CN109120018A - 基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及*** - Google Patents

基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及*** Download PDF

Info

Publication number
CN109120018A
CN109120018A CN201811008230.7A CN201811008230A CN109120018A CN 109120018 A CN109120018 A CN 109120018A CN 201811008230 A CN201811008230 A CN 201811008230A CN 109120018 A CN109120018 A CN 109120018A
Authority
CN
China
Prior art keywords
inverter
local
power
feeder line
vsc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811008230.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109120018B (zh
Inventor
裴雪军
杨敏
陆翌
李继红
王朝亮
许烽
裘鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology, State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd, Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201811008230.7A priority Critical patent/CN109120018B/zh
Publication of CN109120018A publication Critical patent/CN109120018A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109120018B publication Critical patent/CN109120018B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J5/00—Circuit arrangements for transfer of electric power between ac networks and dc networks
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0631—Resource planning, allocation, distributing or scheduling for enterprises or organisations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0637—Strategic management or analysis, e.g. setting a goal or target of an organisation; Planning actions based on goals; Analysis or evaluation of effectiveness of goals
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及***，包括：本地换流器与邻近换流器进行信息交互，并采集本地换流器所接交流馈线的有功功率Pg、无功功率Qg；本地换流器基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值全局交流馈线无功功率一致值置0；与Pg的差值经过调控产生本地换流器输出有功功率参考值P*，与Qg的差值经过调控产生本地换流器输出无功功率参考值Q*；混合配电网中不同换流器根据指定的工作模式协调工作，实现对混合配电网的分布式控制。本发明将一致性算法引入分布式控制中，馈线功率的快速一致收敛能在新能源出力变化时，抑制馈线节点电压波动而不越限，提高了对新能源的消纳能力。

Description

基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及***
技术领域
本发明属于混合配电网控制领域，更具体地，涉及一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及***。
背景技术
配电网处于电力***的末端，直接面向电力用户，承担着分配电能、服务客户的重任。与传统配电网相比，交直流混合配电网智能度更高，具有网络拓扑灵活、潮流可控性高、扩展性强等一系列优势，更易于新能源的接入。
针对智能配电网的控制***架构，目前研究方向主要分为集中式控制和分布式控制。集中式控制一般设有中央控制***，且在配电网各节点放置有远程终端单元，它们采集各节点电压、功率等信息并发送回中央控制***，中央控制***根据接收到的节点信息进行分析和计算，然后下发控制信号调整配电网中换流器、稳压器、开关等可控单元的工作状态，最终达到配电网的协调优化运行。但集中式控制调节速度慢、通信要求高、***扩展性差，无法满足智能配电网建设的智能性、灵活性等要求。分布式控制将控制器内置于配电网各可控单元内，各单元间通过通信网络互联，根据采集到的本地信息和接收到的相邻单元信息，各控制单元自主地调整自身的运行状态，使配电网的运行状态整体最优。由于配电网中新能源及负荷的分布本身具有分散性，分布式控制使配电网在接纳智能设备、实现分布式电源即插即拔等方面更具有优势。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有技术集中式控制调节速度慢、通信要求高、***扩展性差，无法满足智能配电网建设的智能性、灵活性等要求的技术问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法，所述混合配电网中交流馈线与直流馈线通过换流器柔性互联，该方法包括以下步骤：
