CN114513017B - 交直流微电网对配电网指令的分布式追踪方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供交直流微电网对配电网指令的分布式追踪方法及系统。其中该方法包括配电网调度中心向微电网控制中心下发PCC点的当前时刻有功调度指令；本地动态状态估计器接收本地系统的量测数据及有通信连接的相邻节点的量测数据，再进行状态估计滤波，生成相关伪量测量；微电网控制中心更新并下发对各分布式能源控制器的协调信号；分布式能源本地控制器接收相关伪量测量中分布式能源功率信息，结合协调信号进行一次非迭代计算来制定当前时刻的分布式能源输出功率设定值，以调节PCC点实际功率；微电网控制中心根据量测的当前时刻PCC点实际功率与配电网调度中心下发的有功调度指令值之间的差值来判断是否结束追踪相应时刻有功调度指令。

Description

交直流微电网对配电网指令的分布式追踪方法及系统

技术领域

本发明属于配电网技术领域，尤其涉及一种交直流微电网对配电网指令的分布式追踪方法及系统。

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信息，不必然构成在先技术。

可再生分布式能源渗透率逐年提高，分布式能源作为有功源参与配电网调峰调频，可以缓解用电高峰时配电网的调控压力，实现能源、经济、环境效益的综合优化。然而，分布式能源单体容量较小，位置分散，难以为配电网直接调控。微电网是实现分布式能源安全可靠并网及消纳的有效方式，其由分布式电源、用电负荷、配电设施、监控和保护装置等组成，结构完整、同时具备并网与孤岛运行能力，应用场景多元化。此外，交直流混合微电网有效克服了单一类型微电网的局限性，兼顾了交流系统在现有输配电的主导地位及日益增加的直流负荷的并网需求。

交直流混合微电网通过交流侧的公共耦合点(point of common coupling，PCC)并入配电网，配电网向微电网下发关于PCC的调度指令，指定微电网从PCC向配电网注入或吸收的有功功率。微电网应调控网络内分布式能源出力，追踪配电网调度指令，使实际流过PCC的有功功率与指令间偏差尽可能小。显然，追踪不仅要准确，还应快速，否则会影响配电网乃至输电网的安全运行。模型求解计算耗时是影响追踪耗时的重要因素，降低计算耗时有利于提升追踪效果。

当前，对于上述微电网调控内部分布式能源出力的优化问题通常有集中式与分布式两种实现方式。集中式方法需要集中收集信息和集中计算，当分布式能源较多时，信息收集难度较大，集中计算耗时也较长，难以实现快速追踪。而在某些在传统分布式方法中，为求出分布式能源在追踪过程中的功率设定值，本地控制器之间往往需要多次交互边界信息进行迭代计算。这一迭代过程也可能导致较长的计算耗时，无法实现快速追踪。现有技术中提出了将分布式追踪方法中的单次迭代结果(而非最后的收敛解)作为当前时刻执行的分布式能源输出功率设定值——即为“非迭代”的设定值计算模式。但是，对于交直流混合微电网的指令追踪问题，上述方法还存在一些不完善的地方，如：模型误差和系统误差会随时间积累，影响追踪的准确性；量测并不一定准确，传统方法并未充分考虑量测噪声，实际控制效果不佳；有些方法要求量测点与控制点位置保持一致，应用时有一定局限性。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种交直流微电网对配电网指令的分布式追踪方法及系统，其基于非迭代计算模式、动态状态估计和量测反馈进行分布式追踪，着眼于解决交直流混合微电网对配电网指令追踪中如何平衡追踪速度与追踪精度的问题，与传统方法相比更加高效和准确。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种交直流微电网对配电网指令的分布式追踪方法，其包括：

配电网调度中心向微电网控制中心下发PCC点的当前时刻有功调度指令；

本地动态状态估计器接收本地系统的量测数据及有通信连接的相邻节点的量测数据，再进行状态估计滤波，生成相关伪量测量；

微电网控制中心根据PCC点的当前时刻有功调度指令及相关伪量测量中PCC点有功功率、交流侧和直流侧可量测节点的电压幅值，更新并下发对各分布式能源控制器的协调信号；

分布式能源本地控制器接收相关伪量测量中分布式能源功率信息，结合协调信号进行一次非迭代计算来制定当前时刻的分布式能源输出功率设定值，从而调节PCC点实际功率；

微电网控制中心根据量测的当前时刻PCC点实际功率与配电网调度中心下发的有功调度指令值之间的差值来判断是否结束追踪相应时刻有功调度指令。

作为一种实施方式，本地系统的量测数据由具有量测设备的节点进行量测。

作为一种实施方式，伪量测量中的分布式能源功率信息包括分布式能源输出有功功率和分布式能源输出无功功率。

作为一种实施方式，若量测的当前时刻PCC点实际功率与配电网调度中心下发的有功调度指令值之间的差值满足设定的误差界，则结束对当前有功调度指令的追踪；否则，继续追踪当前有功调度指令。

