CN113300469A - 考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法，获取交直流系统各个子区域的参量数据；根据获取的参量数据和各个子区域的目标函数，得到优化后的多个控制序列；判断是否发生控制信号丢失，若未发生则施加控制序列的第一个，若失败则检测是否有优化后的控制序列，若有则施加，若没有则跳过此轮控制进入下一轮控制；本发明考虑了控制信号丢失对于控制的影响，可以有效提高控制对于控制信号丢失的鲁棒性。

Description

考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法
技术领域
本发明涉及智能电网控制技术领域，特别涉及一种考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
随着海上风电场的大规模建设与投运，风电通过柔性多端直流 (VSC-MTDC)馈入到多个异步交流电网之中，形成交直流互联电网。
发明人发现，由于各异步电网可能分属于不同的运行商，信息的隐私性和通讯系统的限制使原有集中式控制无法满足电网的控制要求；现有的电压控制策略中，存在控制信号丢失导致的电压控制效果差甚至电压越限的问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法，使用分布式控制替代原有的集中式控制，减小了控制对通信系统的依赖，考虑控制信号丢失对于控制的影响，提高了控制对信号丢失的鲁棒性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法。
一种考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法，包括以下过程：
获取交直流系统各个子区域的参量数据；
根据获取的参量数据和各个子区域的目标函数，得到优化后的多个控制序列；
判断是否发生控制信号丢失，若未发生则施加控制序列的第一个，若失败则检测是否有优化后的控制序列，若有则施加，若没有则跳过此轮控制进入下一轮控制。
进一步的，采用线路复制法进行交直流系统的子区域划分，包括：
各区域保留各侧的换流站，将相连的直流线路进行复制；
对应的边界变量为两侧的直流电压和线路的直流电流，当两个交流系统通过多端直流互联时，分区后各区域含有交流系统和整个直流系统；
对应的边界变量为直流系统各换流站的控制参数，根据直流换流站的控制方式，对应的边界条件为对应换流站有功功率和直流电压的设定值相同。
进一步的，根据区域电网内节点电压与基准值的偏差确定各区域的目标函数，包括：
当偏差小于第一阈值时，判定电网为正常运行状态，不进行控制；
当偏差大于第一阈值且小于第二阈值时，电网为警戒运行状态，目标函数为控制代价与无功裕度的差值的最小值；
当偏差大于第二阈值时，电网为紧急运行状态，目标函数为交流最低节点电压轨迹偏差量与控制代价的加和的最小值。
更进一步的，根据电压预测输出轨迹计算交流最低节点电压轨迹偏差量，电压预测输出轨迹为轨迹灵敏度与输入控制量变化值的乘积，再与前一时刻的未施加控制前交流最低节点母线电压的加和。
更进一步的，应用隐式梯形积分法和牛顿-拉夫逊法进行时域仿真，预测电压输出轨迹，通过时域仿真中得到的雅可比矩阵求得交直流混联系统各交直流控制量对负荷母线电压的轨迹灵敏度。
进一步的，根据获取的参量数据和各个子区域的目标函数，得到优化后的多个控制序列，包括：
对各个子区域的目标函数进行求解，分别得到各个目标函数公共项的初值，以得到的处置作为目标函数的惩罚项，形成各区域新的目标函数；
各个子目标函数进行并行求解，在每次迭代完成后对惩罚系数进行修正，当满足迭代终止条件时，得到优化后的多个控制序列。
进一步的，控制信号丢失被建模为满足伯努利随机二进制分布的线性函数。
第二方面，本发明提供了一种考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制系统。
一种考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制系统，包括：
数据获取模块，被配置为：获取交直流系统各个子区域的参量数据；
控制序列生成模块，被配置为：根据获取的参量数据和各个子区域的目标函数，得到优化后的多个控制序列；
电压控制模块，被配置为：判断是否发生控制信号丢失，若未发生则施加控制序列的第一个，若失败则检测是否有优化后的控制序列，若有则施加，若没有则跳过此轮控制进入下一轮控制。