S1.本地换流器与邻近换流器进行信息交互，并采集本地换流器所接交流馈线的有功功率Pg、无功功率Qg；
S2本地换流器基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值全局交流馈线无功功率一致值置0；
S3.与Pg的差值经过调控产生本地换流器输出有功功率参考值P*，与Qg的差值经过调控产生本地换流器输出无功功率参考值Q*；
S4.混合配电网中不同本地换流器根据指定的工作模式协调工作，实现对混合配电网的分布式控制，具体为：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，根据P*和Q*对该本地换流器所接交流馈线的有功功率和无功功率进行调控；
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，根据Q*和指定的直流电压参考值稳定本地换流器所接直流馈线电压和补偿交本地换流器所接流馈线无功功率；
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，根据dq坐标系下的交流电压参考值的d轴分量和q轴分量，维持本地换流器所接交流侧电压并为交流侧负荷不间断供电。
具体地，所述本地换流器与邻近换流器进行信息交互，具体包括：
本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，本地换流器VSCi发送给邻近换流器VSCj的交互信息为：ni、Sij，邻近换流器VSCj发送给本地换流器VSCi的交互信息为：nj、Sji，其中，
为k时刻本地换流器交流馈线有功功率迭代值，为k时刻邻近换流器交流馈线有功功率迭代值；Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求；ni、nj分别为本地换流器和邻近换流器的邻接换流器个数。
具体地，所述本地换流器基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值具体为：
(1)aij＝Sij&Sji，其中，本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求，aij表示本地换流器与邻近换流器之间的邻接关系，&表示逻辑与运算；
(2)本地换流器邻接换流器个数邻近换流器的邻接换流器个数nj由邻近换流器计算并发送而来；
(3)计算配电网的***状态转移矩阵D的矩阵元素dij：
其中，含n个换流器的***表示为图G＝{N，E}，包括换流器集合N及边集合E，所有与换流器VSCi相邻的单元集合称为换流器VSCi的邻接换流器集Ni＝{j|(j,i)∈E},i,j∈N；
(4)计算出本地状态变量Xi的k+1时刻值，计算公式如下：
Xi(k+1)＝∑j∈Ndij×Xj(k)
其中，Xi(k+1)表示k+1时刻换流器VSCi所接交流馈线的有功功率Pg，Xj(k)表示k时刻换流器VSCj所接交流馈线的有功功率Pg；
(5)经过延时环节，这一轮计算出来的Xi(k+1)为下一轮的Xi(k)；
(6)重复步骤(1)-(5)，直至所有的换流器所接交流馈线的有功功率的迭代计算值达到全局交流馈线有功功率一致值
具体地，所述步骤S4具体包括：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，P*和P的差值、Q*和Q的差值经过调控产生电流内环参考值
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，Q*和Q的差值、和Vdc的差值经过调控产生电流内环参考值
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，和ud的差值、和uq的差值值经过调控产生电流内环参考值
电流内环参考值与换流器交流侧输出电流idq，经过调控、dq-abc变换产生三相调制波参考值
按脉冲宽度调制方式生成开关管触发信号实现对换流器的调控。
为实现上述目的，第二方面，本发明实施例提供了一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制***，所述混合配电网中交流馈线与直流馈线通过换流器柔性互联，该控制***包括：
通信链路用于本地换流器与邻近换流器进行信息交互；
本地换流器控制器分为底层控制和顶层控制，其中，
顶层控制用于采集本地换流器所接交流馈线的有功功率Pg、无功功率Qg，基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值全局交流馈线无功功率一致值置0；与Pg的差值经过调控产生本地换流器输出有功功率参考值P*，与Qg的差值经过调控产生本地换流器输出无功功率参考值Q*；
底层控制用于根据指定的工作模式协调工作，实现对混合配电网的分布式控制，具体为：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，根据P*和Q*对该本地换流器所接交流馈线的有功功率和无功功率进行调控；
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，根据Q*和指定的直流电压参考值稳定本地换流器所接直流馈线电压和补偿交本地换流器所接流馈线无功功率；
