CN110970903A - 一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法及***，包括：分布式能源DG控制步骤：构建包括电压稳定需求以及DG无功裕度要求的目标函数，对目标函数进行求解，得到所需最优的无功发出量；有载调压变压器OLTC控制步骤：构建包含电压稳定要求以及OLTC动作次数最少要求的目标函数，采集DG的无功出力以及整个网络各节点电压信息，对有载调压变压器的目标函数进行求解，得到OLTC的最优动作指令。本公开两个控制***相协调，解决了分布式能源以及有载调压变压器动作时间不同的问题，两种调控元件相互配合，更好地实现电压稳定控制。

Description

一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法及***

技术领域

本发明属于电能质量中的电压控制技术领域，尤其涉及一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法及***。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

由于传统化石能源不可再生，同时燃烧化石能源产生了“酸雨”“温室效应”等环境问题，全球的能源压力和环境问题变得越来越严重。由此产生的分布式能源(DG)技术，尤其是在配网中较成熟的光伏发电，是取代传统化石能源，解决能源问题的突破口。而为适应高渗透率、大规模DG的接入，应对分布式电源固有的不确定性及间歇性带来的电能质量及电压控制等问题，配电网也随之发展成具有更好调节能力的主动配电网(ADN)。国际大电网会议对于主动配电网的定义为：内部具有DG，拓扑结构可灵活调整，具有主动控制和运行能力的配电网。对于主动配电网，其内部元件更加多样复杂，由此带来的电压问题更加严峻，电压/无功功率的协调控制方法的研究便显得尤为重要。

据发明人了解，当前能够参与到主动配电网中电压控制的调控设备主要有：以有载调压变压器(OLTC)为代表的传统无功电压控制设备、以能量存储***(ESS)、静止同步补偿器(STATCOM)等为代表的增强型设备以及具有无功调节能力的分布式电源。而主动配电网的电压控制策略主要有两种：

1)考虑不同时间尺度的控制对象，设置不同目标函数来优化控制响应速度较慢的OLTC以及较快的DG的集中控制方案。这种方法较好地协调了主动配电网中各电压调控元件，实现了配网电压的最优控制，但由于需要监测全局信息，控制各元件，因此对中央控制器和通信的性能有较高的要求；

2)分散式电压当地控制策略，诸如通过模糊规则库和模糊控制实现电容器的就地自动投切控制以及基于梯度投影法的DG当地控制等。这样的控制方法对通信要求低，也不需要中央控制器，但无法解决各种控制元件的时间尺度问题，且无法协调处理可能发生的大扰动情况。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，以主动配电网中分布式能源的无功出力以及有载调压变压器的分接头位置作为控制对象，通过协调这两种控制时间尺度不同的调控元件，实现了对配网各节点电压的稳定控制，并且在协调控制的同时，减少了对通信性能以及控制器计算能力的要求。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，包括：

分布式能源DG控制步骤：构建包括电压稳定需求以及DG无功裕度要求的目标函数，对目标函数进行求解，得到所需最优的无功发出量；

有载调压变压器OLTC控制步骤：构建包含电压稳定要求以及OLTC动作次数最少要求的目标函数，采集DG的无功出力以及整个网络各节点电压信息，对有载调压变压器的目标函数进行求解，得到OLTC的最优动作指令。

