一種分布式光伏接入配電網(wǎng)的電壓分布式優(yōu)化控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)主要是為了解決高比例分布式光伏接入配電網(wǎng)所帶來的電壓越限的問題，公開了一種分布式光伏接入配電網(wǎng)的電壓分布式優(yōu)化控制方法，根據(jù)配電網(wǎng)支路潮流模型和光伏逆變器控制模型，構(gòu)建以節(jié)點電壓偏差、光伏削減量和網(wǎng)損最小為目標(biāo)的主動配電網(wǎng)電壓優(yōu)化控制模型；利用二階錐SOC松弛技術(shù)對所述電壓優(yōu)化控制模型進行凸化處理；基于分解協(xié)調(diào)原則將配電網(wǎng)分區(qū)，構(gòu)建基于交替方向乘子法ADMM的多區(qū)域電壓分布式優(yōu)化控制模型；基于殘差平衡原理和松弛技術(shù)，提出一種加速ADMM，利用加速ADMM求解電壓分布式優(yōu)化控制模型輸出電壓優(yōu)化控制結(jié)果。本發(fā)明專利技術(shù)可有效消除電壓越限現(xiàn)象，減小網(wǎng)損，有利于主動配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行。經(jīng)濟運行。經(jīng)濟運行。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種分布式光伏接入配電網(wǎng)的電壓分布式優(yōu)化控制方法


[0001]本專利技術(shù)涉及電力
，具體涉及一種分布式光伏接入主動配電網(wǎng)的電壓分布式優(yōu)化控制方法。

技術(shù)介紹

[0002]近年來，隨著配電網(wǎng)中分布式電源接入比例不斷提高，特別是分布式光伏PV(Photo Voltaic)的大量并網(wǎng)，配電網(wǎng)潮流逆向流動更加頻繁，導(dǎo)致配電網(wǎng)電壓分布發(fā)生劇烈變化；同時，PV出力的不確定性導(dǎo)致配電網(wǎng)電壓波動和越限等問題愈發(fā)突出，給配電網(wǎng)的安全運行帶來了巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)運行常利用電容器組和有載調(diào)壓器等設(shè)備解決PV大規(guī)模并網(wǎng)帶來的電壓越限問題，但其調(diào)節(jié)速度慢且會增加投資成本，若頻繁調(diào)節(jié)還將導(dǎo)致設(shè)備使用壽命下降。分布式PV在并網(wǎng)發(fā)電過程中，除了可輸出有功功率外還具有一定的無功功率調(diào)節(jié)能力，通過在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)PV的無功功率輸出，可改善配電網(wǎng)電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)絡(luò)損耗。同時，當(dāng)PV出力大、負荷小時，可適當(dāng)削減有功輸出，增強無功調(diào)節(jié)能力，改善配電網(wǎng)運行狀況。因此，在主動配電網(wǎng)中，合理地優(yōu)化控制分布式PV的有功和無功輸出，對保障配電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行意義重大。
[0003]目前，含分布式PV的主動配電網(wǎng)電壓優(yōu)化控制方法主要分為以下3種：本地優(yōu)化控制、集中式優(yōu)化控制和分布式優(yōu)化控制。配電網(wǎng)的電壓分區(qū)分布式優(yōu)化控制方法，通過配電網(wǎng)分區(qū)和多區(qū)域間協(xié)調(diào)，不僅能實現(xiàn)電壓的全局最優(yōu)控制，還可以降低計算復(fù)雜度，提高優(yōu)化計算效率，具有良好的優(yōu)化效果。然而，目前含分布式PV的主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)分布式優(yōu)化控制仍處于初步研究階段。