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，根据dq坐标系下的交流电压参考值的d轴分量和q轴分量，维持本地换流器所接交流侧电压并为交流侧负荷不间断供电。
具体地，所述通信链路通过本地换流器与邻近换流器进行信息交互，具体包括：
本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，本地换流器VSCi发送给邻近换流器VSCj的交互信息为：ni、Sij，邻近换流器VSCj发送给本地换流器VSCi的交互信息为：nj、Sji，其中，
为k时刻本地换流器交流馈线有功功率迭代值，为k时刻邻近换流器交流馈线有功功率迭代值；Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求；ni、nj别为本地换流器和邻近换流器的邻接换流器个数。
具体地，所述顶层控制通过以下步骤实现全局交流馈线有功功率一致值的寻找：
(1)aij＝Sij&Sji，其中，本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求，aij表示本地换流器与邻近换流器之间的邻接关系，&表示逻辑与运算；
(2)本地换流器邻接换流器个数邻近换流器的邻接换流器个数接nj由邻近换流器计算并发送而来；
(3)计算配电网的***状态转移矩阵D的矩阵元素dij：
其中，含n个本地换流器的***表示为图G＝{N，E}，包括本地换流器集合N及边集合E，所有与本地换流器VSCi相邻的单元集合称为本地换流器VSCi的邻接单元集Ni＝{j|(j,i)∈E},i,j∈N；
(4)计算出本地状态变量Xi的k+1时刻值，计算公式如下：
Xi(k+1)＝∑j∈Ndij×Xj(k)
其中，Xi(k+1)表示k+1时刻换流器VSCi所接交流馈线的有功功率Pg，Xj(k)表示k时刻换流器VSCj所接交流馈线的有功功率Pg；
(5)经过延时环节，这一轮计算出来的Xi(k+1)为下一轮的Xi(k)；
(6)重复步骤(1)-(5)，直至所有的换流器所接交流馈线的有功功率的迭代计算值达到全局交流馈线有功功率一致值
具体地，底层控制分为外环控制和内环控制，其中，
外环控制用于根据指定的工作模式产生电流内环参考值
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，P*和P的差值、Q*和Q的差值经过调控产生电流内环参考值
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，Q*和Q的差值、和Vdc的差值值经过调控产生电流内环参考值
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，和ud的差值、和uq的差值值经过调控产生电流内环参考值
内环控制用于将电流内环参考值与换流器交流侧输出电流idq，经过调控、dq-abc变换产生三相调制波参考值
按脉冲宽度调制方式生成开关管触发信号实现对换流器的调控。
为实现上述目的，第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明是基于本地信息量的分布式控制，各换流器间直接形成通讯互联，相较于传统集中式控制，对通讯依赖性更低；
(2)本发明将将一致性算法引入交直流混合配电网的分布式控制中，迭代速度快，馈线功率的快速一致收敛能在负荷及新能源出力变化的过程中抑制馈线节点电压波动而不越限，提高了馈线对新能源的消纳能力；
(3)本发明的底层控制分为并网模式下的功率控制和孤岛模式下的电压控制，当配电网供电结构发生变化时，得益于一致性算法的拓扑结构自适应能力，提出的控制策略能始终保持供电馈线的负荷均衡，避免负荷转供不均引起转供馈线的节点电压跌落越限。
附图说明
图1为本发明提供的混合配电网基本结构图；
图2为本发明实施例提供的换流器VSC控制器示意图；
图3为换流器底层控制结构框图，图3(a)为外环控制框图，图3(b)为内环控制框图；
图4为本发明实施例提供的D矩阵构造方式的一致性迭代算法的实现逻辑图；
图5为交流馈线负荷均衡算例仿真图；
图6为负荷及分布式能源有功出力曲线图；
图7为3条交流馈线有功功率日变化曲线图，图7(a)为未施加均衡控制策略的3条馈线有功功率曲线图，图7(b)为施加基于一致性迭代算法的馈线负荷均衡优化策略后的有功功率曲线图；
图8为优化前和优化后3条馈线的负荷均衡度日变化曲线图；
图9为交流馈线节点电压波动曲线图，图9(a)为优化前节点电压日变化曲线图，图9(b)为优化后节点电压日变化曲线图；
图10为供电结构变化自适应案例仿真图；
图11为配电网供电结构变化下的时间-馈线功率曲线图；
图12为配电网供电结构变化下的时间-馈线节点电压曲线图，图12(a)为优化前节点电压，图12(b)为优化后节点电压。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所采用的技术方案是：将一致性迭代算法与换流器基本控制相结合，提出一种基于一致性迭代算法的换流器分布式控制方法。其中，顶层控制采集换流器所接交流馈线的负荷信息，并通过通信链路与邻近换流器控制器进行信息交互，然后利用一致性迭代算法寻得全局馈线功率一致值。全局馈线功率一致值与馈线功率经过PI控制器的调控生成换流器输出功率参考值并下发至底层控制。底层控制分为并网模式下的功率控制和孤岛模式下的电压控制。并网模式下底层控制精确控制流过换流器的功率以实现换流器的潮流调控能力，结合顶层控制使配电网内负荷及新能源出力在几条馈线间平均分配，改善配电网馈线负荷均衡度。当某条交流馈线发生故障而导致失电，对应端口的换流器进入孤岛运行模式，此时底层控制维持换流器交流侧的输出电压，为交流馈线上的本地负荷不间断供电，结合顶层控制实现失电负荷的转供优化。
