附近主要负荷节点总负荷，
Figure BDA0002823660960000051
为第t时刻光伏附近主要负荷节点总负荷均值，Pn(ePET)为共享变量引入的罚函数。
进一步的，所述公式(2)中，i为节点编号，N为总结点数，Ui为节点电压，Uref为节点电压参考值。
进一步的，所述公式(3)、(4)和(5)中，Fhan(xhan)为各种柔性资源的here-and-now预留容量费用，Fwas(xwas)为各种柔性资源的wait-and-see实际激活运行费用，FACM为上级电网运行总费用，ΩCG为可控燃气轮机的集合，ΩFL为柔性负荷的集合，ΩB为储能单元的集合，
Figure BDA0002823660960000052
为可控燃气轮机的here-and-now预留容量费用，
Figure BDA0002823660960000053
为柔性负荷的here-and-now预留容量费用，
Figure BDA0002823660960000054
为储能单元的here-and-now预留容量费用，
Figure BDA0002823660960000055
为可控燃气轮的wait-and-see实际激活运行费用，
Figure BDA0002823660960000056
为柔性负荷的wait-and-see实际激活运行费用，
Figure BDA0002823660960000057
为储能单元的wait-and-see实际激活运行费用，
Figure BDA0002823660960000058
为上级电网购电费用发生偏差时的惩罚费用。
一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法的系统，包括：配电网区域控制层、微网局部控制层和PET潮流控制层，所述配电网区域控制层包括：可调柔性资源、上级电网、交流微网区域、PET和直流微网区域；所述微网局部控制层为两个，其中一个包括交流分布式电源和储能，另一个包括光伏发电和储能。
进一步的，带有交流分布式电源的所述微网局部控制层将信号传输至交流微网区域，带有光伏发电的所述微网局部控制层将信号传输至直流微网区域，所述PET潮流控制层将信号传输至PET，所述可调柔性资源将信号传输至上级电网，所述PET与上级电网、交流微网区域和直流微网区域都能实现信号的交互传递。
本发明的有益效果：
1、本发明提出的高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法，在进行数学建模时，兼顾了光伏出力不确定性、系统电压质量与运行经济性三方面的问题，由于交直流混合微电网中不同层次的控制目标不同，引入了多层次的控制方法，通过控制层级2实现各层次间的耦合，充分尊重并利用各交、直流子网区域的自主运行特性，达到系统级协调运行的目的；
2、本发明提出的高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法，解决了光伏出力不确定性对电网带来的不可控影响，采用场景分析技术处理光伏的不确定性问题，并引入PET形成交直流混合微电网以提高系统的灵活可控性，在当前光伏大规模接入的形势下，对于充分消纳与高效利用光伏具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的交直流混合微电网多层次协调控制示意图；
图2是本发明实施例PET的交流端口等效模型图；
图3是本发明实施例PET的直流端口等效模型图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请根据多层级协调控制的想法，针对不同层级各自的控制目标，对系统中的“电源、电网、负荷、储能”元件进行控制。首先考虑光伏的不确定性，其中光伏出力的功率估计误差服从分布函数，采用拉丁超立方抽样方法对该连续分布函数进行采样，得出大量场景集合；然后采用同步回代削减法，使削减后形成的场景集合能够从概率的角度充分接近原始场景集合，进而得到削减后的光伏出力场景集，所构建的每个场景都对应一定的发生概率πs，记场景s中时刻t光伏出力为
Figure BDA0002823660960000071
一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法，针对不同层级的控制方法为：
层级1：微网局部控制层处于交直流混合微电网区域内部，将光伏和储能装置打捆后对其联合出力进行控制。在微网局部控制层控制结束后，将其控制结果上传给配电网区域控制层；
层级2：PET潮流控制层与微网局部控制层、配电网区域控制层均有耦合，通过对PET的控制变量及数值进行调整，改变系统的运行状态，实现对交直流混合微电网的灵活控制；
层级3：配电网区域控制层对上级电网中的可调度型柔性资源(如柔性负荷等)进行控制，实现整个系统的协调运行。
一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法，包括如下步骤：
步骤1：针对光伏出力的随机性、波动性与不确定性，将其与储能装置打捆作为一个控制主体；
步骤2：根据光伏出力历史数据生成原始场景集，采用同步回代削减法对场景集进行削减，得到与原始样本具有高度近似性的典型光伏出力场景集与相应概率；
步骤3：针对每个光储联合出力主体，考虑全部接纳光伏出力，控制变量为储能装置出力
Figure BDA0002823660960000081
完成层次1的控制；
