一種主動(dòng)配電網(wǎng)無功電壓分層分布協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的協(xié)調(diào)控制方法，具體涉及一種主動(dòng)配電 網(wǎng)無功電壓分層分布協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的作用是進(jìn)行電能的分配，結(jié)構(gòu)呈輻射狀，潮流由根節(jié) 點(diǎn)向末節(jié)點(diǎn)單向流動(dòng)。隨著主動(dòng)配電網(wǎng)的快速發(fā)展，當(dāng)大量分布式電源接入后，主動(dòng)配電網(wǎng) 內(nèi)部的潮流分布發(fā)生變化，潮流方向由單向變?yōu)殡p向，整體提高了饋線上各節(jié)點(diǎn)的電壓水 平，使得主動(dòng)配電網(wǎng)的控制愈發(fā)復(fù)雜，一旦控制不好容易造成電壓越限。另外，間歇性分布 式電源的出力具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，傳統(tǒng)的長時(shí)間尺度優(yōu)化無法適應(yīng)主動(dòng)配電網(wǎng)中分布式電 源與負(fù)荷的頻繁變化，使得控制指令的時(shí)效性下降；同時(shí)，針對(duì)單一控制目標(biāo)的控制不能兼 顧配電網(wǎng)中不同電壓等級(jí)系統(tǒng)的無功電壓控制需求，影響主動(dòng)配電網(wǎng)的供電質(zhì)量。因此，研 究適用于主動(dòng)配電網(wǎng)的無功電壓控制新方法，具有十分重要的意義。
[0003] 大量分布式電源的接入改變了主動(dòng)配電網(wǎng)中的潮流分布，此外，間歇性分布式電 源的出力具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，會(huì)導(dǎo)致饋線節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)，引發(fā)主動(dòng)配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定問題。與 此同時(shí)，主動(dòng)配電網(wǎng)中電壓等級(jí)繁多，不同電壓等級(jí)的優(yōu)化控制方法不同，無法進(jìn)行統(tǒng)一的 建模計(jì)算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種主動(dòng)配電網(wǎng)無功電壓分 層分布協(xié)調(diào)控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)中不同電壓等級(jí)系統(tǒng)的無功電壓控制目標(biāo)，在 平抑分布式電源波動(dòng)的同時(shí)，改善主動(dòng)配電網(wǎng)的電壓狀況。
[0005] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明提供一種主動(dòng)配電網(wǎng)無功電壓分層分布協(xié)調(diào)控制方法，其改進(jìn)之處在于， 所述方法包括下述步驟：
[0007] 步驟1 :對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行無功電壓控制層級(jí)與控制區(qū)域的劃分；
[0008] 步驟2 :對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行無功電壓的全局優(yōu)化；
[0009] 步驟3 :對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)各控制區(qū)域進(jìn)行無功電壓實(shí)時(shí)控制。
[0010] 進(jìn)一步地，所述步驟1中，根據(jù)電壓等級(jí)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行無功電壓 控制層級(jí)與控制區(qū)域的劃分：以110kV/10kV變壓器低壓側(cè)母線為關(guān)口，單條IOkV饋線以及 其上接入的分布式電源、柔性負(fù)荷與無功電壓設(shè)備作為一個(gè)控制分區(qū)，構(gòu)成區(qū)域控制層，BP 低壓系統(tǒng)；IlOkV系統(tǒng)作為全局優(yōu)化層，即高壓系統(tǒng)；
[0011] 在優(yōu)化與控制的時(shí)間尺度上，全局優(yōu)化采用小時(shí)級(jí)的優(yōu)化周期，計(jì)算得到全局的 最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)；各控制區(qū)域采用分鐘級(jí)的控制周期跟蹤全局優(yōu)化結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)各控制區(qū)域 的實(shí)時(shí)控制。
[0012] 進(jìn)一步地，所述步驟2中，以全局優(yōu)化層的初始潮流數(shù)據(jù)與分布式電源功率預(yù)測 數(shù)據(jù)建立無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如下：
[0013] min f (X)
[0014] s. t. gi(x) = 0
[0015] (I)
[0016] g2(x) = 0
[0017] hnin^ h (x) nax
[0018] 其中：x = [χΛ x2T, x3T]T;x 發(fā)電機(jī)端電壓、無功補(bǔ)償裝置的無功出力和有載調(diào) 壓變壓器的變比列向量，&為PQ節(jié)點(diǎn)（負(fù)荷節(jié)點(diǎn)）電壓的列向量，X 3為除平衡節(jié)點(diǎn)外其余 節(jié)點(diǎn)的電壓相角構(gòu)成的列向量；f(x)為優(yōu)化周期內(nèi)高壓系統(tǒng)的運(yùn)營成本；gl(x) =〇為有功 平衡方程，為N-I維，N為高壓系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)；g2 (X) = 0為無功平衡方程，為N-Nt;維，N (；為 發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)總數(shù)；h(x)為發(fā)電機(jī)無功出力、節(jié)點(diǎn)電壓、無功補(bǔ)償裝置的無功出力和有載調(diào) 壓變壓器的變比約束，為Nh維，Nh為NS+N-1+NC+N T維，Nc、隊(duì)分別為無功補(bǔ)償裝置和有載調(diào) 壓變壓器的個(gè)數(shù)；h_、h_為約束的上下限列向量；