第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法中的步骤。
第四方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的方法、系统、介质或电子设备，对于通过VSC-MTDC互联的交流异步电网展开研究，提出一种考虑控制信号丢失的分布式MPC控制策略，可以在故障时发生控制信号丢失的情况下保证MPC的正常控制。
2、本发明所述的方法、系统、介质或电子设备，通过VSC-MTDC互联的交流异步电网划分成两个子系统，以此作为分布式MPC的基础，减少了控制对通讯系统要求，提高了计算效率并保证了用户信息的隐私性。
3、本发明所述的方法、系统、介质或电子设备，基于VSC-MTDC实现了异步交流电网的解耦，在这种网架结构下，提出一种分布式MPC电压优化控制策略，针对系统不同运行状态采用不同的控制手段，对交直流系统控制量进行协调优化控制，提高了系统的长期电压稳定性。
4、本发明所述的方法、系统、介质或电子设备，在系统发生故障时，考虑控制信号丢失对于控制的影响，提出一种基于上一步优化结果的控制策略，可以有效提高控制对于控制信号丢失的鲁棒性。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例1提供的多端直流分区方法。
图2是本发明实施例1提供的考虑控制信号丢失的分布式MPC电压控制求解流程图。
图3是本发明实施例1提供的经过修改的含风电场Nordic32算例系统接线图。
图4是本发明实施例1提供的算例系统不施加控制时薄弱母线电压在系统故障前后的变化曲线。
图5是本发明实施例1提供的不施加控制时发电机励磁电压曲线。
图6是本发明实施例1提供的考虑控制信号丢失情况下传统分布式MPC控制曲线。
图7是本发明实施例1提供的考虑控制信号丢失情况下本发明提出分布式 MPC控制曲线。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
本发明实施例1提供了一种考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法，包括以下过程：
获取交直流系统各个子区域的参量数据；
根据获取的参量数据和各个子区域的目标函数，得到优化后的多个控制序列；
判断是否发生控制信号丢失，若未发生则施加控制序列的第一个，若失败则检测是否有优化后的控制序列，若有则施加，若没有则跳过此轮控制进入下一轮控制。
子区域划分方法，包括以下过程：
在两区域电网中，通过联络线La-b互联。采用分区方法为线路复制法：选择联络线La-b作为边界线路，将La-b两端的电压幅值Va和相角θa定义为边界变量。因此，分区后的边界条件可表示为：
Figure RE-GDA0003145326380000061
将上述方法推广的两端直流互联的系统中，两区域保持各侧的换流站将相连的直流线路进行复制。对应的边界变量为两侧的直流电压和线路的直流电流，因此，区域1和2的约束可表示为：
Figure RE-GDA0003145326380000062
式中，Id表示直流电流，Udr表示整流侧电压，Udi表示逆变侧电压。下标1,2 表示区域1，2。
如图1所示，当两个交流系统通过多端直流互联时，分区后各区域含有交流系统和整个直流系统。对应的边界变量为直流系统各换流站的有功控制参数，根据直流换流站的有功控制方式，对应的边界条件为对应换流站有功功率和直流电压的设定值相同。以换流站VSC2为例：
Figure RE-GDA0003145326380000071
式中，Pvsc2表示VSC换流站2的有功功率设定值，Uvsc2表示换流站2直流电压设定值。
具体的电压控制策略，包括以下过程：
电压控制策略，包括以下步骤：
步骤1：根据电网运行状态及控制要求，制定各区域电网控制目标函数；
步骤2：轨迹预测及灵敏度求解：根据电网当前运行信息进行时域仿真，并求解交直流各控制量对电压的轨迹灵敏度；
步骤3：优化问题求解：求解分布式MPC问题，并得到其最优控制量；
步骤4：控制命令发送：将优化求解得到的全部控制序列发送到受控设备并储存；
步骤5：判断是否发生控制信号丢失：若未发生则施加控制序列的第一个，若失败则检测当地储存中是否有优化结果，若有则施加，若没有则跳过此轮控制；
步骤6：进入下一轮控制。
步骤1中，根据电网运行状态及控制要求，不同电网目标函数不同。运行状态是根据区域电网内节点电压与基准值1.0p.u.的偏差确定的，当电压偏差小于 0.2p.u.电网为正常运行状态，不进行控制；当电压偏差大于0.2p.u.但小于0.5p.u. 时，电网为警戒运行状态，其目标函数为：