一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法，所述混合配电网中交流馈线与直流馈线通过换流器柔性互联，该方法包括以下步骤：
S1.本地换流器控制器与邻近换流器控制器通过通信链路进行信息交互，并采集本地换流器所接交流馈线的有功功率Pg、无功功率Qg；
S2基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值无功功率一致值直接置0；
S3.与Pg的差值经过调控产生换流器输出有功功率参考值P*，与Qg的差值经过调控产生换流器输出无功功率参考值Q*；
S4.混合配电网中不同换流器根据指定的工作模式协调工作，实现对混合配电网的分布式控制，具体为：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，根据P*和Q*对该本地换流器所接交流馈线的有功功率和无功功率进行调控；工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，根据Q*和指定的直流电压参考值稳定本地换流器所接直流馈线电压和补偿交本地换流器所接流馈线无功功率；工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，根据dq坐标系下的交流电压参考值的d轴分量和q轴分量，维持本地换流器所接交流侧电压并为交流侧负荷不间断供电。
图1为本发明提供的混合配电网基本结构图。如图1所示，交直流混合配电网由3条交流馈线AC与1条直流馈线DC组成。交流馈线接有本地交流负荷及并网新能源发电单元(风机和/或光伏)，直流馈线上接有直流负荷、新能源发电单元(风机和/或光伏)及蓄电池储能***。交流馈线与直流馈线通过3个电压源型换流器(Voltage Source Converter，VSC)柔性互联。换流器可以实现功率双向流动、直流侧电压支撑及交流侧馈线故障下负荷的不间断供电。交直流混合配电网稳态运行过程中，换流器的功率调控作用可以优化整个配网***的运行状态。
每个换流器都对应一个控制器，整个交直流混合配电网有3个换流器，对应3个控制器。图2为本发明实施例提供的换流器VSC控制器示意图。如图2所示，VSC控制器分为两层：控制换流器功率(或电压)的底层控制和基于一致性迭代算法的顶层控制。
本地换流器VSCi控制器的顶层与邻近换流器VSCj控制器的顶层通过通信链路进行信息交互。以本地换流器所接交流馈线有功功率Pg为状态量，基于交互信息，进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值全局交流馈线无功功率应被换流器完全补偿，因此无功功率一致值直接置0。
本地换流器VSCi控制器的顶层采集本地换流器所接交流馈线的功率信息Pg、Qg。与Pg经过PI(Proportional Integral，比例积分)控制器的调控产生换流器输出有功功率参考值P*，与Qg经过PI控制器的调控产生换流器输出无功功率参考值Q*，并将P*和Q*下发至底层控制。
底层控制为双环控制结构——外环控制和内环控制，双环均工作于dq旋转坐标系下。底层的外环接收到顶层控制下发的功率参考值P*和Q*，并根据本地换流器被指定的工作模式，与换流器交流侧输出有功功率P和无功功率Q，或者换流器直流侧电压Vdc和换流器交流侧输出无功功率Q，或者换流器交流侧输出电压udq的d轴分量ud和q轴分量uq，经过控制外环中PI控制器的调控产生电流内环参考值电流内环参考值与换流器交流侧输出电流idq，经过电流内环中PI控制器的调控产生dq轴调制信号 再经过dq-abc变换产生三相调制波参考值三相调制波参考值按脉冲宽度调制方式(PWM)生成开关管触发信号实现对换流器的调控。
图3为换流器底层控制结构框图，图3(a)为外环控制框图，图3(b)为内环控制框图。
如图3(a)所示，X*与X的差值经过PI控制器的调控产生Y*与Y的差值经过PI控制器的调控产生其中，X*为X的参考值，Y*为Y的参考值。
外环控制功能分为并网模式下的功率控制(恒有功功率恒无功功率控制、恒直流电压恒无功功率控制)和孤岛模式下的电压控制(恒压恒频控制)。忽略各种控制模式下的解耦项，根据控制功能的不同，d轴和q轴控制量可分为：
1)恒有功功率恒无功功率(PQ)控制——X＝P，Y＝Q；
2)恒直流电压恒无功功率(Vdc Q)控制——X＝Vdc，Y＝Q；
3)恒压恒频(UF)控制——X＝ud，Y＝uq；
其中，P为换流器交流侧输出有功功率，Q为换流器交流侧输出无功功率；Vdc为换流器直流侧电压，ud为换流器交流侧输出电压udq的d轴分量，uq为换流器交流侧输出电压udq的q轴分量。
外环输出为电流内环的参考值电流内环根据参考值对换流器注入交流馈线的电流进行调节。如图3(b)所示，内环参考值分别与VSC交流侧输出电流的d轴分量id、q轴分量iq做差值运算，差值经过PI控制器调控产生dq轴调制信号
一致性迭代算法介绍
含n个可控单元的***可表示为图G＝{N，E}，包括可控单元集合N＝{1,2,…，n}及边集合E，所有与单元i相邻的单元集合称为单元i的邻接单元集Ni＝{j|(j,i)∈E},i,j∈N。令xi表示单元i的状态变量，一致性迭代算法的公式表示为：
X(k+1)＝D·X(k) (1)
式中，X(k)＝[x1(k) x2(k) … xn(k)]T表示k时刻***所有单元的状态量，矩阵D为***状态转移矩阵。当矩阵D满足双随机矩阵，即矩阵的行元素和与列元素和都是1的非负矩阵，则存在对应特征值为1的左右特征向量v、w满足vT·D＝vT，D·w＝w，wT·v＝1。其中，v＝e/n，w＝e，e为元素全为1的n维列向量，且满足根据一致性迭代算法矩阵表达式可得：***所有单元的状态变量收敛于初始值的均值，实现一致性。