进一步的技术方案，分布式能源DG控制步骤中构建目标函数后：

确定分布式能源所受到的无功额度约束以及网络潮流约束；

根据目标函数以及约束条件，确定控制方法所需要得到的测量值；

根据主动配电网测量值按照分散式的梯度投影算法计算得到DG最优的无功补偿量；

将计算求解结果命令传输到分布式能源当地控制器中，并且实时追踪主动配电网电压波动情况，以实现主动配电网电压稳定。

进一步的技术方案，上述的电压稳定需求是主动配电网各节点电压变化要维持在一定范围之内，并且越靠近设定值越好。

上述的DG无功裕度要求为主动配电网中的分布式能源，现在主要是光伏发电(PV)，要尽量保持在无功出力上下限的中间值，以保证应对可能发生的突发扰动。

所述的目标函数可表达成主动配电网各个节点电压以及DG所发无功功率与各自对应标准值差的欧几里得范数之和最小。

所述的约束包括分布式能源所能供给主动配电网的无功补偿应在其能力的上下限之间，以及主动配电网线性化后的表征无功有功以及电压之间关系的潮流约束。

进一步的技术方案，对于DG的控制是完全分散式的，不需要任何交互通信的；

具体实现完全分散控制的过程包括：

从主动配电网整体最优目标出发，按梯度方向寻找最优解；

通过缩放以及对权重因数的特殊取值等过程，使求解过程解耦至只与当地信息测量量有关，进而进行最优解的求解。

作为进一步限定，缩放是通过引入缩放矩阵来提高算法收敛速率，对权重因数的取值规则是使最优解与求解公式中各变量解耦到与非本地信息无关的形式。这样处理之后的求解方法便是完全分散式的，所有过程DG内部控制测量器都可以完成。

进一步的技术方案，有载调压变压器OLTC控制步骤构建目标函数之后：

确定变压器可调范围约束以及用电压灵敏度表示的配电网电压约束；

根据目标函数以及约束条件，确定求解所需的配网数据测量值；

根据测得的主动配电网数据经过模型预测控制(MPC)方法进行求解，得到OLTC的最优动作指令；

为了防止变压器误动作，在动作指令连续存在一段时间后向有载调压变压器下达，以达到电压稳定控制的目的。

电压稳定要求与第一部分DG的控制目标相同，以达到协调控制主动配电网电压的目的；

进一步的技术方案，有载调压变压器最好并且大部分都是每次动作只变动调整一个分接头位置，分接头位置上下限为变压器固有属性，这也是变压器调节约束。

作为进一步的限定，对于OLTC的控制是需要测量提取全局信息到OLTC控制器进行运算的控制，只是一种数据的单向通信，即由网络到有载调压变压器处。

作为进一步的限定，协调控制OLTC来达到主动配电网电压稳定的目的，具体过程包括：

从整体最有目标出发，按目标函数值最小来寻找最优动作；

确定DG当前时刻及预测区间时刻的预测无功出力值以及配电网当前时刻电压值，打包发送给OLTC控制器，在控制器内进行计算得到最优指令。

作为进一步的限定，在协调DG与OLTC的控制效果时，考虑了其动作时间的不同来设置OLTC控制方法中的预测区间、控制区间以及控制时间等参数，并且在获得DG无功出力的预测值时考虑了OLTC对主动配电网始端节点电压的影响。

本公开的另一目的是提出了一种应用于主动配电网的协调电压控制优化***，包括：

DG控制***，OLTC控制***以及单向数据通信通道；

DG控制***主要包括:

当地电压无功测量模块，被配置为测量DG接入点处的实时电压以及实时无功出力；

DG参数值预设模块，被设置为键入影响算法结果的约束条件的数值，即DG无功出力的上下限。

DG计算控制模块，被配置为根据测量的主动配电网参数经过优化计算得到计算结果，即得到最优的DG无功出力，然后将得到的优化结果反馈到DG单元中，实时追踪主动配电网节点电压的变化，实现主动配电网电压稳定；

向DG下达指令以及存储未来一段时间DG的无功出力预测值以供OLTC***调用；

OLTC控制***主要包括：

数据提取整合模块，被配置为提取测量整个配网关键节点电压信息以及DG单元未来一段时间的无功出力值；

OLTC参数值预设模块，被配置为求解最优解所需的必要参数，主要是变压器分接头的上下限以及关于定义节点电压对于OLTC、DG动作变化的反映情况的电压灵敏度系数的预先求解值。

OLTC计算控制模块，被配置为根据收集的主动配电网各种数据经过优化计算使得目标函数值最小，即得到最优的OLTC动作指令，然后在一段时间延时后将得到的指令下达到OLTC控制器中，协调控制主动配电网的电压，实现主动配电网电压稳定；

单向数据通信信道，被配置为建立DG控制***和OLTC控制***之间的单向联系，将DG控制***求解存储的数据单向传输给OLTC，达到电压协调控制的目的；建立整个网络电压情况与OLTC控制***之间的单向联系，以实现对主动配电网整体的最优控制。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本公开综合考虑了主动配电网中主要的两种调控元件——DG和OLTC的控制作用，DG实行完全分散式的控制方法，测量数据以及计算最优解都是在DG当地进行，得到使配网电压最为稳定的DG无功出力；然后通过单向通信将未来一段时间DG的出力打包传送给OLTC控制器，OLTC控制器根据得到的DG信息以及其他的配电网络测量量进行运算处理，得到OLTC的动作指令，如此协调实现主动配电网电压控制。