Figure RE-GDA0003145326380000072
Figure RE-GDA0003145326380000073
ΔUmin≤|ΔUk|≤ΔUmax k∈[1,Np]
ΔVmin≤|ΔVk|≤ΔVmax k∈[1,Np]
在公式中目标函数J分为两部分，控制代价和无功裕度。ωu为控制代价的权重系数，ωi为第i个无功裕度的权重系数，θi,k为第i个控制变量在k时刻的无功裕度，Qmax,Q分别为无功功率输出的最大值和当前值。
当电压偏差大于0.5p.u.时，为紧急运行状态，其目标函数为：
Figure RE-GDA0003145326380000081
s.t.
Figure RE-GDA0003145326380000082
式中目标函数J分为两部分，分别为交流最低节点电压轨迹偏差量和控制代价，其对应权重系数分别为ωac和ωk,i。
Figure RE-GDA0003145326380000083
是电压参考值，
Figure RE-GDA0003145326380000084
是k-1时刻未施加控制前交流最低节点母线电压，
Figure RE-GDA0003145326380000085
为控制变化量，MPC的预测步长和控制步长分别为Np、Nc，且Np≥Nc。
Figure RE-GDA0003145326380000086
为在k时刻控制量u的轨迹灵敏度，
Figure RE-GDA0003145326380000087
为各状态量的值，下标max，min表示变量上下限。
在步骤2中，对交直流混联系统进行建模，结合交直流混联系统模型，应用隐式梯形积分法和牛顿-拉夫逊法进行时域仿真，预测系统电压输出轨迹。通过时域仿真中得到的雅可比矩阵求得交直流混联系统各交直流控制量对负荷母线电压的轨迹灵敏度。
用微分-代数方程描述交直流系统模型：
电力系统模型可以用一组微分代数方程表示:
Figure RE-GDA0003145326380000088
0＝g(x,y,λ)
其中，x表示系统的状态变量，y是代数变量，λ是参数变量。
传统直流系统模型：
Figure RE-GDA0003145326380000091
式中：VacR、VacI分别为整流、逆变站换流母线电压；Vd0r、Vd0i分别为整流、逆变器的空载直流电压；Vdr、Vdi分别为整流、逆变器的直流电压；Id为直流线路电流；α、γ分别为整流器的超前触发角和逆变器的熄弧角；N为六脉动换流桥的个数；Rd为直流线路电阻；KTr、KTi分别为整流、逆变侧换流变压器变比； Xcr、Xci分别为整流、逆变侧单桥换相电抗；Pdcr、Pdci分别为整流器吸收的有功功率和逆变器输出的有功功率；Qdcr、Qdci分别为整流、逆变器吸收的无功功率；Porder、γorder分别为定功率-定熄弧角控制方式下整流、逆变侧的控制量整定值。
柔性直流系统模型：
Figure RE-GDA0003145326380000092
令α＝arctan(R/XL)，
Figure RE-GDA0003145326380000093
R和XL分别表示换流变压器等效电阻、电抗，Y为其等效导纳，则VSC-HVDC的数学模型为：
Pc、Qc为换流站吸收的功率，Ps、Qs为与外部交流系统交换的功率，Us为交流系统电压，δ为PMW调制波相角。假设PWM变流器的直流电压利用率为
Figure RE-GDA0003145326380000101
M为调制值，则：
Figure RE-GDA0003145326380000102
采用时域仿真常用的隐式梯形法和牛顿法迭代求解交直流系统模型的微分- 代数方程组，即可获得混合多馈入交直流系统的电压预测输出轨迹，通过时域仿真过程中的系统雅可比矩阵求取电压轨迹灵敏度。则电压稳定控制下系统输入、输出的线性化关系表示为：
Figure RE-GDA0003145326380000103
式中，下标k表示相应变量在tk时刻的取值；
Figure RE-GDA0003145326380000104
为电压预测轨迹；
Figure RE-GDA0003145326380000105
为输入的控制量变化；
Figure RE-GDA0003145326380000106
为电压幅值对
Figure RE-GDA0003145326380000107
的轨迹灵敏度。
在步骤3中，分布式电压控制求解方法如下：
