CN114172149B - 一种分布式发电集群自治控制方法及系统 - Google Patents

一种分布式发电集群自治控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式发电集群自治控制方法及系统，该方法包括对所有的分布式电源进行划分获取多个发电集群；发电集群中的第一等级自主体迭代更新自身的无功电压，第一等级自主体基于第一等级自主体所在集群的无功功率实际偏差量和所述第一等级自主体自身梯度进行所述迭代更新过程；发电集群中的第二等级自主体迭代更新自身的无功电压，第二等级自主体基于邻居自主体和第二等级自主体之间的交互信息以及所述第二等级自主体自身电压实际偏差量进行所述迭代更新过程；重复第一和第二等级自主体的迭代更新过程，获取发电集群无功电压协调优化结果。本发明实现了对配电网所有分布式电源的无功电压控制的高效性与实时性。

Description

一种分布式发电集群自治控制方法及系统
技术领域
本发明涉及配电网优化控制技术领域，具体涉及一种分布式发电集群自治控制方法及系统。
背景技术
随着分布式电源的不断推广，在配电网中接入中其规模和装机容量等形式也在不断的更新，目前，日益显著的分布式“连片开发、集群并网、多点分散接入”的发展态势，注定当分布式电源集群接入传统电网中时会对电网的运行和自身的推广产生重大影响，成为分布式发电技术进一步发展的限制因素。
分布式发电的并网对传统的配电网结构形态和运行方式造成较大影响，不仅改变了配电网的潮流分布，也增加了源荷功率平衡、电压调节和无功控制的难度，引起电网节点电压偏差、电压波动等问题，开展分布式电源集群并网运行的协调优化是推动分布式发电技术进一步推广应用的关键，对实现未来配电网高效电压控制具有重要意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种分布式发电集群自治控制方法及系统，该技术方案如下：
第一方面，提供了一种一种分布式发电集群自治控制方法，包括：
(11)基于发电集群协同优化规划策略对所有的分布式电源进行划分，获取多个发电集群；
(12)发电集群中的第一等级自主体迭代更新自身的无功电压，所述第一等级自主体基于第一等级自主体所在集群的无功功率实际偏差量和所述第一等级自主体自身梯度进行所述迭代更新过程，所述第一等级自主体与第一等级自主体所在集群中的所有第二等级自主体通信，同时与第一等级自主体所在集群中的其它集群中的第一等级自主体通信；
(13)发电集群中的第二等级自主体迭代更新自身的无功电压，所述第二等级自主体基于所述第二等级自主体的邻居自主体和所述第二等级自主体之间的交互信息以及所述第二等级自主体自身电压实际偏差量进行所述迭代更新过程，所述第二等级自主体的邻居自主体包括与所述第二等级自主体具有通信关系的第一等级和第二等级自主体；
(14)重复步骤(12)和(13)直至迭代收敛，获取发电集群无功电压协调优化结果。
在一种可能的实现方式中，所述(12)中的第一等级自主体所在集群的无功功率实际偏差量，包括：所有发电集群形成的发电系统的负荷无功和系统的无功出力的差值。
在一种可能的实现方式中，(13)中的基于所述第二等级自主体的邻居自主体和所述第二等级自主体自主体之间的交互信息以及所述第二等级自主体自身电压实际偏差量进行所述迭代更新过程，包括：
当所述邻居自主体的节点信息大于所述第二等级自主体时，所述邻居自主体为第二等级自主体交互的节点信息为对第二等级自主体的节点信息加1，否则，交互的节点信息为对第二等级自主体的节点信息减1；
当所述第二等级自主体的实际电压小于额定电压时，增加第二等级自主体的节点信息，否则，减小第二等级自主体的节点信息，即第二等级自主体的实际电压和额定电压的差值与第二等级自主体的节点信息成反比。
在一种可能的实现方式中，所述第一等级和第二等级自主体的节点信息基于单位无功功率的变化对自主体优化控制目标函数的影响确定。
在一种可能的实现方式中，所述第一等级自主体自身梯度，基于第一等级自主体所在集群的优化控制目标函数确定，所述第一等级自主体所在集群的优化控制目标函数的获取方法，包括：
基于划分完成的发电集群，构建全局鲁棒控制优化模型，所述全局鲁棒控制优化模型的目标函数包括系统成本，所述目标函数的求解包括对分布式光源的出力不确定性的计算；
基于全局鲁棒控制优化模型和发电集群中各个集群的交互信息生成局部优化模型的目标函数，所述局部优化模型的目标函数包括系统成本和各个集群一致性成本。