本公开两个控制***相协调，解决了分布式能源以及有载调压变压器动作时间不同的问题，两种调控元件相互配合，更好地实现电压稳定控制；DG采用完全当地控制，OLTC控制也只需单向通信，对控制器计算性能以及通信性能要求不高，控制速度快；考虑了DG的无功裕度，以及OLTC对于整个配网电压的控制作用，可以应对配网中各种扰动情况，提高了主动配电网的电压稳定性；考虑了OLTC调节分接头动作约束，减少了OLTC的动作次数，减少了整个配网的电压波动。

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本实施例子方法提供的典型主动配电网结构图；

图2本实施例子方法运算流程图；

图3本实施例子方法应用前主动配电网关键节点电压表现图(正常运行情况下)；

图4本实施例子方法应用后主动配电网关键节点电压表现图(正常运行情况下)；

图5本实施例子方法应用前后主动配电网整体电压表现图(正常运行情况下)；

图6本实施例子方法应用前主动配电网关键节点电压表现图(大扰动情况下)；

图7本实施例子方法应用后主动配电网关键节点电压表现图(大扰动情况下)；

图8本实施例子方法应用前后OLTC动作次数比较图(大扰动情况下)。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，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。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明DG控制部分中各分布式能源通过测量与之相连节点的电压及无功注入信息，经过完全分散式的求解方法优化计算得到最优的无功出力值，实现配网电压波动最小以及使DG有一定无功裕度的目标；OLTC控制部分通过提取DG控制器中预测无功值以及测量配电网络节点电压值，经过模型预测控制优化计算得到OLTC的动作方式，实现配电网络电压稳定以及减少变压器动作次数的目标；两种控制元件控制方法目标函数都有电压偏差最小，并且在OLTC控制求解参数设置中考虑了两种控制元件时间尺度的不同，实现了不同控制时间调控元件的协调控制。本公开所提方法，降低了对于通信的要求，减少了OLTC的动作次数，同时保证了DG有一定的裕度应对可能出现的突发情况，实现了主动配电网电压的稳定控制。

为了实现在主动配电网电压稳定控制的同时，协调不同时间尺度的调控元件，充分发挥其调节作用，减少OLTC的动作次数，并且尽量减少对于通信以及计算性能的要求，本公开提出了一种协调电压优化控制方法。这种方法协调控制主动配网中的分布式电源以及有载调压变压器，以DG的无功出力以及OLTC分接头调整作为控制手段，协调实现配电网电压的稳定控制。

由于主动配电网的调控元件动作时间不同，DG可以做到秒内迅速响应，而OLTC的响应速度则一般为3-10s，所以为了达到协调控制电压的目的，本公开提出了两种控制方法不同的调控***，并建立了两个***之间的联系。两种控制***，即DG控制***和OLTC控制***，虽然求解方法不同，但由于目标都是实现电压控制，所以其目标函数中权重较大的都是网络电压值与标准值的偏差量，而由于时间尺度不同，所以具体实施方式也有所不同：

DG控制策略，为解决电压控制问题，通过全局梯度信息去得到全局最优解；同时为减少通信损耗，提高计算速度，考虑了配电网结构特性，特殊设置权重矩阵，将全局梯度信息解耦，使得梯度信息可由DG当地电压和无功功率反映，由此实现一种完全分散的电压控制。而在此过程中，考虑实际运行情况和状态，对DG的无功输出进行约束，并进一步优化了无功输出使其靠近出力中间值来提高无功裕度，满足了实际运行的需求。

也就是说，DG控制优化方法的运行状态是：主动配电网运行，然后DG获取与之相连节点的电压信息实时无功信息以及DG无功出力限制信息；然后就地计算得到满足配网整体电压稳定目的的DG无功出力，反馈到分布式电源装置，实现电压控制；预测未来一段时间DG的无功出力情况，存储于存储器以待调用。

