一種有功無功協調的主動配電網魯棒電壓控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種有功無功協調的主動配電網魯棒電壓控制方法，屬于電力系統優 化運行控制領域。
【背景技術】
[0002] 對于高滲透率光伏接入的配電網，光伏發電功率的大小給電網的安全運行帶來的 影響不容忽視。光伏發電功率的大小依賴于光照強度，因此具有隨機性和間歇性。配電網 規模龐大，限于投資和維護成本，很少安裝實時量測裝置，用于狀態估計的量測值多為負荷 功率偽量測，因此，配電網的可觀性比較差，狀態估計結果特別是負荷估計誤差很大。傳統 確定性電壓優化控制都是基于假想的"準確"數據，并未考慮光伏發電的不確定性和負荷的 估計誤差，則其得到的優化策略并不能保證光伏發電和負荷功率在不確定區間內波動時電 網電壓仍安全。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提出一種有功無功協調的主動配電網魯棒電壓控制方法，根據每 個光伏電站上發至調度中心的有功功率區間和負荷視在功率區間，提出能夠適應光伏發電 和負荷功率不確定性的有功無功魯棒電壓控制方法，保證光伏發電和負荷功率在不確定區 間波動時電壓均安全。
[0004] 本發明提出的有功無功協調的主動配電網魯棒電壓控制方法，包括以下步驟：
[0005] (1)預設一個接入主動配電網中的光伏電站的發電有功功率區間為，并 將該預設的有功功率區間上發至主動配電網調度中心，主動配電網調度中心將光伏電站的 有功功率的允許區間下發至光伏電站，當光伏電站的有功功率大于上述允許區間 的上限時，使光伏電站的有功功率為上限;
[0006] (2)建立有功無功協調的主動配電網魯棒電壓控制的目標函數如下：
[0007]
【主權項】
1. 一種有功無功協調的主動配電網魯棒電壓控制方法，其特征在于該方法包括以下步 驟： (1) 預設一個接入主動配電網中的光伏電站的發電有功功率區間為并將該 預設的有功功率區間上發至主動配電網調度中心，主動配電網調度中心將光伏電站的有功 功率的允許區間泛'F1下發至光伏電站，當光伏電站的有功功率大于上述允許區間的上 限f時，使光伏電站的有功功率為上限P; (2) 建立有功無功協調的主動配電網魯棒電壓控制的目標函數如下：
其中，M為光伏電站的棄光懲罰系數，M的取值范圍為4~6, Eiiv和^分別為光伏電站 上發至主動配電網調度中心的有功功率的下限和上限，|#和^^分別為主動配電網調度中 心下發至光伏電站的有功功率的下限和上限，P a"為主動配電網中各節點有功功率組成的 列矢量，角標u表示使主動配電網電壓值處于最大值，角標P為主動配電網的ABC三相，P~ 為主動配電網中各節點有功功率組成的列矢量，角標1表示使主動配電網電壓值處于最小 值，sum( ·)表示對列矢量中的元素求和； (3) 設定主動配電網電壓處于最大值時的潮流約束為：
其中，角標P為主動配電網的ABC三相，A"和Z【分別為通過拓撲搜索形成的主動配電 網的三相節點支路關聯矩陣和支路阻抗矩陣，Af為中值為-1元素構成的與a*維度相 同的末端支路關聯矩陣，為Af中值為1元素構成的與A*維度相同的始端支路關聯矩 陣，real( ·)和imag( ·)分別表示取復數的實部和虛部，X和· X分別為矩陣的乘積和 點積，P#和Qup分別為主動配電網中各節點有功功率組成的列矢量和無功功率組成的列矢 量，角標u表示使主動配電網電壓值處于最大值，
其中，扣：,為主動配電網各負荷節點的有功功率下限組成的列矢量，Ρ,Γ為主動配電網 中各光伏電站允許有功功率上限歹"組成的列矢量，Qli為主動配電網各負荷節點的無功 功率下限組成的列矢量，Qin為由主動配電網中所有光伏電站的無功功率靜止無功補 償器的無功功率ΟΓ和分組電容器的無功功率Qf組成的列矢量； ΡΓ為主動配電網電壓值最大時支路的三相有功功率組成的列矢量：
其中，N為主動配電網中的支路數，P=、P=和P=分別表示主動配電網電壓值最大時 支路1上A、B和C三相的有功功率，上標T表示矢量的轉置運算； QZ為主動配電網電壓值最大時支路的三相無功功率組成的列矢量：
其中，N為主動配電網中的支路數，Q=，Q=，Q么分別表示主動配電網電壓值最大 時支路1上A、B和C三相的無功功率，上標T表示矢量的轉置運算； if為主動配電網電壓值最大時支路的電流模值平方組成的列矢量：
其中，N為主動配電網中的支路數，i=，分別表示主動配電網電壓值最大時支 路1上A、B和C三相電流模值的平方，上標T表示矢量的轉置運算； νΓ為主動配電網電壓值最大時節點的三相電壓模值平方組成的列矢量：
其中，η為主動配電網中的節點數，v〖A，vf，vf分別表示主動配電網電壓值最大時 節點1的A、B和C三相電壓模值的平方，上標T表示矢量的轉置運算； (4)設定主動配電網電壓處于最小值時的潮流約束為：