步骤4：根据PET端口所连接的网络类型设定PET控制方式，并调整PET端口控制变量，可控变量类型包括端口有功功率、无功功率、电压和相角，完成层次2的控制；
步骤5：根据层次1控制结果修改网络内相应运行参数，接着对上级电网区域内其他控制参数进行调整，包括购电量、可控燃气轮机出力、柔性负荷削减量、电动汽车及无功补偿装置调节量，完成层次3的控制。
针对每个光储联合出力主体，考虑全部接纳光伏出力，控制变量为储能装置出力
Figure BDA0002823660960000082
完成层次1的以下控制目标：Obj1：调节光储联合出力峰谷差；Obj2：降低光伏出力前后时刻波动；Obj3：光储联合出力拟合附近负荷节点的变化趋势，如公式(1)所示。
Figure BDA0002823660960000083
上述公式(1)中，
Figure BDA0002823660960000084
为第t时
Figure BDA0002823660960000085
刻储能装置的出力，
Figure BDA0002823660960000086
为场景s下第t时刻光储联合出力值和光储联合出力均值，
Figure BDA0002823660960000087
为第t时刻光伏附近主要负荷节点总负荷，
Figure BDA0002823660960000088
为光伏附近主要负荷节点总负荷均值。
PET是上级电网、交流微网与直流微网间的连接与变换元件。PET具有中、低压交流与直流端口，由以下三个模块构成：中压变换模块(以电压源型换流器VSC为基础的输入端口)；隔离模块(双有源桥DC/DC换流器，DAB)；低压变换模块(包括以VSC、DAB为基础的输出端口)。如图2所示，PET交流端口的稳态模型包括：
Figure BDA0002823660960000091
Figure BDA0002823660960000092
Figure BDA0002823660960000093
Pc,dci＝Pci-Ploss-VSCi (5)
Ploss-VSCi＝aac2|Ici|2+aac1|Ici|+aac0 (6)
上述公式(2)、(3)、(4)、(5)和(6)中，Rci为换相电抗器电阻，Xci为换相电抗器电抗，Usi为与该端口相连的交流网络节点电压幅值，Uci为交流侧节点电压幅值，θi为Uci滞后Usi的相角，Psi为交流网络注入该端口的有功功率，Qsi为交流网络注入该端口的无功功率，Pci为注入VSC的有功功率，Pc,dci为VSC直流侧有功功率，Ploss-VSCi为VSC的有功功率损耗，aac2为平方损耗系数，aac1为线性损耗系数，aac0为固定损耗系数，|Ici|为注入VSC的交流电流幅值。
如图3所示，DAB的稳态模型包括：
Figure BDA0002823660960000094
Pdc2＝Pdc1-Ploss-DAB (8)
Ploss-DAB＝adc2|Idc2|2+adc1|Idc2|+adc0 (9)
上述公式(7)、(8)和(9)中，Udc1为DAB的一次侧电压，Udc2为DAB的二次侧电压，n为高频变压器变比，d为两桥之间的相移延时与开关周期的一半之比，Ls为变压器漏感，fs为开关频率，Pdc1为一次侧功率，Pdc2为二次侧功率，Ploss-DAB为该DAB的有功功率损耗，adc2、adc1、adc0为损耗系数，|Idc2|为二次侧电流幅值。
如图1所示，采用高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法的系统包括：配电网区域控制层、微网局部控制层和PET潮流控制层。所述配电网区域控制层包括：可调柔性资源、上级电网、交流微网区域、PET和直流微网区域；所述微网局部控制层为两个，其中一个包括交流分布式电源和储能，另一个包括光伏发电和储能。带有交流分布式电源的所述微网局部控制层将信号传输至交流微网区域，带有光伏发电的所述微网局部控制层将信号传输至直流微网区域。所述PET潮流控制层将信号传输至PET，所述可调柔性资源将信号传输至上级电网，所述PET与上级电网、交流微网区域和直流微网区域都能实现信号的交互传递。
Figure BDA0002823660960000101
Figure BDA0002823660960000102
Figure BDA0002823660960000103
上述公式(10)、(11)和(12)中，
Figure BDA0002823660960000104
为上级电网经相应端口损耗后注入内部公共直流母线的功率，
Figure BDA0002823660960000105
为交流微网经相应端口损耗后注入内部公共直流母线的功率，
Figure BDA0002823660960000106
为直流微网经相应端口损耗后注入内部公共直流母线的功率，均以注入端口为功率正方向，
Figure BDA0002823660960000107
为PET输送有功功率的最大值，
Figure BDA0002823660960000108
为PET输送无功功率的最大值。
以图1中的三端口PET为例，综合以上稳态模型与式(10)所示功率平衡方程与端口功率约束式(11)和(12)，可得PET整体稳态模型。
PET交流端口控制方式包括：定交流电压、相角控制；定公共直流母线电压、定交流电压控制；定公共直流母线电压、定无功功率控制；定交流有功功率、定交流电压控制和定交流有功功率、定无功功率控制。
PET直流端口的控制方式包括：定有功功率控制；定直流电压控制和有功功率-直流电压下垂控制。