如图1所示，将原有系统(a)分为两个子区域(b)，假设区域1，2对应的控制变量为x1,x2。区域1，2对应的控制目标函数分别为f1(x1),f2(x2)，其中x1,x2含有公共的边界变量，在求解时，流程如下：
首先对f1(x1),f2(x2)分别进行求解，分别得到其公共项的初值，提取其作为目标函数的惩罚项，形成各区域新的目标函数，以区域1为例。
Figure RE-GDA0003145326380000108
式中：λ为拉格朗日乘子，ρ>0为罚因子。
两个子目标函数进行并行求解，在每次迭代完成后对和惩罚系数进行修正，其中拉格朗日乘子修正公式为：
Figure RE-GDA0003145326380000109
罚因子ρ的取值对收敛速度和收敛性都有较大影响，为了加速算法收敛对罚因子进行如下修正：
Figure RE-GDA0003145326380000111
Figure RE-GDA0003145326380000112
其中，
Figure RE-GDA0003145326380000113
是反映相邻两次迭代区域2边界变量的计算值之差，
Figure RE-GDA0003145326380000114
是反映第 k+1次迭代两区域边界变量的差值。
本文通过比较以上两个变量的大小来修正罚因子ρ里面对应的罚因子大小。
Figure RE-GDA0003145326380000115
一般情况下取：σ＝10,υ＝2，罚因子ρ初值取1。
收敛判断准则为原始变量和对偶变量，其表示形式如下：
Figure RE-GDA0003145326380000116
收敛准则为：
Figure RE-GDA0003145326380000117
式中：εpri和εdual分别是原始残差和对偶残差，均大于0。
在步骤4中，将单次优化得到的N个控制序列全部发送给相应的控制器，并存储到最后一个控制时域结束。这是为了应对之后控制信号丢失的情况。
在步骤5中，判断是否发生控制信号丢失，其中控制信号丢失被建模为满足伯努利随机二进制分布的线性函数。具体来说，考虑离散时间的控制系统传递函数为：
x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)
反馈和前馈信道的控制信号丢失通过一个随机过程来建模，即
uck＝α(k)xk,uk＝β(k)uck
其中，{α(k)},{β(k)}是独立的伯努利函数，函数{α(k)}描述了反馈信道的控制信号丢失现象，{β(k)}则描述前馈通道；同时，{α(k)}＝1和{α(k)}＝0分别表示信息传递成功和失败，对于{β(k)}也同样适用；假设{α(k)},{β(k)}服从下列概率分布：
Figure RE-GDA0003145326380000121
Figure RE-GDA0003145326380000122
Figure RE-GDA0003145326380000123
Figure RE-GDA0003145326380000124
定义uk＝α(k)β(k)Kxk，因此可引入另一个伯努利函数
Figure RE-GDA0003145326380000125
当 {α(k)},{β(k)}均等于1时，e(k)＝1；否则e(k)＝0。
则闭环系统传递函数可表示为：
x(k+1)＝(A+e(k)BK)x(k)
若未发生则施加控制序列的第一个，若失败则检测当地储存中是否有优化结果，若有则施加，若没有则跳过此轮控制。
在步骤6中，结束本轮控制，并进入下一轮控制直至电压幅值满足要求。
对图3所示的经过修改的含风电场Nordic32算例系统进行仿真，区域东西部为两个异步的Nordic32系统，通过五端VSC-MTDC连接。其中VSC1换流站与海上风电场连接，海上风电场额定容量为4000MW。VSC-MTDC其他四端馈入交流电网西bus4012，西bus4051，东bus4044，东bus4062，分别对应柔性直流换流站VSC2，VSC3，VSC4，VSC5。为了保持发电与负荷的平衡，将东部电网中心区域的负荷L1-L5(2750MW)增加到原来的1.2倍，删除系统发电机g17 (530MVA)。对于西部电网，删除系统发电机g10(530MVA)和g16(600MW)。直流换流站容量均为1000MVA，直流电压为320kV，VSC-MTDC的具体控制参数为：
1)VSC1：定频率、定相角、定交流电压控制f＝50HZ，Us＝1.0p.u.。(送端)
2)VSC2(西bus4012)：定PQ控制，Ps＝600MW，Qs＝255Mvar。(受端)
3)VSC3(西bus4051)：P-V下垂控制定交流电压，Ps＝600MW，Udc＝1.0p.u.，下垂系数K＝6，Us＝1.02p.u.。(受端)
