基于多代理系統的主動配電網分布式電壓控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種配電網分布式電壓控制方法。特別是涉及一種基于多代理系統的 主動配電網分布式電壓控制方法。
【背景技術】
[0002] 長期以來,人類過度地開采和利用不可再生能源,造成了傳統能源的短缺和生態 環境的污染。在此背景下,分布式電源(^Distributed Generation, DG)因其利用清潔能源 得到了越來越廣泛的關注與應用。隨著DGs、新型可平移負荷、分布式儲能等滲透率逐步提 高,配電網從被動單向的供電網絡轉變為功率雙向流動的有源網絡。配電系統運行與控制 面臨諸多挑戰,如:電壓控制、潮流管理、繼電保護、故障定位與隔離、以及儲能調配等。其 中電壓偏移以及線路過負荷等問題將可能成為系統運行的重要約束。為了滿足未來電網 智能、靈活和可持續發展的要求,傳統配電網,又稱之為被動配電網,已逐漸向主動配電網 (Active Distribution Network,ADN)轉變。
[0003] 2008年,國際大電網會議(CIGRE)配電與分布式發電分會C6. 11項目組提出了"配 電網主動運行與發展"這一研宄主題,自此ADN受到了廣泛關注。主動配電網既可以實現 對DG、柔性負載和儲能等可控資源的主動控制,又可以利用靈活的網絡拓撲結構實現潮流 的有效管理,并在合理的監管和接入準則基礎上,使DG對配電系統提供一定的支撐作用。
[0004] 近年來,國內外學者針對主動配電網電壓與潮流管理等展開了多方面研宄工作。 文獻[5]提出利用配電網歷史數據進行離線開環仿真計算,對網絡可控資源計算潮流敏感 度因子,從而評估出經濟性最優的控制方案作為主動潮流管理策略。文獻[6]提出一種具 備自學習能力的案例推理系統,該系統可識別網絡電壓波動情況,并推理出相似度最高,切 實可行的電壓控制方案,并進行在線驗證以評估方案的可靠性。文獻[7]提出基于最優潮 流的在線線路過負荷控制策略。以上研宄多應用智能算法,從不同角度以集中式控制思維 解決ADN中電壓與潮流的越限問題。
[0005] 然而,在集中式電壓控制中,為使配電網各節點電壓在合理的范圍內,中央控制系 統需要對配電網中各個節點的參數進行量測,通過大量的優化計算,對系統中的變壓器分 接頭位置,DG的出力以及負荷等資源進行調整,以控制系統中電壓的分布。集中式控制方 法以系統全局優化為目標,統一調配可控資源,但存在諸多不足:
[0006] 1)系統中所有量測數據都要傳輸至中央控制系統,一旦中央控制系統出現故障, 整個網絡管控系統就會瓦解;
[0007] 2)中央控制系統在接收全網數據和大量優化計算后,方可做出全局控制策略,同 時考慮到硬件設備的延時,集中式控制方法對系統做出調節所需的時間較長;
[0008] 3)主動配電網中DG滲透率較高,需要測量和采集的數據量也大幅度增加,大大加 重了通訊系統的負擔;
[0009] 4)完整的集中式控制系統需要安裝大量量測、通訊和監控系統,投資較高。
[0010] 分布式電壓控制可以有效的解決集中式電壓控制的不足。現階段國內外多采用多 代理系統(Multiple Agent System, MAS)進行電網的控制和優化。
【發明內容】
[0011] 本發明所要解決的技術問題是,提供一種應用分布式的多代理系統MAS對主動配 電網進行協調控制的基于多代理系統的主動配電網分布式電壓控制方法。
[0012] 本發明所采用的技術方案是:一種基于多代理系統的主動配電網分布式電壓控制 方法,包括如下步驟:
[0013] 1)對輻射狀電網任意節點的電壓靈敏度進行分析,以實現用局部信息對任意節點 在下一時刻的電壓進行估算;
[0014] 2)多代理系統中的每個代理以所控制區域成本最小為目標函數,進行主動配電網 的電壓協調控制,所述的目標函數由兩部分組成:電壓成本和功率成本,其中電壓成本用來 約束各節點電壓值,功率成本用來減少分布式電源有功功率的削減;
[0015] 3)根據每個代理內部的電壓協調控制算法以及與相鄰代理的協商結果,各個代理 做出使電網中全部節點的電壓都處于設定范圍內的決策,并在控制電壓的前提下減少對分 布式電源有功功率出力的削減。
[0016] 步驟1)所述的對輻射狀電網任意節點的電壓靈敏度進行分析是:
[0017] 對于輻射狀配電網中的任意節點N,根據DistFlow潮流算法,電壓及功率計算如 下:
[0018]
[0019]
[0020]
[0021] 式中,VN,VN_i和VN+1表示節點N,節點N-1和節點N+1的電壓值,其中,節點N-1為 節點N的上游節點,節點N+1為節點N的下游節點;PjP ^分別表示從上游支路流入節點 N的有功功率值和無功功率值;PN+1和QN+1分別表示從上游支路流入節點N+1的有功功率值 和無功功率值{^和Q u分別表示節點N處接入負荷的有功功率值和無功功率值;P 和Q 分別表示節點N處接入分布式電源的有功功率值和無功功率值;馬和XN分別表示節點N-1 與節點N之間的支路電阻值和電抗值;R N+1和X N+1分別表示節點N與節點N+1之間的支路電 阻值和電抗值。
[0022] 忽略各節點間支路的功率損耗,對不同節點的DistFlow公式進行簡化和疊加, 得:
[0023]
[0024] 若假定系統在1\時刻和下一時刻T i+1間的變化分解成兩階段先后完成:第一階 段,假設節點N及其所有下游節點的注入功率不變,僅考慮節點N所有上游節點注入功率的 變化量,并設節點N-1和節點N的電壓分別為,有:
[0025]
[0026] 第二階段,假設節點N所有上游節點的注入功率不變,僅考慮節點N及其所有下游 節點注入功率的變化量。由于上游注入功率恒定不變,有AP 1= AP2=…=AP#P AQi =AQ2 =…=AQN。因此,由公式⑷可得:
[0027]
[0028] APN,AQN*別表示下一時間節點T i+1與當前時刻T ,相比的上游支路流入下游節 點N的有功、無功功率變化量。
[0029] 步驟1)所述的用局部信息對任意節點在下一時刻的電壓進行估算,是在對輻射 狀電網任意節點的電壓靈敏度進行分析的基礎上,假設饋線首端節點電壓%不變,T i+1時刻 節點N處電壓表示為:
[0033] 式中,#,成,思,01,4和成v分別表示凡時刻P N,QN,PLN,QLN,PCN和Q CN 的值;洽1,,哈1和級;'分別表示Ti+1時刻P LN,QLN,PGN和Q GN的值;A P N+1,A QN+1分別 表示下一時間節點Ti+1與當前時刻T ,相比的上游支路流入下游節點N+l的有功、無功功率 變化量。
[0034] 步驟2)所述的目標函數中的成本由兩部分組成:一部分是分布式電源功率調整 的成本,而另一部分是電壓成本,具體表示為:
[0035]
[0036] 式中,d為電壓約束可調參數,G和均為電壓標么值,別為分 布式電源有功和無功功率的最大輸出值;△ P〇^P △ Q M分別為T時刻負荷有功和無功功率 的變化量;MP和M u分別為有功功率的上網電價和電價,M jP M w分別為無功功率的上網電 價和電價。
[0037] 所述的分布式電源功率調整的成本,是針對電壓越限問題,代理的控制措施包括 調節分布式電源出力和調節負荷,代理的兩種控制方式有分布式電源控制和負荷控制,其 中,所述的分布式電源控制包括采用調節PeN,對應成本為C(Pffl) = ,以及調 節Q?,對應成本為C(Qffl) = ;所述的負荷控制包括采用調節對應成本為 C ( A PM) = MlP ? A PM,以及調節心,對應成本為 C ( A QlN) = Mw ? AQm。
[0038] 所述的電壓成本是為避免出現電壓越界的情況而人為制定的成本,所述的電壓成 本計算公式如下:
[0039] C(V) = [d ? (1-V)]10 (10)
[0040]其中,
[0041]
[0042] 式中,V為節點電壓標么值,可調變量d的取值由控制電壓邊界值Vb_toy和上網電 價M共同決定。
[0043] 所述的步驟3)包括如下過程:
[0044] (1)任意節點N所對應的代理N根據步驟2)中的目標函數形成成本列表,成本列 表包括節點N所有可能產生的離散的運行狀態及所述運行狀態對應的成本,隨后,代理N在 成本列表中搜尋成本最小的運行狀態,并形成控制信息:
[0045]
[0046]
[0047] 式中,廣.Af分別指節點N成本最小的運行狀態對應的節點N-1的電壓、節 點N+1的有功變化量、節點N+1的無功變化量。C:為對應的電壓成本,C:為 對應的功率成本之和;
[0048] 為運行在成本最小的狀態下,節點N需要節點N-1給予電壓配合以及節點N+1給 予功率配合,因此代理N將形成的控制信息,分別發送給代理N-1和代理N+1,并從代理N-1 和代理N+1中能使節點N成本最小的運行狀態的成本中扣除相應的電壓成本仏或功率成 本之和,使得扣除電壓成本C:或功率成本之和Ck后的運行狀態成本降低。
[0049] (2)在代理N發送控制信息的同時,也會接收到來自代理N-1和代理N+1的控制信 息,代理N根據接收到的控制信息,更新節點N的成本列表,隨后,重復過程1)和過程2),直 到所有的節點都運行在成本最小的運行狀態;
[0050] (3)各個代理根據所有的節點都運行在成本最小的運行狀態的結果對所控