为了满足相关单元即插即拔的需求，状态转移矩阵D应使算法具备网络拓扑结构自适应的能力，其元素构造过程应与网络结构的变化相关。结合上述矩阵D应满足双随机矩阵的前提，本发明采用下式构造D矩阵：
式中，ni、nj别为单元i和单元j的邻接单元个数。由式(2)可知，这种构造方法要求每个单元向相邻单元广播自身的邻接单元个数。当网络单元i处拓扑发生变化时，单元i的本地邻接单元个数ni会发生相应改变，单元i根据式(2)更新本地状态转移矩阵D并将新的ni广播给相邻单元，相邻单元接收到变动后的ni后同样根据式(2)更新本地状态转移矩阵D。如此，任意单元在只处理本地状态量以及仅与相邻单元交互的情况下，能对网络任意处拓扑结构的变化发生反应。
图4为本发明实施例提供的D矩阵构造方式的一致性迭代算法的实现逻辑图。如图4所示，Sij与Sji经过与门输出为aij，其中，Sij定义为单元i对单元j的通信连接需求，由本地单元i指定；Sji定义为单元j对单元i的通信连接需求，由网络其余单元j指定并发送而来；aij表示单元i与单元j之间的邻接关系，值为1表示两单元相邻，即j∈Ni，值为0表示两单元不相邻。因此只有当两单元间互相均有通信连接需求时双方的邻接关系才会被确立，这样的设置有利于适应单元的随机投切。
本地邻接单元个数接收到的网络其余单元邻接单元个数nj由网络其余单元j计算并发送而来。
由式(2)可知，矩阵D的元素dij的值取决于ni与nj，同时，单元i和j之间的邻接关系aij决定D矩阵元素dij的取值方式。各单元更新完状态转移矩阵D之后，再由式(1)迭代计算出本地状态变量xi的k+1时刻值，计算公式如下：
Xi(k+1)＝∑j∈Ndij×Xj(k) (3)
其中，Xi(k)表示k时刻单元i的状态量。经过延时环节z-1，这一轮计算出来的Xi(k+1)为下一轮的Xi(k)。
图5为交流馈线负荷均衡算例仿真图。如图5所示，为了验证一致性迭代算法的交流馈线负荷均衡控制能力，以交直流混合配电网为例进行仿真验证。仿真中导线采用LGJ-120架空线，3条交流线路长度均为5km。交流馈线电压10kV，容量为10MVA，直流馈线电压20kV。稳态工作时，VSC1指定为工作于恒VdcQ控制，VSC2与VSC3指定为工作于恒PQ控制。以本地VSC所接交流馈线有功功率Pg为状态量进行一致性迭代，3条馈线上VSC的控制***的通信链路环状互联，并相互传递一致性迭代算法所需的信息量，交互信息含馈线有功功率迭代值邻接换流器个数ni、通信连接需求Sij。3条交流馈线上均接有负荷，同时馈线1配置光伏发电，馈线2配置风力发电。
图6为负荷及分布式能源有功出力曲线图。如图6所示，一天24h中风机出力在9:00-18:00期间较少，其余时间较为充足；光伏出力在11:00-17:00期间较为充足，其余时间则较少。3条馈线负荷中，馈线1负荷与馈线2负荷波动较小近似于恒功率负荷；馈线3负荷波动较大并具有时效性，白天负荷增多而晚上负荷减轻。
假设各VSC均能完全补偿对应交流馈线上的无功负荷需求，本发明着重讨论交流馈线有功负荷的均衡优化。以3个VSC及其控制***作为一致性迭代算法中的可控单元，3条交流馈线首端有功功率Pg作为各可控单元的状态变量进行一致性收敛。
图7为3条交流馈线有功功率日变化曲线图，图7(a)为未施加均衡控制策略的3条馈线有功功率曲线，图7(b)为施加基于一致性迭代算法的馈线负荷均衡优化策略后的有功功率曲线。如图7(a)所示，负载及新能源的分布不均将导致3条交流馈线的功率不均，极易产生轻载和重载的情况。馈线1与馈线2分别配置有光伏发电和风力发电，馈线功率在新能源出力充足的时候会反向注入电网。馈线3没有配置新能源，在用电高峰期时馈线重载甚至超载运行。如图7(b)所示，施加优化策略后3条馈线有功功率基本保持一致，均没有出现重载或超载运行情况，新能源得到本地消纳而无需注入大电网。
馈线负荷均衡度是指电网中多条馈线负荷率的分布情况，评估指标如式(4)所示：
其中，NF为区域内馈线条数，Si表示第i条馈线的负荷率，为NF条馈线的平均负荷率。
图8为优化前和优化后3条馈线的负荷均衡度日变化曲线图。如图8所示，优化前，由于负荷和新能源出力的实时波动性，导致3条馈线均衡度偏低且波动明显，而优化后的馈线均衡度基本维持在1。因此基于一致性迭代算法的优化控制策略能有效提高馈线的负荷均衡度。
分布式电源的接入会引起配电网节点电压的波动，过高的电压波动不仅会使供电质量降低，还会造成光伏和风电的大面积脱网，影响新能源的接入。分布式电源的大面积脱网会对电网造成冲击，不利于电网的稳定运行。
图9为交流馈线节点电压波动曲线图，图9(a)为优化前节点电压日变化曲线图，图9(b)为优化后节点电压日变化曲线图。所选节点均为馈线上VSC的并网点，如图9(a)所示，当3条馈线独立运行时，馈线1在10:00-16:00时段由于光伏出力较大导致节点电压升高越限。同理，馈线2在0:00-7:00时段和18:00-24:00时段由于风电出力较大同样导致节点电压升高越限。馈线3在7:00-18:00时段由于用电高峰导致节点电压过低而产生越限风险。如图9(b)所示，采用基于一致性迭代算法的优化策略后，3条馈线上的节点电压稳定控制在正常波动范围内。因此，所提的基于一致性迭代算法的交流馈线负荷均衡控制策略可以有效抑制馈线电压的波动越限，有利于分布式电源的接入。
图10为供电结构变化自适应案例仿真图。如图10所示，为了验证一致性迭代算法对配电网供电结构变化的自适应能力，3条交流馈线上负荷均设置为恒有功负荷，大小分别为P1＝2MW，P2＝3MW，P3＝7MW。稳态工作时，VSC1工作于恒VdcQ控制，VSC2与VSC3工作于恒PQ控制。某时刻馈线3发生故障，断路器S3断开切除故障，负荷3失电。为了维持负荷3的供电，此时VSC3由并网工作模式下的恒PQ控制转为孤岛工作模式下的恒UF控制。配电网供电结构变为由馈线1与馈线2为3个负荷供电。仿真结果如图11和图12所示。