4)VSC4(东bus4044)：P-V下垂控制，Ps＝550MW，Udc＝0.99p.u.，下垂系数K＝6，定无功功率控制，Qs＝0Mvar。(受端)
5)VSC5(东bus4062)：定PQ控制，Ps＝540MW，Qs＝125Mvar。(受端)
自恢复负荷参数选择为：αs＝βs＝0,αt＝βt＝2，Tp＝Tq＝60；发电机端电压设定值为0.9～1.1p.u.，并联电容器B按组进行投切，OLTC变比在0.9～1.1之间变化，步长为0.025；单次切负荷最大比例为5％，单一负荷最大切除比例为20％，常规直流有功功率在容量±10％范围内调节；逆变侧熄弧角临界值为8°，柔性直流有功功率在容量范围内连续可调，无功在容量范围的±50％内调节。
MPC器参数选择：Np＝Nc＝3，控制器的采样周期ts＝10s，则tp＝tk＝30s。正常运行情况下，拉格朗日乘子λ和罚因子ρ初值均取1。当系统一侧发生故障情况下，为了优先考虑故障侧的控制，将故障侧的惩罚因子变为0.1。正常情况下认为不发生控制信号丢失，故障情况下假设Pr{α(k)＝0}＝0.2。
在t＝10s时东部电网4032-4044发生断线，t＝30s时东区负荷L1、L2按恒功率因数增大到原来的1.5倍。如图4、图5所示，40s时OLTC经延时动作，因负荷的电压特性呈现负调压特性，在42s，51s和77s时g11，g6，g7，g14，g15五台发电机相继发生过励磁限制，最终系统在270s时发生电压崩溃。
在故障情况下考虑控制信号丢失，对比图6和图7可以得到如下结论：
传统分布式MPC在发生控制信号丢失时则跳过此轮控制，这将导致控制无法满足快速性和最优性的要求，进而导致控制时域变长，不利于电力系统的电压稳定性，在控制信号丢失概率较大时还会发生电压失稳的现象。
本实施例提出的分布式MPC控制策略将控制信号丢失因素考虑到控制过程中，由于发生连续控制信号丢失的概率较小，在发生单次控制信号丢失时使用上一次优化结果中对应时刻的控制量进行控制，可以满足控制快速性的要求；由于MPC本身具有反馈校正环节，控制信号丢失时施加的控制量虽不为最优控制量但不影响整个控制过程，再与传统分布式MPC相比本文提出的MPC控制时域由原来的140s减少到90s，且减少了发生过励磁的发电机数目，控制效果较好。
实施例2：
本发明实施例2提供了一种考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制系统，包括：
数据获取模块，被配置为：获取交直流系统各个子区域的参量数据；
控制序列生成模块，被配置为：根据获取的参量数据和各个子区域的目标函数，得到优化后的多个控制序列；
电压控制模块，被配置为：判断是否发生控制信号丢失，若未发生则施加控制序列的第一个，若失败则检测是否有优化后的控制序列，若有则施加，若没有则跳过此轮控制进入下一轮控制。
所述系统的工作方法与实施例1提供的考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法相同，这里不再赘述。
实施例3：
本发明实施例3提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明实施例1所述的考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法中的步骤。
实施例4：
本发明实施例4提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例1所述的考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory， ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法，其特征在于：包括以下过程：
获取交直流系统各个子区域的参量数据；
根据获取的参量数据和各个子区域的目标函数，得到优化后的多个控制序列；
判断是否发生控制信号丢失，若未发生则施加控制序列的第一个，若失败则检测是否有优化后的控制序列，若有则施加，若没有则跳过此轮控制进入下一轮控制。
2.如权利要求1所述的考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法，其特征在于：
采用线路复制法进行交直流系统的子区域划分，包括：
各区域保留各侧的换流站，将相连的直流线路进行复制；
对应的边界变量为两侧的直流电压和线路的直流电流，当两个交流系统通过多端直流互联时，分区后各区域含有交流系统和整个直流系统；