作为一种实施方式，微电网控制中心更新对各分布式能源控制器的协调信号的原则为：

其中，u^t为协调信号，proj_Ω{x}表示在域Ω中找与x最接近的点；|u|表示u的维数；

表示维数为|u|的正实数域；t′表示上一时刻；α为步长；Δu^t为根据t时刻接收到的量测信息和配电网指令制定的协调信号修正量。

作为一种实施方式，分布式能源本地控制器进行一次非迭代计算来制定当前时刻的分布式能源输出功率设定值的过程为：

其中，proj_Ω{x}表示在域Ω中找与x最接近的点；χ_i ^t为连接于节点i的分布式能源在t时刻的输出功率可调节范围，P_i ^t为连接于节点i的分布式能源在t时刻的输出有功功率设定值，

为连接于节点i的分布式能源在t时刻的无功功率设定值；α为步长；

为根据t时刻接收到的本地量测信息和协调信号u^t所制定的分布式能源输出功率修正量。

本发明的第二个方面提供了一种交直流微电网对配电网指令的分布式追踪系统，其包括：

配电网调度中心，其用于向微电网控制中心下发PCC点的当前时刻有功调度指令；

本地动态状态估计器，其用于接收本地系统的量测数据及有通信连接的相邻节点的量测数据，再进行状态估计滤波，生成相关伪量测量；

微电网控制中心，其用于根据PCC点的当前时刻有功调度指令及相关伪量测量中PCC点有功功率、交流侧和直流侧可量测节点的电压幅值，更新并下发对各分布式能源控制器的协调信号；

分布式能源本地控制器，其用于接收相关伪量测量中分布式能源功率信息，结合协调信号进行一次非迭代计算来制定当前时刻的分布式能源输出功率设定值，从而调节PCC点实际功率；

所述微电网控制中心，还用于根据量测的当前时刻PCC点实际功率与配电网调度中心下发的有功调度指令值之间的差值来判断是否结束追踪相应时刻有功调度指令。

作为一种实施方式，在所述微电网控制中心中，若量测的当前时刻PCC点实际功率与配电网调度中心下发的有功调度指令值之间的差值满足设定的误差界，则结束对当前有功调度指令的追踪；否则，继续追踪当前有功调度指令。

作为一种实施方式，微电网控制中心更新对各分布式能源控制器的协调信号的原则为：

其中，u^t为协调信号，proj_Ω{x}表示在域Ω中找与x最接近的点；|u|表示u的维数；

表示维数为|u|的正实数域；t′表示上一时刻；α为步长；Δu^t为根据t时刻接收到的量测信息和配电网指令制定的协调信号修正量。

作为一种实施方式，分布式能源本地控制器进行一次非迭代计算来制定当前时刻的分布式能源输出功率设定值的过程为：

其中，proj_Ω{x}表示在域Ω中找与x最接近的点；χ_i ^t为连接于节点i的分布式能源在t时刻的输出功率可调节范围，P_i ^t为连接于节点i的分布式能源在t时刻的输出有功功率设定值，

为连接于节点i的分布式能源在t时刻的无功功率设定值；α为步长；

为根据t时刻接收到的本地量测信息和协调信号u^t所制定的分布式能源输出功率修正量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明针对交直流混合微电网对配电网指令的追踪问题，设计一种结合非迭代计算模式、动态状态估计和量测反馈的分布式指令追踪方法。本发明构建的分布式指令追踪架构使整个追踪过程为闭合过程。首先，具有量测设备的节点的量测信息，由本地动态状态估计滤波。滤波后的信息反馈至微电网控制中心或本地控制器在计算求解中取代相关状态量的解析解，用以减小计算负担，加快指令追踪速度。然后，微电网控制中心制定对各分布式能源本地控制器的协调信号并下发；分布式能源本地控制器根据微电网控制中心的协调信号和本地反馈的量测信息，进行一次非迭代的计算后立即执行得到的分布式能源输出功率设定值，无需与相邻控制器进行多次交互迭代。最后，重复上述过程，直至指令追踪误差满足要求。本发明通过非迭代的计算模式和分布式计算保证指令追踪的快速性，通过量测反馈和本地动态状态估计保证了指令追踪的准确性。