图11为配电网供电结构变化下的时间-馈线功率曲线图。如图11所示，0.3s时将所有单元的连接需求Sij置1，3个单元环状互联并在一致性迭代算法的调控下使馈线功率达到均衡。0.6s时馈线3发生故障，断路器S3断开，此时VSC3由并网工作模式切换到孤岛工作模式为负荷3不间断供电。由于馈线3的供电切除，单元3退出一致性收敛网络并将S31与S32置0发送给单元1与单元2，此时配电网供电结构变为由馈线1与馈线2一起为3条馈线上负荷供电。0.9s时故障清除，断路器S3闭合，VSC3由孤岛工作模式转回并网工作模式。单元3将S32置1，通过单元2重新接入通信网络，3个单元链状互联，3条馈线功率重新得到均衡，配电网供电结构变回由3条馈线为3条馈线上负荷均衡供电。
图12为配电网供电结构变化下的时间-馈线节点电压曲线图，图12(a)为优化前节点电压，图12(b)为优化后节点电压。所选节点均为馈线上VSC的并网点。比较图12(a)与图12(b)可以看出，未引入一致性迭代算法时，馈线3上负荷完全由工作在恒直流电压恒无功功率模式的VSC1转供，过大的转供量将引起馈线1上节点电压跌落越下限，而一致性迭代算法的引入使馈线1与馈线2共同承担馈线3上断电负荷的转供，两条馈线上的电压均没有越限。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法，所述混合配电网中交流馈线与直流馈线通过换流器柔性互联，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1.本地换流器与邻近换流器进行信息交互，并采集本地换流器所接交流馈线的有功功率Pg、无功功率Qg；
S2本地换流器基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值全局交流馈线无功功率一致值置0；
S3.与Pg的差值经过调控产生本地换流器输出有功功率参考值P*，与Qg的差值经过调控产生本地换流器输出无功功率参考值Q*；
S4.混合配电网中不同本地换流器根据指定的工作模式协调工作，实现对混合配电网的分布式控制，具体为：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，根据P*和Q*对该本地换流器所接交流馈线的有功功率和无功功率进行调控；
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，根据Q*和指定的直流电压参考值稳定本地换流器所接直流馈线电压和补偿交本地换流器所接流馈线无功功率；
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，根据dq坐标系下的交流电压参考值的d轴分量和q轴分量，维持本地换流器所接交流侧电压并为交流侧负荷不间断供电。
2.如权利要求1所述的混合配电网分布式控制方法，其特征在于，所述本地换流器与邻近换流器进行信息交互，具体包括：
本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，本地换流器VSCi发送给邻近换流器VSCj的交互信息为：ni、Sij，邻近换流器VSCj发送给本地换流器VSCi的交互信息为：nj、Sji，其中，
为k时刻本地换流器交流馈线有功功率迭代值，为k时刻邻近换流器交流馈线有功功率迭代值；Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求；ni、nj分别为本地换流器和邻近换流器的邻接换流器个数。
3.如权利要求1所述的混合配电网分布式控制方法，其特征在于，所述本地换流器基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值具体为：
(1)aij＝Sij&Sji，其中，本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求，aij表示本地换流器与邻近换流器之间的邻接关系，&表示逻辑与运算；
(2)本地换流器邻接换流器个数邻近换流器的邻接换流器个数nj由邻近换流器计算并发送而来；
(3)计算配电网的***状态转移矩阵D的矩阵元素dij：
其中，含n个换流器的***表示为图G＝{N，E}，包括换流器集合N及边集合E，所有与换流器VSCi相邻的单元集合称为换流器VSCi的邻接换流器集Ni＝{j|(j,i)∈E},i,j∈N；
(4)计算出本地状态变量Xi的k+1时刻值，计算公式如下：
Xi(k+1)＝∑j∈Ndij×Xj(k)
其中，Xi(k+1)表示k+1时刻换流器VSCi所接交流馈线的有功功率Pg，Xj(k)表示k时刻换流器VSCj所接交流馈线的有功功率Pg；
(5)经过延时环节，这一轮计算出来的Xi(k+1)为下一轮的Xi(k)；
(6)重复步骤(1)-(5)，直至所有的换流器所接交流馈线的有功功率的迭代计算值达到全局交流馈线有功功率一致值
4.如权利要求1所述的混合配电网分布式控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，P*和P的差值、Q*和Q的差值经过调控产生电流内环参考值
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，Q*和Q的差值、和Vdc的差值经过调控产生电流内环参考值
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，和ud的差值、和uq的差值值经过调控产生电流内环参考值
电流内环参考值与换流器交流侧输出电流idq，经过调控、dq-abc变换产生三相调制波参考值
按脉冲宽度调制方式生成开关管触发信号实现对换流器的调控。
5.一种基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制***，所述混合配电网中交流馈线与直流馈线通过换流器柔性互联，其特征在于，该控制***包括：