按照网络是否含有平衡网络功率的可调节电源，可将含有功率可调节电源节点(平衡节点)的网络称为有调节网络，将不含功率可调节电源(无平衡节点)的网络称为无调节网络。由于可再生能源出力具有波动性，自身不具备平衡网络功率的可控性，因而只含有可再生能源电源但不含其它功率可调节电源的网络也属于无调节网络。进而可将整个系统按照可调节特性分为交流有、无调节网络与直流有、无调节网络。PET潮流控制层根据PET端口所连接的网络特性选择端口控制方式，进而通过对控制变量取值的调整进行潮流控制，改变上级电网、交流微网与直流微网三者之间的交互功率，达到使各子网内部的电压偏差达到最小的控制目标：
Figure BDA0002823660960000111
上述公式(13)中i为节点编号，N为总结点数，Ui为节点电压，Uref为节点电压参考值。
根据层次1控制结果修改网络内相应运行参数，接着对上级电网区域内其他控制参数进行调整，包括购电量、可控燃气轮机出力、柔性负荷削减量、电动汽车及无功补偿装置调节量，控制目标为在多场景下确保系统有足够的灵活性裕度并使系统的运行成本最小。
对于不同光伏出力场景，在相同控制目标下所获得的PET潮流控制层与配电网区域控制层控制参数结果也将不尽相同，然而网络中包括储能装置、可控燃气轮机、柔性负荷、电动汽车及无功补偿装置均需提前一段时间进行设定以确定预留容量，因而需对各场景进行权衡，以确保在所有可能场景下系统均能保证安全稳定的同时，争取系统的运行费用达到最小。按照上述理论，系统的运行费用可分为两大类：各种柔性资源的here-and-now预留容量费用与各种柔性资源的wait-and-see实际激活运行费用。
配电网区域控制层的控制目标为：
Figure BDA0002823660960000121
Figure BDA0002823660960000122
Figure BDA0002823660960000123
上述公式(14)、(15)和(16)中，Fhan(xhan)为各种柔性资源的here-and-now预留容量费用，Fwas(xwas)为各种柔性资源的wait-and-see实际激活运行费用，FACM为上级电网运行总费用，ΩCG为可控燃气轮机的集合，ΩFL为柔性负荷的集合，ΩB为储能单元的集合，
Figure BDA0002823660960000124
为可控燃气轮机的here-and-now预留容量费用，
Figure BDA0002823660960000125
为柔性负荷的here-and-now预留容量费用，
Figure BDA0002823660960000126
为储能单元的here-and-now预留容量费用，
Figure BDA0002823660960000127
为可控燃气轮的wait-and-see实际激活运行费用，
Figure BDA0002823660960000128
为柔性负荷的wait-and-see实际激活运行费用，
Figure BDA0002823660960000129
为储能单元的wait-and-see实际激活运行费用，
Figure BDA00028236609600001210
为上级电网购电费用发生偏差时的惩罚费用。
下面提出本发明一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级协调控制模型的求解方法。
为了将本发明中的多控制层级的联系与耦合进行建模，将控制层级2：PET潮流控制层中的控制变量设为共享控制变量，同时参与层级1：微网局部控制层与层级3：配电网区域控制层的控制。
由于存在共享变量，将导致各个层级的控制模型无法独立求解。为解决这一问题，将共享变量用xPET表示，并进行进一步处理：将其分解为“目标变量”αPET与“响应变量”βPET。其中，αPET是从PET潮流控制层的角度处理的共享控制变量，即在PET潮流控制层中作为控制变量；βPET是从微网局部控制层与配电网区域控制层的角度处理的共享控制变量，即在微网局部控制层与配电网区域控制层中作为控制变量。
利用以上分解方法，可以使三个控制层级的控制模型解耦，可以分别独立求解。同时还需注意，“目标变量”αPET与“响应变量”βPET在本质上代表的是相同的控制变量，在各个层级进行独立控制的同时，上述变量的取值应当保持一致。因此，在控制模型中还需引入一致性约束条件及相关变量ePET：
ePET＝αPET-βPET＝0 (17)
对于共享变量xPET的一致性约束条件，在各层级的控制模型中可采用在控制目标中添加罚函数的手段进行松弛，定义罚函数为Pn(e)。
经过上述处理后，对于微网局部控制层，其控制目标可表示为：
Figure BDA0002823660960000131
上述公式(18)中，πs为场景的发生概率，
Figure BDA0002823660960000132
为场景s中时刻t光伏出力，
Figure BDA0002823660960000133
为第t时刻储能装置的出力，
Figure BDA0002823660960000134
为场景s下第t时刻光储联合出力值，
Figure BDA0002823660960000135
为场景s下第t时刻光储联合出力均值，
Figure BDA0002823660960000136
为第t时刻光伏附近主要负荷节点总负荷，
Figure BDA0002823660960000137
为第t时刻光伏附近主要负荷节点总负荷均值，Pn(ePET)为共享变量引入的罚函数。
对于PET潮流控制层，其控制目标可表示为：
Figure BDA0002823660960000141