对应的边界变量为直流系统各换流站的控制参数，根据直流换流站的控制方式，对应的边界条件为对应换流站有功功率和直流电压的设定值相同。
3.如权利要求1所述的考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法，其特征在于：
根据区域电网内节点电压与基准值的偏差确定各区域的目标函数，包括：
当偏差小于第一阈值时，判定电网为正常运行状态，不进行控制；
当偏差大于第一阈值且小于第二阈值时，电网为警戒运行状态，目标函数为控制代价与无功裕度的差值的最小值；
当偏差大于第二阈值时，电网为紧急运行状态，目标函数为交流最低节点电压轨迹偏差量与控制代价的加和的最小值。
4.如权利要求3所述的考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法，其特征在于：
根据电压预测输出轨迹计算交流最低节点电压轨迹偏差量，电压预测输出轨迹为轨迹灵敏度与输入控制量变化值的乘积，再与前一时刻的未施加控制前交流最低节点母线电压的加和。
5.如权利要求4所述的考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法，其特征在于：
应用隐式梯形积分法和牛顿-拉夫逊法进行时域仿真，预测电压输出轨迹，通过时域仿真中得到的雅可比矩阵求得交直流混联系统各交直流控制量对负荷母线电压的轨迹灵敏度。
6.如权利要求1所述的考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法，其特征在于：
根据获取的参量数据和各个子区域的目标函数，得到优化后的多个控制序列，包括：
对各个子区域的目标函数进行求解，分别得到各个目标函数公共项的初值，以得到的处置作为目标函数的惩罚项，形成各区域新的目标函数；
各个子目标函数进行并行求解，在每次迭代完成后对惩罚系数进行修正，当满足迭代终止条件时，得到优化后的多个控制序列。
7.如权利要求1所述的考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法，其特征在于：
控制信号丢失被建模为满足伯努利随机二进制分布的线性函数。
8.一种考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制系统，其特征在于：包括：
数据获取模块，被配置为：获取交直流系统各个子区域的参量数据；
控制序列生成模块，被配置为：根据获取的参量数据和各个子区域的目标函数，得到优化后的多个控制序列；
电压控制模块，被配置为：判断是否发生控制信号丢失，若未发生则施加控制序列的第一个，若失败则检测是否有优化后的控制序列，若有则施加，若没有则跳过此轮控制进入下一轮控制。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法中的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7任一项所述的考虑控制信号丢失的交直流系统分布式电压控制方法中的步骤。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114362123A (zh) * 2021-12-10 2022-04-15 深圳市崧盛电子股份有限公司 直流集中供电-分散耗电系统的下垂控制方法和系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060282239A1 (en) * 2005-06-08 2006-12-14 Chang Gung University Method of setting-up steady state model of VSC-based multi-terminal HVDC transmission system
CN102403720A (zh) * 2011-11-23 2012-04-04 昆明理工大学 一种基于暂态电压安全裕度的超实时重合时序整定方法
CN106374500A (zh) * 2016-11-28 2017-02-01 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种计及区域调压能力保留的电压协调控制方法
CN108711846A (zh) * 2018-04-28 2018-10-26 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种交直流系统长期电压稳定模型预测控制方法