通信链路用于本地换流器与邻近换流器进行信息交互；
本地换流器控制器分为底层控制和顶层控制，其中，
顶层控制用于采集本地换流器所接交流馈线的有功功率Pg、无功功率Qg，基于交互信息，以Pg为状态量进行一致性迭代算法计算，寻得全局交流馈线有功功率一致值全局交流馈线无功功率一致值置0；与Pg的差值经过调控产生本地换流器输出有功功率参考值P*，与Qg的差值经过调控产生本地换流器输出无功功率参考值Q*；
底层控制用于根据指定的工作模式协调工作，实现对混合配电网的分布式控制，具体为：
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，根据P*和Q*对该本地换流器所接交流馈线的有功功率和无功功率进行调控；
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，根据Q*和指定的直流电压参考值稳定本地换流器所接直流馈线电压和补偿交本地换流器所接流馈线无功功率；
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，根据dq坐标系下的交流电压参考值的d轴分量和q轴分量，维持本地换流器所接交流侧电压并为交流侧负荷不间断供电。
6.如权利要求5所述的混合配电网分布式控制***，其特征在于，所述通信链路通过本地换流器与邻近换流器进行信息交互，具体包括：
本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，本地换流器VSCi发送给邻近换流器VSCj的交互信息为：ni、Sij，邻近换流器VSCj发送给本地换流器VSCi的交互信息为：nj、Sji，其中，
为k时刻本地换流器交流馈线有功功率迭代值，为k时刻邻近换流器交流馈线有功功率迭代值；Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求；ni、nj别为本地换流器和邻近换流器的邻接换流器个数。
7.如权利要求5所述的混合配电网分布式控制***，其特征在于，所述顶层控制通过以下步骤实现全局交流馈线有功功率一致值的寻找：
(1)aij＝Sij&Sji，其中，本地换流器表示为VSCi，邻近换流器表示为VSCj，Sij为本地换流器对邻近换流器的通信连接需求，Sji为邻近换流器对本地换流器的通信连接需求，aij表示本地换流器与邻近换流器之间的邻接关系，&表示逻辑与运算；
(2)本地换流器邻接换流器个数邻近换流器的邻接换流器个数接nj由邻近换流器计算并发送而来；
(3)计算配电网的***状态转移矩阵D的矩阵元素dij：
其中，含n个本地换流器的***表示为图G＝{N，E}，包括本地换流器集合N及边集合E，所有与本地换流器VSCi相邻的单元集合称为本地换流器VSCi的邻接单元集Ni＝{j|(j,i)∈E},i,j∈N；
(4)计算出本地状态变量Xi的k+1时刻值，计算公式如下：
Xi(k+1)＝∑j∈Ndij×Xj(k)
其中，Xi(k+1)表示k+1时刻换流器VSCi所接交流馈线的有功功率Pg，Xj(k)表示k时刻换流器VSCj所接交流馈线的有功功率Pg；
(5)经过延时环节，这一轮计算出来的Xi(k+1)为下一轮的Xi(k)；
(6)重复步骤(1)-(5)，直至所有的换流器所接交流馈线的有功功率的迭代计算值达到全局交流馈线有功功率一致值
8.如权利要求5所述的混合配电网分布式控制***，其特征在于，底层控制分为外环控制和内环控制，其中，
外环控制用于根据指定的工作模式产生电流内环参考值
工作于并网恒有功功率恒无功功率控制下的本地换流器，P*和P的差值、Q*和Q的差值经过调控产生电流内环参考值
工作于并网恒直流电压恒无功功率控制下的本地换流器，Q*和Q的差值、和Vdc的差值值经过调控产生电流内环参考值
工作于孤岛恒压恒频控制下的本地换流器，和ud的差值、和uq的差值值经过调控产生电流内环参考值
内环控制用于将电流内环参考值与换流器交流侧输出电流idq，经过调控、dq-abc变换产生三相调制波参考值
按脉冲宽度调制方式生成开关管触发信号实现对换流器的调控。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的混合配电网分布式控制方法。
CN201811008230.7A 2018-08-31 2018-08-31 基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及*** Active CN109120018B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811008230.7A CN109120018B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811008230.7A CN109120018B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109120018A true CN109120018A (zh) 2019-01-01
CN109120018B CN109120018B (zh) 2020-07-10

Family

ID=64860279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811008230.7A Active CN109120018B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109120018B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110544960A (zh) * 2019-09-23 2019-12-06 国网河北省电力有限公司 一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法