OLTC控制策略，为协调解决电压控制问题，通过模型预测控制方法求解OLTC的最优动作指令；同时为减少通信以及中央控制器的建设损耗，将所需分布式电源未来一段时间的无功出力数据以及配电网络信息单向传输到变压器控制器进行求解运算。而在此过程中，考虑实际运行情况和状态，对OLTC分接头的动作能力进行约束，并进一步设置目标函数以减少其动作次数，满足了实际运行的需求。

也就是说，OLTC控制优化方法的运行状态是：主动配电网运行，然后OLTC获取配电网络电压信息以及调用DG中存储的无功出力信息；然后控制器计算得到满足配网整体电压稳定目的的OLTC动作指令，下达到变压器装置，实现电压控制，减少分接头动作。

关于两种控制元件控制方法之间的协调，是一种解决时间尺度不同问题的协调，由于模型预测控制的预测区间需要包括OLTC未来的多次动作，而OLTC的一次动作便对应多次DG无功出力值，具体实施方式为：DG控制器实现分散式当地控制的同时将OLTC控制所需的未来时间段内的无功出力信息计算存储并且传输给OLTC控制器，OLTC控制器根据收集调用的DG信息以及配电网络信息来实现对于OLTC的控制。

实施例一

本实施例公开了一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，以主动配电网中分布式能源的无功出力以及有载调压变压器的分接头位置作为控制对象，通过协调这两种控制时间尺度不同的调控元件，实现了对配网各节点电压的稳定控制，并且在协调控制的同时，减少了对通信性能以及控制器计算能力的要求。

分布式能源控制部分，测量当地信息进行计算出力得到最优的DG无功出力指令，反馈到DG实现电压控制目的；

有载调压变压器控制部分，采集调用网络信息进行优化计算得到OLTC的最优动作指令，控制分接头动作实现电压控制；

DG与OLTC相协调，两种不同时间尺度的调控元件互相配合，共同实现主动配电网电压的稳定控制。

具体实施例子中，DG控制部分：

1)构建包含电压稳定要求以及DG无功裕度要求的优化目标函数：

本公开应用于主动配电网电压控制，主要解决的问题是电压稳定，本部分通过控制DG的无功出力来调控电压，因此要考虑要有一定的无功裕量，所以优化目标函数如下：

其中，q表示主动配电网中各分布式电源输入配电网络的无功量；

中元素

定义为

其中

q分别表示各DG所能提供无功出力的上下限；U和Ur则是配电网中测量节点电压的实际值与标准值(标准值用标幺值表示等于1)；G_U、G_q是权重矩阵，可根据应用场景不同自行调整具体数值。所述目标函数右侧第一项为最小化电压偏差，第二项为最小化DG与其中间水平出力的无功偏差，即保证DG要具有一定的无功裕量。

2)确定DG的无功输出及其所应受到的运行约束条件：

所谓运行约束条件，也就是上述1)中提到的目标函数的约束条件，主要由两部分组成：考虑到配电网络电压和功率潮流之间的关系的等式约束以及考虑DG无功出力限制的不等式约束。

不等式约束上面已经提到，就是

而等式约束，由于配电网自身固有的特点，正常运行时，可以忽略线路上的功率损耗，所以，将常用配电网线性潮流模型转化成矩阵模式并从中得到电压等式约束：

-AP＝-p (2)

-AQ＝-q-BU_j (3)

其中，

为关联矩阵，表示网络中两节点之间的直接相关性，A₀为第一列对应网络连接点(POC，即OLTC二次侧所连节点)，A为对应剩下的各节点的关联矩阵，是一个方阵，其中元素具体取值方法与现有方法相同。P、Q、p、q分别对应配电网中相邻节点间传输有功功率、无功功率、节点注入有功功率、无功功率；U、R和X表示节点电压以及节点间电阻、电抗里各量的矩阵形式，U₀表示POC处电压，BU_j代表DG对地的无功流，需要注意的是，其中元素的顺序需要与关联矩阵对应，以与常用的配电网络潮流模型(Distflow)等价。这样，将前两个方程带入到第三个方程即可得到等式约束：

其中，定义2(A^Τ)^-1XA^-1为M，是对称正定矩阵，定义

为没有额外(外部)无功注入时的电压表现。

3)根据目标函数以及约束条件，确定实现目标函数所需的配电网络量测值；

根据测量得到的配电网络数据经过梯度分散求解算法优化计算得到计算结果，即得到最优的DG无功输出量，优化计算未来一段时间的无功输出量存储并等待调用。

分布式能源控制部分所述电压稳定要求是配电网络节点电压波动要在一定的范围之内，且越靠近设定值越好；所述无功裕度需求为DG单元发出的无功输出要靠近其无功出力上下限的中间值，以实现在网络受到扰动时配电网络有足够的应对能力。