CN109687497A (zh) * 2018-11-20 2019-04-26 国电南瑞科技股份有限公司 抑制特高压直流连续换向失败的预防控制方法及系统
CN110011350A (zh) * 2019-04-26 2019-07-12 山东大学 交直流系统长期电压稳定协调控制方法、系统、介质及设备
WO2019170040A1 (zh) * 2018-03-05 2019-09-12 南京南瑞继保电气有限公司 一种多端直流输电系统站间通讯故障下控制方法及装置
CN111682571A (zh) * 2020-05-07 2020-09-18 山东大学 混合多馈入交直流混联系统分级协调电压控制方法及系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060282239A1 (en) * 2005-06-08 2006-12-14 Chang Gung University Method of setting-up steady state model of VSC-based multi-terminal HVDC transmission system
CN102403720A (zh) * 2011-11-23 2012-04-04 昆明理工大学 一种基于暂态电压安全裕度的超实时重合时序整定方法
CN106374500A (zh) * 2016-11-28 2017-02-01 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种计及区域调压能力保留的电压协调控制方法
WO2019170040A1 (zh) * 2018-03-05 2019-09-12 南京南瑞继保电气有限公司 一种多端直流输电系统站间通讯故障下控制方法及装置
CN108711846A (zh) * 2018-04-28 2018-10-26 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种交直流系统长期电压稳定模型预测控制方法
CN109687497A (zh) * 2018-11-20 2019-04-26 国电南瑞科技股份有限公司 抑制特高压直流连续换向失败的预防控制方法及系统
CN110011350A (zh) * 2019-04-26 2019-07-12 山东大学 交直流系统长期电压稳定协调控制方法、系统、介质及设备
CN111682571A (zh) * 2020-05-07 2020-09-18 山东大学 混合多馈入交直流混联系统分级协调电压控制方法及系统

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. GONG 等: "Real-time Coordinated Control of Long-term Voltage Stability in Power Grid with VSC-MTDC Considering Time Response Characteristics of Components", 《2020 IEEE POWER & ENERGY SOCIETY GENERAL MEETING (PESGM)》 *
任伟建等: "随机时变时滞非线性马尔可夫跳跃系统故障检测问题研究", 《控制理论与应用》 *
弓帅 等: "混合多馈入交直流混联系统中长期电压分级协调控制", 《电力系统自动化》 *
梁梓均等: "一种求解交直流互联电网分布式最优潮流的同步ADMM方法", 《电力系统保护与控制》 *
王毅等: "基于模型预测控制方法的风电直流微网集散控制", 《电工技术学报》 *
谢季平 等: "特高压直流分层接入下交直流系统中长期电压稳定协调控制", 《电力系统自动化》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114362123A (zh) * 2021-12-10 2022-04-15 深圳市崧盛电子股份有限公司 直流集中供电-分散耗电系统的下垂控制方法和系统
CN114362123B (zh) * 2021-12-10 2024-06-04 深圳市崧盛电子股份有限公司 直流集中供电-分散耗电系统的下垂控制方法和系统

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