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0004]本專利技術(shù)主要是為了解決高比例分布式光伏接入配電網(wǎng)所帶來的電壓越限的問題，提供了一種分布式光伏接入配電網(wǎng)的電壓分布式優(yōu)化控制方法，根據(jù)配電網(wǎng)支路潮流模型和光伏逆變器控制模型，構(gòu)建以節(jié)點電壓偏差、光伏削減量和網(wǎng)損最小為目標(biāo)的主動配電網(wǎng)電壓優(yōu)化控制模型；利用二階錐SOC松弛技術(shù)對所述電壓優(yōu)化控制模型進行凸化處理；基于分解協(xié)調(diào)原則將配電網(wǎng)分區(qū)，構(gòu)建基于交替方向乘子法ADMM的多區(qū)域電壓分布式優(yōu)化控制模型；基于殘差平衡原理和松弛技術(shù)，提出一種加速ADMM，利用加速ADMM求解電壓分布式優(yōu)化控制模型輸出電壓優(yōu)化控制結(jié)果。本專利技術(shù)可有效消除電壓越限現(xiàn)象，減小網(wǎng)損，有利于主動配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案。
[0006]一種分布式光伏接入配電網(wǎng)的電壓分布式優(yōu)化控制方法，包括以下步驟：步驟S1：根據(jù)配電網(wǎng)支路潮流模型和光伏逆變器控制模型，構(gòu)建以節(jié)點電壓偏差、光伏削減量和網(wǎng)損最小為目標(biāo)的主動配電網(wǎng)電壓優(yōu)化控制模型；步驟S2：利用二階錐SOC松弛技術(shù)對所述電壓優(yōu)化控制模型進行凸化處理；步驟S3：基于分解協(xié)調(diào)原則將配電網(wǎng)分區(qū)，構(gòu)建基于交替方向乘子法ADMM的多區(qū)
域電壓分布式優(yōu)化控制模型；步驟S4：基于殘差平衡原理和松弛技術(shù)，提出一種加速ADMM，利用加速ADMM求解電壓分布式優(yōu)化控制模型；本專利技術(shù)可有效消除電壓越限現(xiàn)象，減小網(wǎng)損，有利于主動配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行；與集中式控制方式相比，不僅可實現(xiàn)電壓的全局最優(yōu)控制，還可提高計算效率。加速ADMM通過調(diào)整優(yōu)化目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，可有效實現(xiàn)不同的電壓分布式優(yōu)化控制目標(biāo)，提高主動配電網(wǎng)運行的主動性和靈活性；加速ADMM有效減少了迭代次數(shù)，降低了算法收斂性能對懲罰參數(shù)的敏感性，對求解未來含高比例分布式電源的主動配電網(wǎng)優(yōu)化運行模型具有一定的參考價值。
[0007]作為優(yōu)選，步驟S1中，通過調(diào)節(jié)分布式光伏的有功和無功輸出實現(xiàn)節(jié)點電壓偏差、光伏削減量和網(wǎng)損最小的控制目標(biāo)，所述電壓優(yōu)化控制模型的目標(biāo)函數(shù)為：其中，N
bus
為配電網(wǎng)中節(jié)點集合；U
n
為節(jié)點n電壓幅值，設(shè)節(jié)點1電壓幅值為電壓基準(zhǔn)值，即U1＝1p.u.；N
PV
為配電網(wǎng)中接有PV的節(jié)點集合；和P
PV,n
分別為PV最大有功輸出功率和節(jié)點n的PV有功輸出功率；k:n
→
k表示以節(jié)點n為首端節(jié)點的支路末端節(jié)點集合；r
nk
和l
nk
分別為支路n
?
k的電阻和電流幅值平方；ω1—ω3為最小化權(quán)重系數(shù)，均大于等于0且ω1+ω2+ω3＝1；ξ1?
ξ3為大于0的校正系數(shù)，以保證式
⑴
中3項數(shù)值為同一數(shù)量級。式
⑴
中第一項為節(jié)點電壓偏差，第二項為PV削減量，第三項為網(wǎng)損，顯然第一項是非線性的。
[0008]作為優(yōu)選，所述電壓優(yōu)化控制模型的約束條件包括配電潮流約束，表達式為：l
mn
u
m
＝P
mn2
+Q
mn2
?????
l
mn
≥0
⑵
u
n
＝u
m
?
2(r
mn
P
mn
+x
mn
Q
mn
)+(r
mn2
+x
mn2
)l
mn
⑶
P
n
＝(P
mn
?
l
mn
r
mn
)
?
∑
k:n
→
k
P
nk
?????⑷
Q
n
＝(Q
mn
?
l
mn
r
mn
)
?
∑
k:n
→
k Q
nk
?????⑸
其中，u
m
、u
n
分別為節(jié)點m、n電壓幅值的平方；x
mn
為支路m
?
n的電抗；P
mn
和Q
mn
分別為節(jié)點m流過支路m
?
n的有功和無功功率；P
n
和Q
n
分別為注入節(jié)點n的凈有功負荷和無功負荷。式
⑵
為非凸非線性約束，其他均為線性等式約束。
[0009]作為優(yōu)選，所述電壓優(yōu)化控制模型的約束條件包括配電網(wǎng)運行安全約束，表達式為：其中，為支路m
?