本发明提出的基于非迭代计算模式、动态状态估计和量测反馈的交直流混合微电网对配电网指令的分布式追踪方法，其优点是充分考虑并兼顾了指令追踪速度和追踪精度：采用非迭代计算模式，减少了计算耗时，加快了追踪速度；对实际量测信息进行本地动态状态估计滤波，能够降低量测噪声对控制和追踪效果的影响；在优化决策环节引入了相关状态量的量测反馈信息，使得整个追踪过程为闭合过程，降低了模型误差和非迭代计算模式的系统误差的影响，动态、快速修正追踪偏差。本发明的指令分布式追踪方法，最终可实现交直流混合微电网对配电网下发指令的快速、准确追踪。

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是本发明实施例的交直流微电网对配电网指令的分布式追踪原理图；

图2是本发明实施例的交直流微电网对配电网指令的分布式追踪方法流程图。

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，以下详细说明都是例示性的，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。

实施例一

参照图1和图2，_t时刻，交直流混合微电网对配电网的指令追踪问题的数学模型为：

其中p^t和q^t分别为由分布式能源输出有功功率和无功功率组成的向量；F^t(p^t,q^t)为经济性目标函数；g(p^t,q^t)≤0为需要满足的约束，包括指令追踪偏差约束、分布式能源输出功率可调范围约束、换流器容量约束、线路容量约束、交流侧和直流侧节点电压幅值上下限约束。构造上述模型的增广拉格朗日函数，可以将耦合各分布式能源相关变量的约束松弛到目标函数中，通过投影梯度法等方法构造可在各分布式能源本地控制器处并行求解的多个子问题，以适配分布式控制架构。本实施例构建的分布式追踪模式如图1所示，其中分布式能源节点表示连接有分布式能源的节点，其输出功率可控、状态可量测；其他可量测节点表示仅有量测设备而无控制设备的节点；普通节点表示既无量测设备又无控制设备的节点。

具体地，基于现有的电力电子技术快速调控能力及量测通信技术，如图2所示，交直流混合微电网对配电网指令的追踪方法包括以下步骤：

步骤1：配电网调度中心向微电网控制中心下发PCC点的当前时刻有功调度指令。

例如：在_t时刻，配电网向微电网控制中心下发关于PCC的调度指令

步骤2：本地动态状态估计器接收本地系统的量测数据及有通信连接的相邻节点的量测数据，再进行状态估计滤波，生成相关伪量测量。

具有量测设备的节点量测本地系统状态量，包括PCC的实际有功功率

分布式能源输出有功功率

分布式能源输出无功功率

交流侧可量测节点的节点电压幅值

直流侧可量测节点的节点电压幅值

步骤3：微电网控制中心根据PCC点的当前时刻有功调度指令及相关伪量测量中PCC点有功功率、交流侧和直流侧可量测节点的电压幅值，更新并下发对各分布式能源控制器的协调信号。

其中，本地动态状态估计器接收本地量测数据，并借助通信技术接收有通信连接的相邻节点的量测数据。然后，本地动态状态估计器对这些量测数据进行状态估计滤波，识别并剔除异常量测数据，并生成相关伪量测量保证系统冗余度。经状态估计滤波后的PCC有功功率、分布式能源输出有功功率、分布式能源输出无功功率、交流侧可量测节点的节点电压幅值和直流侧可量测节点的节点电压幅值数据分别记为

和

步骤4：分布式能源本地控制器接收相关伪量测量中分布式能源功率信息，结合协调信号进行一次非迭代计算来制定当前时刻的分布式能源输出功率设定值，从而调节PCC点实际功率。

其中，借助通信技术，将经本地动态状态估计滤波后的PCC有功功率

交流侧和直流侧可量测节点的电压幅值

和

传递给微电网控制中心，微电网控制中心结合当前配电网关于PCC点的调度指令

更新对各分布式能源控制器的协调信号u^t并下发，协调信号更新原则如公式(2)所示：

其中，proj_Ω{x}表示在域Ω中找与x最接近的点；|u|表示u的维数；

表示维数为|u|的正实数域；t′表示上一时刻；α为步长；Δu^t为根据t时刻接收到的量测信息和配电网指令制定的协调信号修正量，Δu^t的制定需要考虑公式(1)中的经济性目标和相关网络运行安全约束。