在一种可能的实现方式中，所述基于全局鲁棒控制优化模型和发电集群中各个集群的交互信息生成局部优化模型的目标函数，包括：
基于全局鲁棒控制优化模型的目标函数，分解出针对每个发电集群的第一局部目标函数；
基于当前发电集群的决策变量和邻居发电集群为当前发电集群提供的决策变量的差值最小化作为第二局部目标函数；
基于第一局部目标函数和第二局部目标函数生成局部优化模型的目标函数。
在一种可能的实现方式中，所述(14)中的迭代收敛，包括：多次迭代结果中自主体自身节点信息的收敛和多次迭代结果中自主体自身和邻居自主体节点信息差值的收敛。
第二方面，提供了一种分布式发电集群自治控制系统，包括：
发电集群划分模块，用于基于发电集群协同优化规划策略对所有的分布式发电集群进行划分，获取多个发电集群；
第一迭代更新模块，用于发电集群中的第一等级自主体迭代更新自身的无功电压，所述第一等级自主体基于第一等级自主体所在集群的无功功率实际偏差量和所述第一等级自主体自身梯度进行所述迭代更新过程，所述第一等级自主体与第一等级自主体所在集群中的所有第二等级自主体通信，同时与第一等级自主体所在集群中的其它集群中的第一等级自主体通信；
第二迭代更新模块，用于发电集群中的第二等级自主体迭代更新自身的无功电压，所述第二等级自主体基于所述第二等级自主体的邻居自主体和所述第二等级自主体自主体之间的交互信息以及所述第二等级自主体自身电压实际偏差量进行所述迭代更新过程，所述第二等级自主体的邻居自主体包括与所述第二等级自主体具有通信关系的第一等级和第二等级自主体；
无功电压协调优化控制模块，用于重复执行第一迭代更新模块和第二迭代更新模块，获取发电集群无功电压协调优化结果。
第三方面，提供了一种分布式发电集群自治控制设备，所述设备包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器通过运行所述可执行指令以实现如上述第一方面所述的分布式发电集群自治控制方法。
第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如上述第一方面所述的分布式发电集群自治控制方法的步骤。
本发明的一种分布式发电集群自治控制方法及系统，具备如下有益效果：通过对所有的分布式电源进行划分，并确定每个区域中的第一等级自主体和第二等级自主体，通过第一等级自主体和其它集群的第一等级自主体的通信、第一等级自主体与所在集群内的第二等级自主体的通信、第二等级自主体之间的相互通信，实现了对配电网所有分布式电源的无功电压控制的高效性与实时性，克服集群协调与敏捷控制的矛盾，实现大规模分布式可再生能源集群友好并网。
附图说明
图1是本申请实施例中一种分布式发电集群自治控制方法的流程图；
图2是本申请实施例中一种分布式发电集群自治控制系统的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本发明的限制，本领域普通技术人员在没有做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。
本申请实施例提供了一种分布式发电集群自治控制方法，包括如下步骤：
(11)基于发电集群协同优化规划策略对所有的分布式电源进行划分，获取多个发电集群；
(12)发电集群中的第一等级自主体迭代更新自身的无功电压，所述第一等级自主体基于第一等级自主体所在集群的无功功率实际偏差量和所述第一等级自主体自身梯度进行所述迭代更新过程，所述第一等级自主体与第一等级自主体所在集群中的所有第二等级自主体通信，同时与第一等级自主体所在集群中的其它集群中的第一等级自主体通信；
(13)发电集群中的第二等级自主体迭代更新自身的无功电压，所述第二等级自主体基于所述第二等级自主体的邻居自主体和所述第二等级自主体之间的交互信息以及所述第二等级自主体自身电压实际偏差量进行所述迭代更新过程，所述第二等级自主体的邻居自主体包括与所述第二等级自主体具有通信关系的第一等级和第二等级自主体；
(14)重复步骤(12)和(13)直至迭代收敛，获取发电集群无功电压协调优化结果。
本申请实施例中，对于其中的第一等级自主体的获取方法，，包括：
获取集群内的所有可调节分布式电源节点；
获取集群内的电压值最大的负荷节点A，并在所有可调节分布式电源节点中，获取与该负荷节点A无功电压灵敏度最大的分布式电源节点作为第一等级自主体；