[0019] 由于式（1)的無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型中，含有可調(diào)變壓器分接頭檔位和無功補(bǔ)償設(shè)備 組數(shù)離散變量，首先將離散變量作為連續(xù)變量處理，通過預(yù)優(yōu)化得到離散變量的兩界，然后 借助互補(bǔ)理論，構(gòu)建離散變量的精確求解模型，構(gòu)造離散變量的互補(bǔ)約束條件并進(jìn)行松弛， 如下式（2)和（3)所示：
[0022] 其中：^為第i個(gè)有載調(diào)壓變壓器檔位或無功補(bǔ)償裝置投切組數(shù)等離散變量按連 續(xù)變量處理得到的初次優(yōu)化值；A^f2xSf1左右的實(shí)際檔位或?qū)嶋H投切組數(shù)；fin為第in個(gè) 有載調(diào)壓變壓器檔位或無功補(bǔ)償裝置投切組數(shù)等離散變量按連續(xù)變量處理得到的初次優(yōu) 化值；
[0023] 式（1)、（3)構(gòu)成基于互補(bǔ)理論的含離散變量的電力系統(tǒng)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，簡化 表達(dá)如下：
[0024] min f (X)
[0025] s. t. gi(x) = 0
[0026] g2(x) = 0 (4)
[0027] gcomp (x) = 0
[0028] Kh(X)Shniax
[0029] 其中：g_p(x)為光滑處理后的等價(jià)互補(bǔ)約束條件；
[0030] 對(duì)于上述電力系統(tǒng)無功優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的求解，采用過濾集內(nèi)點(diǎn)法 (Interior-Point Filter Algorithm，IPFA)進(jìn)行求解；
[0031] 應(yīng)用過濾集內(nèi)點(diǎn)求解式（4)時(shí)，引入松弛變量Sl、su，將不等式約束轉(zhuǎn)化成為等式 約束，并利用對(duì)數(shù)壁皇函數(shù)構(gòu)建新的目標(biāo)函數(shù)，如式（5)所示：
[0032]
[0039] 在過濾集內(nèi)點(diǎn)法中，最優(yōu)目標(biāo)與可行目標(biāo)是等價(jià)的，最優(yōu)目標(biāo)是式（4)中的目標(biāo) 函數(shù)辦(X，X')，可行目標(biāo)是等式約束函數(shù)集的無窮范數(shù)Θ (x，x'），gp :
[0041] 過濾集內(nèi)點(diǎn)法中過濾集合Filter，定義及其在迭代過程中的更新規(guī)則如下：
[0042] 首先定義在K次迭代過程中的Filter集合為：
[0047] 只有當(dāng)?shù)c(diǎn)的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)％(x，x)和可行目標(biāo)函數(shù)θ (χ，χ'）滿足 (辦.*磁，_:*；_):，應(yīng)1顧，*科1:細(xì)巧時(shí)，該迭代點(diǎn)被接受，并相應(yīng)地進(jìn)行下一步迭代；
[0048] 在k+Ι次迭代過程中過濾集合集合Filter更新為
[0050] 應(yīng)用該算法求解式（5)時(shí)，定義拉格朗日函數(shù)：
[0052] 其中：y2, y_p，yu為對(duì)偶變量；
[0053] 根據(jù)拉格朗日乘數(shù)法中的Karush-Kuln-Tucker最優(yōu)條件，優(yōu)化問題（5)極小值存 在的必要條件是拉格朗日函數(shù)對(duì)所有變量及乘子的偏導(dǎo)數(shù)為0 ;
[0054] 為了保證松弛變量與拉格朗日乘子的非負(fù)性，第k次迭代中原、對(duì)偶變量的步長 分別由下式給出，設(shè)y = Iiy1, y2, y_p]:
[0056] 在實(shí)際迭代過程中，每更新一次原變量就要判斷新迭代點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)與約束函數(shù) 集組成的集合(心(xw，xw)Α%+ρχω))是否屬于過濾集合Filter ;若不屬于過濾集合，接納迭 代點(diǎn)并進(jìn)行更新；否則說明迭代之后的目標(biāo)函數(shù)及約束條件都比迭代之前要差，需要采用 線性搜索的方法逐步減小步長，記i為第k次迭代時(shí)修正步長的迭代次數(shù)，則修正后的迭代 步長為，氣Λ = 2 X ;迭代后的新運(yùn)行點(diǎn)表示為：
[0058] 過濾集內(nèi)點(diǎn)法將一階KKT條件的無窮范數(shù)作為收斂條件，即
[0060] 其中：g (X) = Iig1(X), g2 (X)，gc〇mp (X)]。
[0061] 進(jìn)一步地，基于過濾集內(nèi)點(diǎn)法和互補(bǔ)理論的電力系統(tǒng)離散無功優(yōu)化的求解步驟如 下：
[0062] 〈1>初始化原變量和對(duì)偶變量X。、s1()、su。、y 1()、y2。、yramp。、y1()、yu。，初始化障礙參數(shù) μ 〇;計(jì)算初始點(diǎn)的
，.并初始化過濾集

[0063] 〈2>將離散變量作為連續(xù)變量處理，采用過濾集內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行首次優(yōu)化計(jì)算，通過預(yù) 優(yōu)化得到式（1)的優(yōu)化計(jì)算結(jié)果，并計(jì)算互補(bǔ)約束條件中離散變量的的兩界；
[0064] 〈3>根據(jù)式（2)、（3)引入離散變量的互補(bǔ)約束條件，計(jì)算光滑參數(shù)w，對(duì)互補(bǔ)約束 條件光滑化處理；
[0065] 〈4>將首次優(yōu)化的結(jié)果作為第二次優(yōu)化的初始值，計(jì)算初始點(diǎn)的
并初始化過濾集
其中，
[0066] 〈5>