具体地，将经本地动态状态估计滤波后的分布式能源的实际输出有功功率和无功功率反馈至分布式能源本地控制器，同时分布式能源本地控制器接收到微电网的协调信号u^t，结合这两种信息，本地控制器进行一次非迭代的计算制定当前时刻的分布式能源输出功率设定值，计算原则如公式(3)所示：

其中，χ_i ^t为连接于节点i的分布式能源的输出功率可调节范围，要求分布式能源输出有功功率设定值P_i ^t和无功功率设定值

满足始终满足其时变的可调范围约束；

为本地控制器根据t时刻接收到的本地量测信息和协调信号u^t所制定的分布式能源输出功率修正量，其制定需要考虑公式(1)中的经济性目标和相关网络运行安全约束。公式(3)计算完成后，本地控制器无需与相邻控制器通信迭代至收敛，立即执行得到的输出功率设定值；

步骤5：微电网控制中心根据量测的当前时刻PCC点实际功率与配电网调度中心下发的有功调度指令值之间的差值来判断是否结束追踪相应时刻有功调度指令。

判断PCC点实际功率与配电网的调度值之间的差值是否在允许范围内，若二者之差满足设定的误差界，则结束对本指令的追踪，退出本次追踪，等待配电网下一个调度指令的到来；若二者之差超过了设定的误差界，则返回步骤1继续追踪本指令。

执行一次上述步骤1-5即可完成交直流混合微电网对配电网调度指令追踪过程。

实施例二

本实施例提供了一种交直流微电网对配电网指令的分布式追踪系统，其包括：

(1)配电网调度中心，其用于向微电网控制中心下发PCC点的当前时刻有功调度指令。

(2)本地动态状态估计器，其用于接收本地系统的量测数据及有通信连接的相邻节点的量测数据，再进行状态估计滤波，生成相关伪量测量。

(3)微电网控制中心，其用于根据PCC点的当前时刻有功调度指令及相关伪量测量中PCC点有功功率、交流侧和直流侧可量测节点的电压幅值，更新并下发对各分布式能源控制器的协调信号。

其中，微电网控制中心更新对各分布式能源控制器的协调信号的原则为：

其中，u^t为协调信号，proj_Ω{x}表示在域Ω中找与x最接近的点；|u|表示u的维数；

表示维数为|u|的正实数域；t′表示上一时刻；α为步长；Δu^t为根据t时刻接收到的量测信息和配电网指令制定的协调信号修正量。

(4)分布式能源本地控制器，其用于接收相关伪量测量中分布式能源功率信息，结合协调信号进行一次非迭代计算来制定当前时刻的分布式能源输出功率设定值，从而调节PCC点实际功率。

其中，分布式能源本地控制器进行一次非迭代计算来制定当前时刻的分布式能源输出功率设定值的过程为：

其中，proj_Ω{x}表示在域Ω中找与x最接近的点；χ_i ^t为连接于节点i的分布式能源在t时刻的输出功率可调节范围，P_i ^t为连接于节点i的分布式能源在t时刻的输出有功功率设定值，

为连接于节点i的分布式能源在t时刻的无功功率设定值；α为步长；

为根据t时刻接收到的本地量测信息和协调信号u^t所制定的分布式能源输出功率修正量。

所述微电网控制中心，还用于根据量测的当前时刻PCC点实际功率与配电网调度中心下发的有功调度指令值之间的差值来判断是否结束追踪相应时刻有功调度指令。

具体地，在所述微电网控制中心中，若量测的当前时刻PCC点实际功率与配电网调度中心下发的有功调度指令值之间的差值满足设定的误差界，则结束对当前有功调度指令的追踪；否则，继续追踪当前有功调度指令。

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 (8)

1.一种交直流微电网对配电网指令的分布式追踪方法，其特征在于，包括：

配电网调度中心向微电网控制中心下发PCC点的当前时刻有功调度指令；

本地动态状态估计器接收本地系统的量测数据及有通信连接的相邻节点的量测数据，再进行状态估计滤波，生成相关伪量测量；

微电网控制中心根据PCC点的当前时刻有功调度指令及相关伪量测量中PCC点有功功率、交流侧和直流侧可量测节点的电压幅值，更新并下发对各分布式能源控制器的协调信号；

分布式能源本地控制器接收相关伪量测量中分布式能源功率信息，结合协调信号进行一次非迭代计算来制定当前时刻的分布式能源输出功率设定值，从而调节PCC点实际功率；

其中，分布式能源本地控制器进行一次非迭代计算来制定当前时刻的分布式能源输出功率设定值的过程为：

其中，proj_Ω{x}表示在域Ω中找与x最接近的点；χ_i ^t为连接于节点i的分布式能源在t时刻的输出功率可调节范围，P_i ^t为连接于节点i的分布式能源在t时刻的输出有功功率设定值，