上述公式(19)中，i为节点编号，N为总结点数，Ui为节点电压，Uref为节点电压参考值。
对于配电网区域控制层，其控制目标可表示为：
Figure BDA0002823660960000142
至此，协调控制问题可以对应到各个层级独立进行求解，同时保持共享变量的一致性。因此，高比例光伏接入的交直流混合微电网协调控制策略可以采用多层级独立求解的方式处理。本发明兼顾了光伏出力不确定性、系统电压质量与运行经济性三方面的问题，在三个控制层级分别设置相应的控制目标，并通过控制层级2的耦合作用，充分挖掘PET的柔性调控功能，在充分尊重并利用各交、直流子网区域的自主运行特性的同时，达到了系统级协调运行的目的。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (3)

1.一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法，其特征在于，针对不同层级的控制方法为：
层级1：微网局部控制层处于交直流混合微电网区域内部，将光伏和储能装置打捆后对其联合出力进行控制，在微网局部控制层控制结束后，将其控制结果上传给配电网区域控制层；
层级2：PET潮流控制层与微网局部控制层、配电网区域控制层均有耦合，通过对PET的控制变量及数值进行调整，改变系统的运行状态，实现对交直流混合微电网的灵活控制；
层级3：配电网区域控制层对上级电网中的可调度型柔性资源进行控制，实现整个系统的协调运行；
所述高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法，包括如下步骤：
步骤1：针对光伏出力的随机性、波动性与不确定性，将其与储能装置打捆作为一个控制主体；
步骤2：根据光伏出力历史数据生成原始场景集，采用同步回代削减法对场景集进行削减，得到与原始样本具有高度近似性的典型光伏出力场景集与相应概率；
步骤3：针对每个光储联合出力主体，考虑全部接纳光伏出力，控制变量为储能装置出力
Figure FDA0003641473000000011
完成层次1的控制；
步骤4：根据PET端口所连接的网络类型设定PET控制方式，并调整PET端口控制变量，可控变量类型包括端口有功功率、无功功率、电压和相角，完成层次2的控制；
步骤5：根据层次1控制结果修改网络内相应运行参数，接着对上级电网区域内其他控制参数进行调整，包括购电量、可控燃气轮机出力、柔性负荷削减量、电动汽车及无功补偿装置调节量，完成层次3的控制；
协调控制模型具体为：
层级1：微网局部控制层的控制对象为储能装置出力，控制目标分别定义为：
Obj1：调节光储联合出力峰谷差；
Obj2：降低光伏出力前后时刻波动；
Obj3：光储联合出力拟合附近负荷节点的变化趋势；
公式为：
Figure FDA0003641473000000021
层级2：PET潮流控制层的控制对象为PET各端口的控制变量，控制目标为：
使各交直流子网电压偏差最小，其控制变量为微网局部控制层与配电网区域控制层的共享变量；
公式为：
Figure FDA0003641473000000022
层级3：配电网区域控制层的控制对象为上级电网区域内的柔性可控资源，控制目标为：
在多场景下确保系统有足够的灵活性裕度并使系统的运行成本最小；
公式为：
Figure FDA0003641473000000023
Figure FDA0003641473000000024
Figure FDA0003641473000000031
所述公式(1)中，πs为场景的发生概率，
Figure FDA0003641473000000032
为场景s中时刻t光伏出力，
Figure FDA0003641473000000033
为第t时刻储能装置的出力，
Figure FDA0003641473000000034
为场景s下第t时刻光储联合出力值，
Figure FDA0003641473000000035
为场景s下第t时刻光储联合出力均值，
Figure FDA0003641473000000036
为第t时刻光伏附近主要负荷节点总负荷，
Figure FDA0003641473000000037
为第t时刻光伏附近主要负荷节点总负荷均值，Pn(ePET)为共享变量引入的罚函数；
所述公式(2)中，i为节点编号，N为总结点数，Ui为节点电压，Uref为节点电压参考值；
所述公式(3)、(4)和(5)中，Fhan(xhan)为各种柔性资源的here-and-now预留容量费用，Fwas(xwas)为各种柔性资源的wait-and-see实际激活运行费用，FACM为上级电网运行总费用，ΩCG为可控燃气轮机的集合，ΩFL为柔性负荷的集合，ΩB为储能单元的集合，
Figure FDA0003641473000000038
为可控燃气轮机的here-and-now预留容量费用，
Figure FDA0003641473000000039
为柔性负荷的here-and-now预留容量费用，
Figure FDA00036414730000000310
为储能单元的here-and-now预留容量费用，
Figure FDA00036414730000000311
为可控燃气轮的wait-and-see实际激活运行费用，
Figure FDA00036414730000000312
为柔性负荷的wait-and-see实际激活运行费用，
Figure FDA00036414730000000313
为储能单元的wait-and-see实际激活运行费用，