n電流幅值平方最大值；和分別為節(jié)點n電壓幅值平方最小值和最大值。為確保配電網(wǎng)安全運行，運行過程中支路電流不應(yīng)越限，且節(jié)點電壓應(yīng)保持在安全范圍內(nèi)。
[0010]作為優(yōu)選，所述電壓優(yōu)化控制模型的約束條件包括PV逆變器控制約束，表達式為：
其中，Q
PV,n
為節(jié)點n PV逆變器的無功輸出功率；S
PV,n
為節(jié)點n PV逆變器的額定容量；k
f
＝cosθ，為PV逆變器的最小功率因數(shù)，其為給定常數(shù)。本專利技術(shù)采用PV逆變器最優(yōu)控制模型，該最優(yōu)控制模型可對逆變器的有功、無功輸出進行調(diào)節(jié)。式
⑺
為凸約束。...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種分布式光伏接入配電網(wǎng)的電壓分布式優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟S1：根據(jù)配電網(wǎng)支路潮流模型和光伏逆變器控制模型，構(gòu)建以節(jié)點電壓偏差、光伏削減量和網(wǎng)損最小為目標(biāo)的主動配電網(wǎng)電壓優(yōu)化控制模型；步驟S2：利用二階錐SOC松弛技術(shù)對所述電壓優(yōu)化控制模型進行凸化處理；步驟S3：基于分解協(xié)調(diào)原則將配電網(wǎng)分區(qū)，構(gòu)建基于交替方向乘子法ADMM的多區(qū)域電壓分布式優(yōu)化控制模型；步驟S4：基于殘差平衡原理和松弛技術(shù)，提出一種加速ADMM，利用加速ADMM求解電壓分布式優(yōu)化控制模型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式光伏接入配電網(wǎng)的電壓分布式優(yōu)化控制方法，其特征在于，步驟S1中，通過調(diào)節(jié)分布式光伏的有功和無功輸出實現(xiàn)節(jié)點電壓偏差、光伏削減量和網(wǎng)損最小的控制目標(biāo)，所述電壓優(yōu)化控制模型的目標(biāo)函數(shù)為：其中，N
bus
為配電網(wǎng)中節(jié)點集合；U
n
為節(jié)點n電壓幅值，設(shè)節(jié)點1電壓幅值為電壓基準(zhǔn)值，即U1＝1p.u.；N
PV
為配電網(wǎng)中接有PV的節(jié)點集合；和P
PV,n
分別為PV最大有功輸出功率和節(jié)點n的PV有功輸出功率；k:n
→
k表示以節(jié)點n為首端節(jié)點的支路末端節(jié)點集合；r
nk
和l
nk
分別為支路n
?
k的電阻和電流幅值平方；ω1—ω3為最小化權(quán)重系數(shù)，均大于等于0且ω1+ω2+ω3＝1；ξ1?
ξ3為大于0的校正系數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種分布式光伏接入配電網(wǎng)的電壓分布式優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述電壓優(yōu)化控制模型的約束條件包括配電潮流約束，表達式為：l
mn
u
m
＝P
mn2
+Q
mn2
?????
l
mn
≥0
⑵
u
n
＝u
m
?
2(r
mn
P
mn
+x
mn
Q
mn
)+(r
mn2
+x
mn2
)l
mn
⑶
P
n
＝(P
mn
?
l
mn
r
mn
)
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∑
k:n
→
k
P
nk
⑷
Q
n
＝(Q
mn
?
l
mn
r
mn
)
?
∑
k:n
→
k Q
nk
⑸
其中，u
m
、u
n
分別為節(jié)點m、n電壓幅值的平方；x
mn
為支路m
?
n的電抗；P
mn
和Q
mn
分別為節(jié)點m流過支路m
?
n的有功和無功功率；P
n
和Q
n
分別為注入節(jié)點n的凈有功負荷和無功負荷。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種分布式光伏接入配電網(wǎng)的電壓分布式優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述電壓優(yōu)化控制模型的約束條件包括配電網(wǎng)運行安全約束，表達式為：其中，為支路m
?
n電流幅值平方最大值；和分別為節(jié)點n電壓幅值平方最小值和最大值。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種分布式光伏接入配電網(wǎng)的電壓分布式優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述電壓優(yōu)化控制模型的約束條件包括PV逆變器控制約束，表達式為：
其中，Q
PV,n
為節(jié)點n PV逆變器的無功輸出功率；S
PV,n
為節(jié)點n PV逆變器的額定容量；k
f
＝cosθ，為PV逆變器的最小功率因數(shù)，其為給定常數(shù)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式光伏接入配電網(wǎng)的電壓分布式優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述步驟S2的具體過程，包括以下步驟：步驟S21：引入節(jié)點電壓幅值與其平方的等式關(guān)系u
n

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王光增，劉國良，劉維亮，徐宏，趙國偉，沈偉偉，曾振源，朱重希，胡遨洋，劉書涵，
申請(專利權(quán))人：國網(wǎng)浙江省電力有限公司桐鄉(xiāng)市供電公司，
類型：發(fā)明
國別省市：