其中，角標供為主動配電網的ABC三相，A〃和Z【分別為通過拓撲搜索形成的主動配電 網的三相節點支路關聯矩陣和支路阻抗矩陣，A『為A〃中值為-〗元素構成的與Al隹度相 同的末端支路關聯矩陣，4〗為Ap中值為1元素構成的與A p維度相同的始端支路關聯矩 陣，real( ·)和imag( ·)分別表示取復數的實部和虛部，X和· X分別為矩陣的乘積和 點積，P~和分別為主動配電網中各節點有功功率組成的列矢量和各節點無功功率組成 的列矢量，角標1表示使主動配電網電壓值處于最小值，
其中，CL為主動配電網各負荷節點的有功功率上限組成的列矢量，為主動配電網 中各光伏電站允許有功功率下限組成的列矢量，Ql,為主動配電網各負荷節點的無功 功率上限組成的列矢量，Qin為由主動配電網中所有光伏電站的無功功率Qf、靜止無功補 償器的無功功率Qr和分組電容器的無功功率Q[ B組成的列矢量； 為主動配電網電壓值最小時支路的三相有功功率組成的列矢量：
其中，N為主動配電網中的支路數，拉\、P=和If1分別表示主動配電網電壓值最小時 支路1上A、B和C三相的有功功率，上標T表示矢量的轉置運算； Q；:為主動配電網電壓值最小時支路的三相無功功率組成的列矢量：
其中，N為主動配電網中的支路數，Qt，Qfri，Qt分別表示主動配電網電壓值最小 時支路1上A、B和C三相的無功功率，上標T表示矢量的轉置運算； #為主動配電網電壓值最小時支路的電流模值平方組成的列矢量：
其中，N為主動配電網中的支路數，C1，C1和分別表示主動配電網電壓值最小時支 路1上A、B和C三相電流模值的平方，上標T表示矢量的轉置運算； V?為主動配電網電壓值最小時節點的三相電壓模值平方組成的列矢量：
其中，η為主動配電網中的節點數，vf，vf，vf分別表示主動配電網電壓值最小時 節點1的A、B和C三相電壓模值的平方，上標T表示矢量的轉置運算； (5) 設定主動配電網中光伏電站的有功功率約束為：
其中，Pv和歹~分別為光伏電站上發至主動配電網調度中心的有功功率的下限和上 限，和P分別為主動配電網調度中心下發至光伏電站的有功功率的下限和上限； (6) 設定主動配電網中節點的電壓安全約束為：
其中，νΓ(1:3)和V/(l:3)分別為主動配電網電壓最大時根節點的三相電壓模值平方和 主動配電網電壓最小時根節點的三相電壓模值平方，νΓ(4: η)為主動配電網電壓最大時除 根節點外的其他節點的三相電壓模值平方，ν?(4:ιι)為主動配電網電壓最小時除根節點外 的其他節點的三相電壓模值平方，Umax為主動配電網中節點三相電壓的安全上限，Umin為主 動配電網中節點三相電壓的安全下限； (7) 設定輸電網和主動配電網之間傳輸線上的有功功率和無功功率約束為：
其中，Ρ、1:3)和(Τ°(1:3)分別為主動配電網電壓值最大時主動配電網根節點三相有 功功率組成的三維列矢量和三相無功功率組成的三維列矢量，Ρ-(1:3)和Q/<0(1:3)分別為 主動配電網電壓值最小時主動配電網根節點三相有功功率組成的三維列矢量和三相無功 功率組成的三維列矢量，^'_和杖'胃分別為輸電網和配電網之間傳輸線上有功功率的安 全下限和上限，Q〖mm和Qrmax分別為輸電網和配電網之間傳輸線上無功功率的安全下限 和上限； (8) 設定主動配電網中光伏電站和靜止無功補償器的無功容量約束為：
其中，Qf和Qr分別為主動配電網中光伏電站和靜止無功補償器的無功功率，
'分別為光伏電站的無功功率容量上限和下限
1分別為靜止無 功補償器的無功功率容量上限和下限； (9) 設定主動配電網中分組電容器的無功功率約束為：
其中，Qf為分組電容器的無功功率，Qi,s'_為分組電容器中每組電容器的無功功率， t為主動配電網中分組電容器投入運行的組數，α °、α 1分別為變量，取值為O或1 ; (10) 采用原始-對偶內點算法，根據上述步驟（3)、（4)的潮流約束和步驟（5)~步驟 (9)的主動配電網的運行約束，求解步驟（2)的目標函數，計算得到主動配電網中光伏電站 的無功功率值、靜止無功補償器的無功功率值、分組電容器的無功功率值和光伏電站有功 功率的允許區間，實現主動配電網魯棒電壓控制。
【專利摘要】本發明涉及一種有功無功協調的主動配電網魯棒電壓控制方法，屬于電力系統優化運行控制領域。本方法建立了優化控制的目標函數，提出了光伏發電的區間調度模式，利用主動配電網運行中電壓最高和最低場景下的三相潮流方程，并利用二進制編碼方式處理分組電容器，將離散控制問題連續化處理。最后，綜合控制主動配電網中的光伏、連續無功補償裝置、分組電容器的無功功率以及給光伏電站下發允許有功功率區間，以適應主動配電網中光伏發電和負荷功率的不確定性。本方法得出的優化控制策略能夠保證光伏發電和負荷功率在不確定區間內波動時電壓均安全，有利于主動配電網的電壓控制。
【IPC分類】H02J3-16
【公開號】CN104868480
【申請號】CN201510226565
【發明人】吳文傳, 張伯明, 孫宏斌, 王永杰, 郭慶來, 王彬
【申請人】清華大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月6日