分布式能源控制部分所述的控制算法是对每个DG单元进行分散式实时控制，相邻单元之间是没有任何通信的。

分布式能源控制部分所述的控制算法是通过DG对与其直接相连节点进行调控，进而影响整个网络，实现整体的电压稳定，具体过程包括：

从整体最有目标出发，以负梯度方向寻求最优解；

将求解迭代方程进行处理解耦，使DG控制器能进行当地计算控制，实现整体网络电压稳定。

求解迭代方程处理方法，主要包括：

引入正定缩放矩阵以提高算法收敛速度，设置正定矩阵值以实现分散式解耦；

设置权重矩阵的取值，以实现分散式解耦；

设置步长参数的取值，以提高计算速度。

具体的求解方法阐述：

首先，针对上文中提到的目标函数以及约束，这里采用的一种解决问题的方法是梯度法，即通过沿负梯度方向

来迭代更新解，然后将更新后的解映射到约束集

上，这样一般的形式如下：

其中k表示迭代步数，α(k)∈(0,1]是步长，γ(k)>0是一个正标量，[z]⁺表示映射到约束集上的方法，对于任意的向量z∈R^N，[z]⁺的值可通过下面规则求解：

在这样的情况下，q(k+1)可以保持在约束内只要

为目标函数的梯度。

为了实现DG快速离散的控制，对上述求解进行如下处理：

由于每步迭代中在线得去更新计算γ和α会加长计算时间，为提高计算速度，令α(k)＝α、γ(k)＝γ保持常量，也就是：

由于原始梯度方法其收敛速度较慢，为提高迭代收敛速度，引入缩放矩阵H，是一个正定阵，缩放处理后得到的迭代方程如下：

为了实现分散式实时电压控制，需要将迭代方程中与全局信息相关项解耦成当地信息量表示，对上式，也就是要对其中的

进行处理。由前述目标函数方程和约束方程求解梯度可得，当设置权重矩阵G_U＝M^-1，Gq＝diag(g_q1,...,g_qN)，其中g_qN为对角线上的正元素，然后将

代入，得到解耦后的梯度

这样全局的梯度信息就可以由各个节点当地的电压U_i(k)、电压标准值U_r、以及无功信息q_i(k)得到。

然后为了更好地提高收敛速度的同时满足求解方法解耦的需要，这里对H采用对海森矩阵的对角逼近，即

其中，

这里“＞0”表示矩阵正定。

经过上述处理之后，迭代求解公式就变成：

这样，满足全局电压最优效果所需的每个DG无功出力值便可以由其相连节点的信息当地求得。最后，为了能够保证结果绝对收敛，通过对迭代公式稳定性分析，可以设置α＝0.9，

这里的λ_max指矩阵最大特征值。

2、DG与OLTC协调设置

OLTC和DG协调，是通过单向通信网络，将DG当地控制器计算存储的DG未来无功出力数据传输给OLTC控制器进行协调控制，即DG的无功输出变化影响了OLTC的动作；而OLTC动作影响POC节点电压，进而影响整个配网电压，也同时影响了DG当地电压，DG控制器协调做出反应，实现两者协调控制配网电压的目的。

OLTC和DG协调控制部分，两部分目标函数中占权重较大的第一项都是配电网络电压偏差，是一致的；所述两种调控元件的具体实现方式是通过建立两种算法自身的特性以及其之间时间上的切合关系实现的。

分布式能源对于指令的响应速度较快，可以在秒内实现控制，这里以其控制时间为0.5s，OLTC动作时间较慢，一般为3s-10s，这里取其动作时间为5s，同时为了防止OLTC误动作，设置指令判断延时时间为3s，这样OLTC整个动作过程时间为8s。DG实行完全的当地控制，虽然OLTC动作会影响POC点电压，但这种影响会通过DG连接节点电压变化反映给DG控制器，所以在DG控制器内无需特殊设置；而OLTC采用模型预测控制，需要预先设置的较为重要的因素有预测区间H_p、控制周期T_c以及预测步长N_p＝H_p/T_c，为了实现DG与OLTC之间的协调，设置H_p＝16s，即包含OLTC的两次动作；T_c＝0.5s即设置为DG的动作时间，N_p＝H_p/T_c＝32次，也就是DG控制器需要计算未来32次无功出力指令存储并传输给OLTC控制器。

通过上述对于模型预测控制参数的取值，DG无功出力计算预测量便可切合OLTC控制求解的需要，达到协调电压控制的目的；同时为了协调实现主动配电网电压控制的目的，两个控制部分的目标函数占权重较大的电压偏差部分是一致的。

在具体实施例子中，OLTC控制部分：

有载调压变压器控制部分所述电压稳定要求是配电网络节点电压波动要在一定的范围之内，且越靠近设定值越好；所述OLTC分接头动作要求是OLTC应尽量少的动作，以减少网络电压波动。

有载调压变压器控制部分所述的控制算法是通过节点电压对于DG和OLTC动作的灵敏程度，采集DG存储的分布式能源的无功功率变化，预测出网络节点在OLTC动作后的电压变化，以未来一段时间内的网络电压波动最小为目标，求得OLTC的动作。

1)构建包含电压稳定要求以及OLTC动作次数最少要求的优化目标函数

本部分通过控制OLTC的分接头动作来调控电压，因此要考虑分接头动作尽量少这一目的，所以优化目标函数如下：

其中，k为预测步数；V(k)和V_ref是配电网中第k步控制时节点电压的实际值与标准值(标准值用标幺值表示设为1)；W_v、W_tap是权重矩阵，可根据应用场景不同自行调整具体数值；n_tap(k)为第k步控制时OLTC分接头的位置。所述目标函数右侧第一项为最小化电压偏差，第二项为减少OLTC的动作次数。

2)确定变压器可调范围约束以及用电压灵敏度表示的配电网电压约束条件

所谓约束条件，也就是上述1)中提到的目标函数的约束条件，主要由三部分组成：考虑到各调控元件对主动配电网电压影响的等式约束、考虑OLTC调节能力上下限的不等式约束以及考虑OLTC与DG协调的特殊约束。

不等式约束即变压器固有的属性，也就是其分接头位置的上下限

其中n _tap、

分别代表其分接头位置下限和上限。

而等式约束，则考虑了影响主动配电网电压幅值的OLTC分接头变动以及DG无功出力的变化，体现了模型预测控制中对于为了k步电压值的预测：

其中，V(0)为当前配电网络采样测量电压值；

分别为网络电压对于分接头位置变化以及DG无功出力变化的灵敏程度。

至于考虑OLTC与DG协调的特殊约束，则是由于两者的调控时间不同，为了协调DG出力，设置每一步的时间为DG的动作时间，这就导致在模型预测控制中OLTC不是每一步都能动作，因此需要加入如下限制约束：

n_tap(k)＝n_tap(k-1),if k/16≠N (14)

其中，N表示正整数，这样保证了OLTC在其动作时刻进行动作，协调了两种原件。

3)根据目标函数以及约束条件，确定求解所需的配网数据测量值；

根据测得的主动配电网数据经过模型预测控制(MPC)方法进行求解，得到OLTC的最优动作指令；

具体的，求解方法阐述：

OLTC控制部分所用的求解方法是模型预测控制方法(MPC)，具体实现过程与现有常用的集中式控制所用的相同，而不同的是，OLTC控制器是采用单向通信提取计算所需的信息来控制变压器分接头动作，不需要集中控制器，对通信的要求也较低。

所谓模型预测方法主要由三部分组成：预测模型、滚动优化以及反馈矫正。预测模型也就是所述的DG无功出力预测量、OLTC动作与测量以及未来节点电压受两种调控元件影响的预测量模型；滚动优化是指在每一个采样时刻，优化后的性能指标只覆盖该时刻起的未来有限时域(H_p＝T_c×N_p)，因此是一个以未来有限控制量为优化变量的开环优化问题，向前滚动推移，优化不是一次离线完成的，而是反复在线进行的；反馈校正则是在滚动优化求解控制作用之前，利用检测对象的实时状态或输出信息进行刷新和校正，使得预测和优化更加贴切实际，也就是说，根据预测模型的不断更新使得预测更加贴切实际。这样，MPC开环的滚动优化加上反馈校正便得到了整个滚动过程中的闭环优化，保证了主动配电网电压稳定所需的OLTC动作最优解。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的仿真实施例与对比例详细说明本申请的技术方案。

本实施例中提到的应用于主动配电网中的协调电压控制方法运行流程如图2所示，主要展示了DG控制部分、OLTC控制部分以及通信路径，其中关键在DG控制方法、OLTC控制方法以及两种调控元件的协调控制方式，具体内容前文已经详述。对图1中提到的典型配电网络进行simulink编程仿真，图3、图4所显示的是是正常运行状况下，也就是DG注入配网的有功功率发生变化时，网络关键节点(这里取分布式能源1和分布式能源8相连的节点5和节点45，以及馈线末端节点9)控制前后的电压信息，图5展示的是配网整体电压的本公开应用前后的改善情况；图6、图7展示出的是在配网发生了意外的扰动，也就是外部电网电压突然下降0.1个标幺值时，关键节点电压在方法应用前后的情况。而图8则给出方法应用前后OLTC的分接头的动作情况，以展示本公开对于减少OLTC分接头动作次数的作用。

实施例子二

一种应用于主动配电网的协调电压控制优化***，包括：

1)DG控制***:

当地电压无功测量模块，被配置为测量DG接入点处的实时电压以及实时无功出力；

DG参数值预设模块，被设置为键入影响算法结果的约束条件的数值，即DG无功出力的上下限。

DG计算控制模块，被配置为根据测量的主动配电网参数经过优化计算得到计算结果，即得到最优的DG无功出力，然后将得到的优化结果反馈到DG单元中，实时追踪主动配电网节点电压的变化，实现主动配电网电压稳定。

计算机可读存储介质，用以向DG下达指令以及存储未来一段时间DG的无功出力预测值以供OLTC***调用。

并入配电网的DG设备，也就是实际的主动配电网中的分布式能源，现在的技术主要是光伏发电并网设备。

2)OLTC控制***：

数据提取整合模块，被配置为提取测量整个配网关键节点电压信息以及DG单元未来一段时间的无功出力值；

OLTC参数值预设模块，被配置为求解最优解所需的必要参数，主要是变压器分接头的上下限以及关于定义节点电压对于OLTC、DG动作变化的反映情况的电压灵敏度系数的预先求解值。

OLTC计算控制模块，被配置为根据收集的主动配电网各种数据经过优化计算使得目标函数值最小，即得到最优的OLTC动作指令，然后在一段时间延时后将得到的指令下达到OLTC控制器中，协调控制主动配电网的电压，实现主动配电网电压稳定。

配网与输电网连接处的有载调压变压器设备。

3)单向数据通信信道，被配置为建立DG控制***和OLTC控制***之间的单向联系，将DG控制***求解存储的数据单向传输给OLTC，达到电压协调控制的目的；建立整个网络电压情况与OLTC控制***之间的单向联系，以实现对主动配电网整体的最优控制。一般来讲，在配电网络上实现通信有两种方案：一是电力载波法(PLC)；另一种是工频自动通信***。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

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。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，包括：

分布式能源DG控制步骤：构建包括电压稳定需求以及DG无功裕度要求的目标函数，对目标函数进行求解，得到所需最优的无功发出量；

有载调压变压器OLTC控制步骤：构建包含电压稳定要求以及OLTC动作次数最少要求的目标函数，采集DG的无功出力以及整个网络各节点电压信息，对有载调压变压器的目标函数进行求解，得到OLTC的最优动作指令。

2.如权利要求1所述的一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，分布式能源DG控制步骤中构建目标函数后：

确定分布式能源所受到的无功额度约束以及网络潮流约束；

根据目标函数以及约束条件，确定控制方法所需要得到的测量值；

根据主动配电网测量值按照分散式的梯度投影算法计算得到DG最优的无功补偿量；

将计算求解结果命令传输到分布式能源当地控制器中，并且实时追踪主动配电网电压波动情况，以实现主动配电网电压稳定。

3.如权利要求1所述的一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，电压稳定需求是主动配电网各节点电压变化要维持在一定范围之内，并且越靠近设定值越好。

DG无功裕度要求为主动配电网中的分布式能源，要尽量保持在无功出力上下限的中间值，以保证应对可能发生的突发扰动。

DG目标函数可表达成主动配电网各个节点电压以及DG所发无功功率与各自对应标准值差的欧几里得范数之和最小。

所述的约束包括分布式能源所能供给主动配电网的无功补偿应在其能力的上下限之间，以及主动配电网线性化后的表征无功有功以及电压之间关系的潮流约束。

4.如权利要求2所述的一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，对于DG的控制是完全分散式的，不需要任何交互通信的；

具体实现完全分散控制的过程包括：

从主动配电网整体最优目标出发，按梯度方向寻找最优解；

通过缩放以及对权重因数的特殊取值等过程，使求解过程解耦至只与当地信息测量量有关，进而进行最优解的求解。

作为进一步限定，缩放是通过引入缩放矩阵来提高算法收敛速率，对权重因数的取值规则是使最优解与求解公式中各变量解耦到与非本地信息无关的形式。这样处理之后的求解方法便是完全分散式的，所有过程DG内部控制测量器都可以完成。

5.如权利要求1所述的一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，有载调压变压器OLTC控制步骤构建目标函数之后：

确定变压器可调范围约束以及用电压灵敏度表示的配电网电压约束；

根据目标函数以及约束条件，确定求解所需的配网数据测量值；

根据测得的主动配电网数据经过模型预测控制(MPC)方法进行求解，得到OLTC的最优动作指令；

为了防止变压器误动作，在动作指令连续存在一段时间后向有载调压变压器下达，以达到电压稳定控制的目的。

6.如权利要求5所述的一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，有载调压变压器最好并且大部分都是每次动作只变动调整一个分接头位置，分接头位置上下限为变压器固有属性，这也是变压器调节约束。

7.如权利要求1所述的一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，对于OLTC的控制是需要测量提取全局信息到OLTC控制器进行运算的控制，只是一种数据的单向通信，即由网络到有载调压变压器处。

8.如权利要求5所述的一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，协调控制OLTC来达到主动配电网电压稳定的目的，具体过程包括：

从整体最有目标出发，按目标函数值最小来寻找最优动作；

确定DG当前时刻及预测区间时刻的预测无功出力值以及配电网当前时刻电压值，打包发送给OLTC控制器，在控制器内进行计算得到最优指令。

9.如权利要求8所述的一种应用于主动配电网的电压协调控制优化方法，其特征是，在协调DG与OLTC的控制效果时，考虑了其动作时间的不同来设置OLTC控制方法中的预测区间、控制区间以及控制时间等参数，并且在获得DG无功出力的预测值时考虑了OLTC对主动配电网始端节点电压的影响。

10.一种应用于主动配电网的协调电压控制优化***，其特征是，包括：

DG控制***，OLTC控制***以及单向数据通信通道；

DG控制***主要包括：

当地电压无功测量模块，被配置为测量DG接入点处的实时电压以及实时无功出力；

DG参数值预设模块，被设置为键入影响算法结果的约束条件的数值，即DG无功出力的上下限；

DG计算控制模块，被配置为根据测量的主动配电网参数经过优化计算得到计算结果，即得到最优的DG无功出力，然后将得到的优化结果反馈到DG单元中，实时追踪主动配电网节点电压的变化，实现主动配电网电压稳定；

向DG下达指令以及存储未来一段时间DG的无功出力预测值以供OLTC***调用；

OLTC控制***主要包括：

数据提取整合模块，被配置为提取测量整个配网关键节点电压信息以及DG单元未来一段时间的无功出力值；

OLTC参数值预设模块，被配置为求解最优解所需的必要参数，主要是变压器分接头的上下限以及关于定义节点电压对于OLTC、DG动作变化的反映情况的电压灵敏度系数的预先求解值；

OLTC计算控制模块，被配置为根据收集的主动配电网各种数据经过优化计算使得目标函数值最小，即得到最优的OLTC动作指令，然后在一段时间延时后将得到的指令下达到OLTC控制器中，协调控制主动配电网的电压，实现主动配电网电压稳定；

单向数据通信信道，被配置为建立DG控制***和OLTC控制***之间的单向联系，将DG控制***求解存储的数据单向传输给OLTC，达到电压协调控制的目的；建立整个网络电压情况与OLTC控制***之间的单向联系，以实现对主动配电网整体的最优控制。

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