Figure FDA00036414730000000314
为上级电网购电费用发生偏差时的惩罚费用。
2.根据权利要求1所述的一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法的系统，其特征在于，包括：配电网区域控制层、微网局部控制层和PET潮流控制层，所述配电网区域控制层包括：可调柔性资源、上级电网、交流微网区域、PET和直流微网区域；所述微网局部控制层为两个，其中一个包括交流分布式电源和储能，另一个包括光伏发电和储能。
3.根据权利要求2所述的一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法的系统，其特征在于，带有交流分布式电源的所述微网局部控制层将信号传输至交流微网区域，带有光伏发电的所述微网局部控制层将信号传输至直流微网区域，所述PET潮流控制层将信号传输至PET，所述可调柔性资源将信号传输至上级电网，所述PET与上级电网、交流微网区域和直流微网区域都能实现信号的交互传递。
CN202011444217.3A 2020-12-08 2020-12-08 一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法 Active CN112542835B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011444217.3A CN112542835B (zh) 2020-12-08 2020-12-08 一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011444217.3A CN112542835B (zh) 2020-12-08 2020-12-08 一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112542835A CN112542835A (zh) 2021-03-23
CN112542835B true CN112542835B (zh) 2022-07-05

Family

ID=75018320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011444217.3A Active CN112542835B (zh) 2020-12-08 2020-12-08 一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112542835B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113890110B (zh) * 2021-09-13 2023-09-01 华中科技大学 基于能源路由器的交直流混合能源系统及其运行优化方法
CN114123213B (zh) * 2022-01-24 2022-04-26 武汉大学 一种电网的时空功率均衡方法及系统
CN116131366B (zh) * 2023-02-01 2024-07-19 中国电力科学研究院有限公司 构网型vsc系统暂态稳定和安全支撑能力的协调控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109980685A (zh) * 2019-04-02 2019-07-05 东南大学 一种考虑不确定性的主动配电网分布式优化运行方法
CN110782363A (zh) * 2019-08-15 2020-02-11 东南大学 一种计及风电不确定性的交直流配电网调度方法
CN111293718A (zh) * 2020-02-28 2020-06-16 华北电力大学（保定） 基于场景分析的交直流混合微网分区二层优化运行方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109980685A (zh) * 2019-04-02 2019-07-05 东南大学 一种考虑不确定性的主动配电网分布式优化运行方法
CN110782363A (zh) * 2019-08-15 2020-02-11 东南大学 一种计及风电不确定性的交直流配电网调度方法
CN111293718A (zh) * 2020-02-28 2020-06-16 华北电力大学（保定） 基于场景分析的交直流混合微网分区二层优化运行方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112542835A (zh) 2021-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112542835B (zh) 一种高比例光伏接入的交直流混合微电网多层级控制方法
Kumar et al. A review on overall control of DC microgrids
CN108494015B (zh) 一种源-荷-储协调互动的综合能源系统设计方法
Li et al. Volt/var control for power grids with connections of large-scale wind farms: A review
Yang et al. An optimal secondary voltage control strategy for an islanded multibus microgrid
Mudaliyar et al. Coordinated voltage control of a grid connected ring DC microgrid with energy hub
Xu et al. A hierarchically coordinated operation and control scheme for DC microgrid clusters under uncertainty
Gao et al. Source-load-storage consistency collaborative optimization control of flexible DC distribution network considering multi-energy complementarity
Pinthurat et al. Fully decentralized control strategy for heterogeneous energy storage systems distributed in islanded DC datacentre microgrid
Gao et al. Flexible and economic dispatching of AC/DC distribution networks considering uncertainty of wind power
Alonso et al. Integrated local and coordinated overvoltage control to increase energy feed-in and expand DER participation in low-voltage networks
Guo et al. Microgrid source-network-load-storage master-slave game optimization method considering the energy storage overcharge/overdischarge risk
Ahshan et al. Performance analysis of a Dq power flow-based energy storage control system for microgrid applications
CN114977274A (zh) 一种配电网多目标域间协同分布式优化控制方法
Araujo et al. Reactive power support in medium voltage networks by coordinated control of distributed generators in dispatchable low-voltage microgrid
He et al. A two-layer dynamic voltage regulation strategy for DC distribution networks with distributed energy storages
Gupta et al. Charging station control strategy considering dynamic behaviour of electric vehicles with variable state of charge regulation for energy management of autonomous micro-grid
CN112803422B (zh) 基于有功无功协调优化的输电网电压双层控制方法
Nguyen et al. Power flow solution methods for combined transmission and distribution systems
CN115496427B (zh) 一种多微网系统柔性互联投资规划决策方法
Shi et al. Multi-agent-based control strategy for centerless energy management in microgrid clusters
Zhao et al. Energy management scheme of single‐phase electric energy router with two‐layer intelligent control combined with optimal scheduling of battery
Dehaghani et al. Distributed Secondary Voltage and Current Control Scheme with Noise Nullification Ability for DC Microgrids
Wang et al. Hierarchical and decentralized optimization method based on multi-agent system for multiple AC/DC hybrid microgrids
Eajal The new ac/dc hybrid microgrid paradigm: Analysis and operational control

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant