一種主動配電網全分布式自律經濟調度方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力系統運行和控制技術領域，特別涉及一種主動配電網全分布式自 律經濟調度方法。
【背景技術】
[0002] 大規模分布式電源的接入給配電網運行帶來深刻變化，使得傳統的配電網成為主 動配電網。它的組成結構如圖1所示，黑色豎線為母線（在計算中也稱為節點，圖中共顯示 了i、j、k、l四個節點），三個白色長方形代表線路的阻抗，箭頭代表凈注入功率。傳統集中 式的配電能量管理系統，利用實時控制和通信系統，采集所有線路的阻抗等系統參數，通過 對所有節點的凈注入功率進行調度與控制，從而實現對配電網中的設備進行集中式的管理 與控制，但隨著大規模分布式電源的接入，這樣的管理系統，將面臨如下挑戰：
[0003] (1)海量信息問題：分布式發電及其網絡規模巨大，極有可能造成通信擁塞和信 息處理瓶頸；
[0004] (2)可維護問題：配電網設備眾多，異動頻繁，控制中心難以實時地維護整個電網 的全局模型；
[0005] (3)隱私性問題：不同控制區可能隸屬于不同的運營主體，由于商業機密，控制中 心難以采集各控制區的所有信息。
[0006] 上述挑戰都將促使集中式的經濟調度方式變革為全分布式架構，決策機制由單一 模式變革為自治模式。全分布式架構不需要協調層來對各區域進行集中管理協調，各區域 完全自治，可以并行計算本區域的子問題，并與相鄰區域交互邊界信息，即可獲得全局最優 的控制效果。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種主動配電網全分布式自律 經濟調度方法，采用本發明提出的方法所進行的配電網經濟調度，能夠很好地保護各子區 域的數據隱私，各區域之間只需交互極少量信息，即可協同獲得全局經濟效益最高的控制 策略，具有很高的敏捷性與自愈性。
[0008] 本發明提出的一種主動配電網全分布式自律經濟調度方法，其特征在于，該方法 包括以下步驟：
[0009] 1)對主動配電網，建立由目標函數和約束條件組成的配電網最優潮流模型：
[0010] 該模型的目標函數為最小化總發電成本，如式（1):
[0011]
【主權項】
1. 一種主動配電網全分布式自律經濟調度方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 1)對主動配電網，建立由目標函數和約束條件組成的配電網最優潮流模型： 該模型的目標函數為最小化總發電成本，如式（1):
(1) 其中，i為主動配電網的任意一個節點，Ci是節點i的發電機成本函數，PM是節點i的 發電機有功功率，Pe，Qe分別是所有發電機有待實時控制的有功、無功功率所組成的向量，G 為主動配電網掛有發電機的節點所組成的集合； 約束條件包括： 對于節點j的有功功率平衡約束，如式（2):
(2) 其中，ij為主動配電網的兩個節點i、j組成的任意一個支路是支路ij的有功功 率，PU1()SS是支路ij的有功損耗，Pi是節點i的凈注入有功功率，？0?&1(^4均為優化變 量；i:i-j表示節點j的父節點，k:j-k表示節點j的子節點； 對于節點j的無功功率平衡約束，如式（3):
(3) 其中，Qij是支路ij的無功功率，Qij，1()SS是支路ij的無功損耗，Qi是節點i的凈注入無 功功率； 支路ij的有功損耗的約束，如式（4):
(4) 其中，Pu，分別是支路ij的有功、無功功率，Vi是節點i的電壓幅值，ru為支路ij的電阻值，e為主動配電網的支路集； 支路ij的無功損耗的約束，如式（5):
(5) 其中，為支路ij的電抗值； 士日4^書占由ffR容的的古f/n才仏.
(6) 凈注入有功功率的約束，如式（7):
(7) 其中，PDi是11 ~u是節點i的發電機有功功率； 凈注入無功功率的約束，如式（8):
(8) 其中，QDi是節點i的負荷無功功率，Qei是節點i的發電機無功功率： 支路ij的有功功率傳輸極限約束，如式（9): V(iJ)e￡ (9) 其中，是支路ij的有功功率的下界與上界； 支路ij的無功功率傳輸極限約束，如式（10): V(zJ)e^ (1〇) 其中，込及是支路ij的無功功率的下界與上界； 節點i的發電機有功功率輸出極限約束，如式（11):
(11) 其中，是節點i處的發電機輸出的有功功率下界與上界； 節點i的發電機無功功率輸出極限約束，如式（12):
(12) 其中，％，么是節點i處的發電機輸出的無功功率下界與上界； 節點i的電壓安全約束，如式（13):
(13) 其中，是節點i處的安全電壓的下界與上界； 2) 建立由目標函數和約束組成的考慮有功損耗的配電網經濟調度模型： 該目標函數為最小化總發電成本如式（1); 約束條件包括：⑵、（3)、（5) - (13)及（14); 并消去配電網最優潮流模型中與無功功率、電壓幅值相關的變量；
對式（4)的支路ij的有功損耗的約| vv(心)^在潮流基態點丨 處進行泰勒展開，取一階近似，得到取一階1」m有功損耗的約束如式（14): = [(^ )2 + 2/j(^ -^ ) + (S； )2] / (^ )2xK；,V(/J)e￡ (14) 其中，分別為潮流基態點處的支路ij的有功功率、無功功率以及節點i的電壓 幅值； 3) 把饋線分成若干個控制區，一個控制區可以是一條或若干條母線和掛接在上面的分 布式發電機；采用變量分裂法，將考慮有功損耗的配電網經濟調度模型等價轉換為多區域 配電網經濟調度模型： 該模型的目標函數為最小化總發電成本，即各區域發電成本之和：
(15) 其中，A為區域下標，C是區域A節點i的發電機有功功率，0為區域A掛有發電機的 節點所組成的集合； 約束條件包括： 區域A節點j的有功功率平衡約束，如式（16): CN104617577A _權利要求書_ _3/4 頁
(16) 式中，< 是區域A支路ij的有功功率，是區域A支路ij的有功損耗； 區域A支路ij的有功功率損耗約束，如式（17):
(17) 其中，分別為區域A在潮流基態點處的支路ij的有功功率、無功功率以及節 點i的電壓幅值，C為區域A支路ij的電阻值，AA是與區域A相鄰的區域集，r〃是區域 A和區域B之間的聯絡線集合，eA為區域A的支路集； 區域A節點i的凈注入有功功率約束，如式（18):
(18) 其中，#是區域A節點i的凈注入有功功率，以是區域A節點i的負荷有功功率， 為區域A的節點集； 區域A支路ij的有功功率傳輸極限約束，如式（19): (19) 其中，C7 _是區域A支路ij的有功功率的下界與上界； 區域A節點i的發電機有功功率輸出極限約束，如式（20): V/ec?1 (20) 其中，矻是節點i處的發電機輸出的有功功率下界與上界，為設備參數； 區域A支路ij的聯絡線有功功率與全局的支路有功功率一致的約束，如式（21): VA,VBe&AMiJ)erA-B (21) 其中，為全局的支路ij的聯絡線有功功率； 4) 根據多區域配電網經濟調度模型，建立增廣拉格朗日函數，如式（23): \yA\,\A：\^\) = ^{^€^04,)+E -P")^i.P：-P")：li = ^：) A ieQA V5eA^ ^ A (23) 其中^/為約束^^心^^^"呢如^所對應的拉格朗日乘子一^礦是交替方向 乘子法中的罰因子； 5) 采用交替方向乘子法，進行迭代運算：令迭代下標k= 0,為區域A節點j定義輔助變 量#W= 給定交替方向乘子法的收斂標準eGR+，令各區域輔助變量#w={)， 具體迭代過程包括： 5-1)每個控制區求解各自區域的無功優化子問題，如式（24):
5-2)每個控制區利用與鄰居的通信，交換邊界處聯絡線功率的信息，然后更新各自輔 助變量，如式（25):
(25) 5-3)判斷交替方向乘子法是否收斂： 計算殘差向量如下： ft+1 ：=\P，!(k+1) +1) |V^,V5 eFA-B} (26) 若I|pk+1l12彡e，則k: =k+1，返回5-1);否則，說明交替方向乘子法已收斂，轉步驟 6)； 6)求得全局經濟效益最優的本地發電機輸出的有功功率忠，該有功功率作為配電網的 調度指令，直接下發到各發電機處執行。
【專利摘要】本發明涉及一種主動配電網全分布式自律經濟調度方法，屬于電力系統運行和控制技術領域。該方法具體實施步驟為：建立考慮網損的配電網經濟調度模型；把饋線分成若干個控制區，一個控制區可以是一條或若干條母線和掛接在上面的分布式發電機；每個控制區利用與鄰居的通信，采用交替方向乘子法，求得全局經濟效益最優的本地發電機輸出的有功功率。本發明適用于大規模分布式電源并網后的主動配電網和微電網的經濟調度，能夠很好地保護控制區的數據隱私，該控制方法具有很高的敏捷性與靈活性。
【IPC分類】H02J3-00
【公開號】CN104617577
【申請號】CN201510070544
【發明人】吳文傳, 張伯明, 孫宏斌, 鄭偉業, 郭慶來, 王彬
【申請人】清華大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月10日