为连接于节点i的分布式能源在t时刻的无功功率设定值；α为步长；

为根据t时刻接收到的本地量测信息和协调信号u^t所制定的分布式能源输出功率修正量；

微电网控制中心根据量测的当前时刻PCC点实际功率与配电网调度中心下发的有功调度指令值之间的差值来判断是否结束追踪相应时刻有功调度指令。

2.如权利要求1所述的交直流微电网对配电网指令的分布式追踪方法，其特征在于，本地系统的量测数据由具有量测设备的节点进行量测。

3.如权利要求1所述的交直流微电网对配电网指令的分布式追踪方法，其特征在于，伪量测量中的分布式能源功率信息包括分布式能源输出有功功率和分布式能源输出无功功率。

4.如权利要求1所述的交直流微电网对配电网指令的分布式追踪方法，其特征在于，若量测的当前时刻PCC点实际功率与配电网调度中心下发的有功调度指令值之间的差值满足设定的误差界，则结束对当前有功调度指令的追踪；否则，继续追踪当前有功调度指令。

5.如权利要求1所述的交直流微电网对配电网指令的分布式追踪方法，其特征在于，微电网控制中心更新对各分布式能源控制器的协调信号的原则为：

其中，u^t为协调信号，proj_Ω{x}表示在域Ω中找与x最接近的点；|u|表示u的维数；

表示维数为|u|的正实数域；t′表示上一时刻；α为步长；Δu^t为根据t时刻接收到的量测信息和配电网指令制定的协调信号修正量。

6.一种交直流微电网对配电网指令的分布式追踪系统，其特征在于，包括：

配电网调度中心，其用于向微电网控制中心下发PCC点的当前时刻有功调度指令；

本地动态状态估计器，其用于接收本地系统的量测数据及有通信连接的相邻节点的量测数据，再进行状态估计滤波，生成相关伪量测量；

微电网控制中心，其用于根据PCC点的当前时刻有功调度指令及相关伪量测量中PCC点有功功率、交流侧和直流侧可量测节点的电压幅值，更新并下发对各分布式能源控制器的协调信号；

分布式能源本地控制器，其用于接收相关伪量测量中分布式能源功率信息，结合协调信号进行一次非迭代计算来制定当前时刻的分布式能源输出功率设定值，从而调节PCC点实际功率；

其中，分布式能源本地控制器进行一次非迭代计算来制定当前时刻的分布式能源输出功率设定值的过程为：

其中，proj_Ω{x}表示在域Ω中找与x最接近的点；χ_i ^t为连接于节点i的分布式能源在t时刻的输出功率可调节范围，P_i ^t为连接于节点i的分布式能源在t时刻的输出有功功率设定值，

为连接于节点i的分布式能源在t时刻的无功功率设定值；α为步长；

为根据t时刻接收到的本地量测信息和协调信号u^t所制定的分布式能源输出功率修正量；

所述微电网控制中心，还用于根据量测的当前时刻PCC点实际功率与配电网调度中心下发的有功调度指令值之间的差值来判断是否结束追踪相应时刻有功调度指令。

7.如权利要求6所述的交直流微电网对配电网指令的分布式追踪系统，其特征在于，在所述微电网控制中心中，若量测的当前时刻PCC点实际功率与配电网调度中心下发的有功调度指令值之间的差值满足设定的误差界，则结束对当前有功调度指令的追踪；否则，继续追踪当前有功调度指令。

8.如权利要求6所述的交直流微电网对配电网指令的分布式追踪系统，其特征在于，微电网控制中心更新对各分布式能源控制器的协调信号的原则为：

其中，u^t为协调信号，proj_Ω{x}表示在域Ω中找与x最接近的点；|u|表示u的维数；

表示维数为|u|的正实数域；t′表示上一时刻；α为步长；Δu^t为根据t时刻接收到的量测信息和配电网指令制定的协调信号修正量。

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