该第一等级自主体负责与所在集群内所有其它自主体通信获取每个自主体节点信息，并对所在集群内所有其它自主体的电压迭代优化过程进行控制。
本申请实施例中，第一等级自主体与其它集群的第一等级自主体之间通信，基于分布式发电集群的全局控制策略，以及不同集群之间的电压控制相互影响，确定第一等级自主体所在集群的整体电压控制目标，第一等级自主体更新自身的信息变量，在集群内部，第二等级自主体根据第一等级自主体的更新结果迭代更新自身的信息变量。
本申请实施例通过对所有的分布式电源进行划分，并确定每个区域中的第一等级自主体和第二等级自主体，通过第一等级自主体和其它集群的第一等级自主体的通信、第一等级自主体与所在集群内的第二等级自主体的通信、第二等级自主体之间的相互通信，实现了对配电网所有分布式电源的无功电压控制的高效性与实时性，克服集群协调与敏捷控制的矛盾，实现大规模分布式可再生能源集群友好并网。
进一步的，上述步骤(12)中的第一等级自主体所在集群的无功功率实际偏差量，包括：所有发电集群形成的发电系统的负荷无功和系统的无功出力的差值。
本申请实施例中，根据发电系统的无功功率偏差量对各个集群的第一等级自主体进行信息变量更新，各个集群的第一等级自主体的更新变化与发电系统总调节控制目标有关。
进一步的，上述步骤(13)中的基于所述第二等级自主体的邻居自主体和所述第二等级自主体自主体之间的交互信息以及所述第二等级自主体自身电压实际偏差量进行所述迭代更新过程，包括：
当所述邻居自主体的节点信息大于所述第二等级自主体时，所述邻居自主体为第二等级自主体交互的节点信息为对第二等级自主体的节点信息加1，否则，交互的节点信息为对第二等级自主体的节点信息减1；
当所述第二等级自主体的实际电压小于额定电压时，增加第二等级自主体的节点信息，否则，减小第二等级自主体的节点信息，即第二等级自主体的实际电压和额定电压的差值与第二等级自主体的节点信息成反比。
本申请实施例中，邻居自主体与第二等级自主体的交互信息为加1或者减1，避免了采用邻居自主体与第二等级自主体节点信息的差值作为交互信息，从而简化了集群内部自主体之间的信息交互过程，提高了自主体的节点信息迭代更新效率。
进一步的，上述第一等级和第二等级自主体的节点信息基于单位无功功率的变化对自主体优化控制目标函数的影响确定。
本申请实施例中，节点信息基于单位无功功率的变化对自主体优化控制目标函数的影响确定，通过调节每个自主体的节点信息变化，获得集群目标函数的最优解。
进一步的，上述第一等级自主体自身梯度，基于第一等级自主体所在集群的优化控制目标函数确定，所述第一等级自主体所在集群的优化控制目标函数的获取方法，包括：
基于划分完成的发电集群，构建全局鲁棒控制优化模型，所述全局鲁棒控制优化模型的目标函数包括系统成本，所述目标函数的求解包括对分布式光源的出力不确定性的计算；
基于全局鲁棒控制优化模型和发电集群中各个集群的交互信息生成局部优化模型的目标函数，所述局部优化模型的目标函数包括系统成本和各个集群一致性成本。
本申请实施例中，全局鲁棒控制优化模型中，基于各个电源的出力值确定出力成本，基于向外部调用电量确定调用成本，基于两个成本函数确定全局鲁棒控制优化模型的目标函数，并分别确定模型的多个约束条件，其中，包括对分布式新能源出力不确定性的约束条件，所述分布式新能源出力不确定性的获取方法，包括：基于各个电源的出力预测值和出力误差值确定分布式新能源出力的范围，其中出力误差值具有上、下限值，该出力误差值的上、下限值基于预设误差限值和限值调节系数确定，为了确保各个电源的出力误差上、下限值的范围区间的均衡性，本申请实施例中，基于不同分布式电源的预设误差限值的不同设置不同的限值调节系数，使得所有分布式电源的出力误差的上、下限值范围区间的总和最小，其中所有分布式电源的限值调节系数的总和固定为预设值。
进一步的，上述基于全局鲁棒控制优化模型和发电集群中各个集群的交互信息生成局部优化模型的目标函数，包括：
基于全局鲁棒控制优化模型的目标函数，分解出针对每个发电集群的第一局部目标函数；
基于当前发电集群的决策变量和邻居发电集群为当前发电集群提供的决策变量的差值最小化作为第二局部目标函数；
基于第一局部目标函数和第二局部目标函数生成局部优化模型的目标函数。
本申请实施例中，每个发电集群的目标函数除了基于鲁棒控制优化模型分解得到的第一局部目标函数，还融入了具有通信关系的发电集群之间的决策变量的一致性目标函数，实现不同发电集群在电压控制迭代过程中的平衡性。
进一步的，上述步骤(14)中的迭代收敛，包括：多次迭代结果中自主体自身节点信息的收敛和多次迭代结果中自主体自身和邻居自主体节点信息差值的收敛。
本申请实施例中，同时对自主体自身的收敛和集群所有自主体的收敛进行系统收敛性分析，使迭代控制优化结果更为准确，实现所有自主体的控制过程平衡性。
本申请实施例中还提供了一种分布式发电集群自治控制系统，包括：
发电集群划分模块，用于基于发电集群协同优化规划策略对所有的分布式发电集群进行划分，获取多个发电集群；
第一迭代更新模块，用于发电集群中的第一等级自主体迭代更新自身的无功电压，所述第一等级自主体基于第一等级自主体所在集群的无功功率实际偏差量和所述第一等级自主体自身梯度进行所述迭代更新过程，所述第一等级自主体与第一等级自主体所在集群中的所有第二等级自主体通信，同时与第一等级自主体所在集群中的其它集群中的第一等级自主体通信；
第二迭代更新模块，用于发电集群中的第二等级自主体迭代更新自身的无功电压，所述第二等级自主体基于所述第二等级自主体的邻居自主体和所述第二等级自主体自主体之间的交互信息以及所述第二等级自主体自身电压实际偏差量进行所述迭代更新过程，所述第二等级自主体的邻居自主体包括与所述第二等级自主体具有通信关系的第一等级和第二等级自主体；
无功电压协调优化控制模块，用于重复执行第一迭代更新模块和第二迭代更新模块，获取发电集群无功电压协调优化结果。
本申请实施例提供的分布式发电集群自治控制系统与上述实施例提供的分布式发电集群自治控制方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见分布式发电集群自治控制方法实施例，这里不再赘述。
本申请实施例还提供了一种分布式发电集群自治控制设备，所述设备包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器通过运行所述可执行指令以实现上述的分布式发电集群自治控制方法。
具体来说，本申请实施例的分布式发电集群自治控制设备包括：至少一个处理器、存储器、用户接口和至少一个网络接口。电子设备中的各个组件通过总线系统耦合在一起。可以理解，总线系统用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现上述的分布式发电集群自治控制方法的步骤。
具体来说，本申请实施例中的计算机可读存储介质可以是只读存储器(read-onlymemory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读光盘(compact discread-only memory，CD-ROM)、磁带、软盘和光数据存储节点等。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分布式发电集群自治控制方法，其特征在于，包括：
（11）基于发电集群协同优化规划策略对所有的分布式电源进行划分，获取多个发电集群；
（12）发电集群中的第一等级自主体迭代更新自身的无功电压，所述第一等级自主体基于第一等级自主体所在集群的无功功率实际偏差量和所述第一等级自主体自身梯度进行所述迭代更新过程，所述第一等级自主体与第一等级自主体所在集群中的所有第二等级自主体通信，同时与第一等级自主体所在集群中的其它集群中的第一等级自主体通信；所述第一等级自主体自身梯度，基于第一等级自主体所在集群的优化控制目标函数确定，所述第一等级自主体所在集群的优化控制目标函数的获取方法，包括：基于划分完成的发电集群，构建全局鲁棒控制优化模型，所述全局鲁棒控制优化模型的目标函数包括系统成本，所述目标函数的求解包括对分布式光源的出力不确定性的计算；基于全局鲁棒控制优化模型和发电集群中各个集群的交互信息生成局部优化模型的目标函数，所述局部优化模型的目标函数包括系统成本和各个集群一致性成本；
（13）发电集群中的第二等级自主体迭代更新自身的无功电压，所述第二等级自主体基于所述第二等级自主体的邻居自主体和所述第二等级自主体之间的交互信息以及所述第二等级自主体自身电压实际偏差量进行所述迭代更新过程，所述第二等级自主体的邻居自主体包括与所述第二等级自主体具有通信关系的第一等级和第二等级自主体；所述基于所述第二等级自主体的邻居自主体和所述第二等级自主体之间的交互信息以及所述第二等级自主体自身电压实际偏差量进行所述迭代更新过程，包括：当所述邻居自主体的节点信息大于所述第二等级自主体时，所述邻居自主体为第二等级自主体交互的节点信息为对第二等级自主体的节点信息加1，否则，交互的节点信息为对第二等级自主体的节点信息减1；当所述第二等级自主体的实际电压小于额定电压时，增加第二等级自主体的节点信息，否则，减小第二等级自主体的节点信息，即第二等级自主体的实际电压和额定电压的差值与第二等级自主体的节点信息成反比；
（14）重复步骤（12）和（13）直至迭代收敛，获取发电集群无功电压协调优化结果。
2.根据权利要求1所述的一种分布式发电集群自治控制方法，其特征在于，所述（12）中的第一等级自主体所在集群的无功功率实际偏差量，包括：所有发电集群形成的发电系统的负荷无功和系统的无功出力的差值。
3.根据权利要求1所述的一种分布式发电集群自治控制方法，其特征在于，所述第一等级和第二等级自主体的节点信息基于单位无功功率的变化对自主体优化控制目标函数的影响确定。
4.根据权利要求1所述的一种分布式发电集群自治控制方法，其特征在于，所述基于全局鲁棒控制优化模型和发电集群中各个集群的交互信息生成局部优化模型的目标函数，包括：
基于全局鲁棒控制优化模型的目标函数，分解出针对每个发电集群的第一局部目标函数；
基于当前发电集群的决策变量和邻居发电集群为当前发电集群提供的决策变量的差值最小化作为第二局部目标函数；
基于第一局部目标函数和第二局部目标函数生成局部优化模型的目标函数。
5.根据权利要求1所述的一种分布式发电集群自治控制方法，其特征在于，所述（14）中的迭代收敛，包括：多次迭代结果中自主体自身节点信息的收敛和多次迭代结果中自主体自身和邻居自主体节点信息差值的收敛。
6.一种分布式发电集群自治控制系统，其特征在于，包括：
发电集群划分模块，用于基于发电集群协同优化规划策略对所有的分布式发电集群进行划分，获取多个发电集群；
第一迭代更新模块，用于发电集群中的第一等级自主体迭代更新自身的无功电压，所述第一等级自主体基于第一等级自主体所在集群的无功功率实际偏差量和所述第一等级自主体自身梯度进行所述迭代更新过程，所述第一等级自主体与第一等级自主体所在集群中的所有第二等级自主体通信，同时与第一等级自主体所在集群中的其它集群中的第一等级自主体通信；所述第一等级自主体自身梯度，基于第一等级自主体所在集群的优化控制目标函数确定，所述第一等级自主体所在集群的优化控制目标函数的获取方法，包括：基于划分完成的发电集群，构建全局鲁棒控制优化模型，所述全局鲁棒控制优化模型的目标函数包括系统成本，所述目标函数的求解包括对分布式光源的出力不确定性的计算；基于全局鲁棒控制优化模型和发电集群中各个集群的交互信息生成局部优化模型的目标函数，所述局部优化模型的目标函数包括系统成本和各个集群一致性成本；
第二迭代更新模块，用于发电集群中的第二等级自主体迭代更新自身的无功电压，所述第二等级自主体基于所述第二等级自主体的邻居自主体和所述第二等级自主体之间的交互信息以及所述第二等级自主体自身电压实际偏差量进行所述迭代更新过程，所述第二等级自主体的邻居自主体包括与所述第二等级自主体具有通信关系的第一等级和第二等级自主体；所述基于所述第二等级自主体的邻居自主体和所述第二等级自主体之间的交互信息以及所述第二等级自主体自身电压实际偏差量进行所述迭代更新过程，包括：当所述邻居自主体的节点信息大于所述第二等级自主体时，所述邻居自主体为第二等级自主体交互的节点信息为对第二等级自主体的节点信息加1，否则，交互的节点信息为对第二等级自主体的节点信息减1；当所述第二等级自主体的实际电压小于额定电压时，增加第二等级自主体的节点信息，否则，减小第二等级自主体的节点信息，即第二等级自主体的实际电压和额定电压的差值与第二等级自主体的节点信息成反比；
无功电压协调优化控制模块，用于重复执行第一迭代更新模块和第二迭代更新模块，获取发电集群无功电压协调优化结果。
7.一种分布式发电集群自治控制设备，其特征在于，所述设备包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器通过运行所述可执行指令以实现如权利要求1-5中任一项所述的分布式发电集群自治控制方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述指令被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的分布式发电集群自治控制方法的步骤。
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