CN110797901A (zh) * 2019-11-19 2020-02-14 许继电气股份有限公司 特高压混合直流输电vsc交流断面失电识别方法及装置
CN112215720A (zh) * 2020-09-01 2021-01-12 中南大学 一种基于可再生能源发电的智能电网控制***的控制方法
CN113644658A (zh) * 2021-07-07 2021-11-12 河海大学 一种交直流微电网及其功率分散控制方法和装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105186578A (zh) * 2015-08-28 2015-12-23 南京邮电大学 具有精确计算网损能力的电力***分布式自动调度方法
CN106505617A (zh) * 2016-11-18 2017-03-15 国网青海省电力公司 一种光伏微电网频率恢复方法及***

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105186578A (zh) * 2015-08-28 2015-12-23 南京邮电大学 具有精确计算网损能力的电力***分布式自动调度方法
CN106505617A (zh) * 2016-11-18 2017-03-15 国网青海省电力公司 一种光伏微电网频率恢复方法及***

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110544960A (zh) * 2019-09-23 2019-12-06 国网河北省电力有限公司 一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法
CN110544960B (zh) * 2019-09-23 2023-03-31 国网河北省电力有限公司 一种提升孤岛微电网无功均分能力的分布式控制方法
CN110797901A (zh) * 2019-11-19 2020-02-14 许继电气股份有限公司 特高压混合直流输电vsc交流断面失电识别方法及装置
CN110797901B (zh) * 2019-11-19 2023-05-05 许继电气股份有限公司 特高压混合直流输电vsc交流断面失电识别方法及装置
CN112215720A (zh) * 2020-09-01 2021-01-12 中南大学 一种基于可再生能源发电的智能电网控制***的控制方法
CN112215720B (zh) * 2020-09-01 2023-10-24 中南大学 一种基于可再生能源发电的智能电网控制***的控制方法
CN113644658A (zh) * 2021-07-07 2021-11-12 河海大学 一种交直流微电网及其功率分散控制方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109120018B (zh) 2020-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021135332A1 (zh) 一种基于边缘计算的多智能体负荷调控方法
CN109120018A (zh) 基于一致性迭代算法的混合配电网分布式控制方法及***
CN104638645B (zh) 一种能源互联网及其分级控制***与控制方法
CN105449675B (zh) 优化分布式能源接入点和接入比例的电力网络重构方法
CN106058887B (zh) 提高含分布式光伏电源配电网电压合格率的无功优化方法
CN108039726A (zh) 一种基于多智能体***的能源局域网分布式协同控制方法
CN104361403B (zh) 一种分布式电源与微电网的优化分组配置方法
CN106921164A (zh) 配网电压无功协同优化的混合整数二阶锥规划方法与***
CN108599154A (zh) 一种考虑不确定性预算的三相不平衡配电网鲁棒动态重构方法
CN107104433A (zh) 一种光储***参与配电网优化运行策略的获取方法
CN108134401A (zh) 交直流混合***多目标潮流优化及控制方法
CN109066703A (zh) 一种计及源荷协调的配电网电压调控方法
CN107546743A (zh) 一种辐射状配电网分布式优化潮流方法
CN110311379A (zh) 一种功能性模块化微电网组网及灵活调控方法
CN112769160B (zh) 一种考虑并网和孤岛运行模式的微电网群自趋优控制方法
CN110265991A (zh) 一种直流微电网的分布式协调控制方法
CN107025520A (zh) 配电网新能源消纳能力确定的双层二阶锥规划方法与***
CN115545290A (zh) 一种含光伏发电配电网中的分布式储能经济优化配置方法
CN107017656A (zh) 一种考虑电能质量提升的主动配电***优化调度方法
CN110474353A (zh) 分层式储能***及其参与的电网调频协调控制方法
CN111884263A (zh) 多目标配电网优化方法
CN109327031A (zh) 基于电池储能的直驱风电多机***功率协控方法及***
CN108695875A (zh) 智能软开关和储能装置联合接入的配电网运行优化方法
CN112152268A (zh) 一种交、直流子微网控制方法及子微网群间控制方法
CN110137994A (zh) 一种直流微电网互联储能***能量管理的分布式控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant