基于多代理系統(tǒng)的主動配電網(wǎng)分布式電壓控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)分布式電壓控制方法。特別是涉及一種基于多代理系統(tǒng)的 主動配電網(wǎng)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(tǒng)能源的短缺和生態(tài) 環(huán)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(wǎng)從被動單向的供電網(wǎng)絡轉(zhuǎn)變?yōu)楣β孰p向流動的有源網(wǎng)絡。配電系統(tǒng)運行與控制 面臨諸多挑戰(zhàn)，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(diào)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(tǒng)運行的重要約束。為了滿足未來電網(wǎng) 智能、靈活和可持續(xù)發(fā)展的要求，傳統(tǒng)配電網(wǎng)，又稱之為被動配電網(wǎng)，已逐漸向主動配電網(wǎng) (Active Distribution Network，ADN)轉(zhuǎn)變。
[0003] 2008年，國際大電網(wǎng)會議（CIGRE)配電與分布式發(fā)電分會C6. 11項目組提出了"配 電網(wǎng)主動運行與發(fā)展"這一研宄主題，自此ADN受到了廣泛關注。主動配電網(wǎng)既可以實現(xiàn) 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(wǎng)絡拓撲結(jié)構實現(xiàn)潮流 的有效管理，并在合理的監(jiān)管和接入準則基礎上，使DG對配電系統(tǒng)提供一定的支撐作用。
[0004] 近年來，國內(nèi)外學者針對主動配電網(wǎng)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(wǎng)歷史數(shù)據(jù)進行離線開環(huán)仿真計算，對網(wǎng)絡可控資源計算潮流敏感 度因子，從而評估出經(jīng)濟性最優(yōu)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(tǒng)，該系統(tǒng)可識別網(wǎng)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(yōu)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(wǎng)各節(jié)點電壓在合理的范圍內(nèi)，中央控制系 統(tǒng)需要對配電網(wǎng)中各個節(jié)點的參數(shù)進行量測，通過大量的優(yōu)化計算，對系統(tǒng)中的變壓器分 接頭位置，DG的出力以及負荷等資源進行調(diào)整，以控制系統(tǒng)中電壓的分布。集中式控制方 法以系統(tǒng)全局優(yōu)化為目標，統(tǒng)一調(diào)配可控資源，但存在諸多不足：
[0006] 1)系統(tǒng)中所有量測數(shù)據(jù)都要傳輸至中央控制系統(tǒng)，一旦中央控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障， 整個網(wǎng)絡管控系統(tǒng)就會瓦解；
[0007] 2)中央控制系統(tǒng)在接收全網(wǎng)數(shù)據(jù)和大量優(yōu)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(tǒng)做出調(diào)節(jié)所需的時間較長；
[0008] 3)主動配電網(wǎng)中DG滲透率較高，需要測量和采集的數(shù)據(jù)量也大幅度增加，大大加 重了通訊系統(tǒng)的負擔；
[0009] 4)完整的集中式控制系統(tǒng)需要安裝大量量測、通訊和監(jiān)控系統(tǒng)，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?，F(xiàn)階段國內(nèi)外多采用多 代理系統(tǒng)（Multiple Agent System, MAS)進行電網(wǎng)的控制和優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)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(tǒng)MAS對主動配 電網(wǎng)進行協(xié)調(diào)控制的基于多代理系統(tǒng)的主動配電網(wǎng)分布式電壓控制方法。
[0012] 本發(fā)明所采用的技術方案是：一種基于多代理系統(tǒng)的主動配電網(wǎng)分布式電壓控制 方法，包括如下步驟：
[0013] 1)對輻射狀電網(wǎng)任意節(jié)點的電壓靈敏度進行分析，以實現(xiàn)用局部信息對任意節(jié)點 在下一時刻的電壓進行估算；
[0014] 2)多代理系統(tǒng)中的每個代理以所控制區(qū)域成本最小為目標函數(shù)，進行主動配電網(wǎng) 的電壓協(xié)調(diào)控制，所述的目標函數(shù)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(jié)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(jù)每個代理內(nèi)部的電壓協(xié)調(diào)控制算法以及與相鄰代理的協(xié)商結(jié)果，各個代理 做出使電網(wǎng)中全部節(jié)點的電壓都處于設定范圍內(nèi)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(wǎng)任意節(jié)點的電壓靈敏度進行分析是：
[0017] 對于輻射狀配電網(wǎng)中的任意節(jié)點N，根據(jù)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(jié)點N，節(jié)點N-1和節(jié)點N+1的電壓值，其中，節(jié)點N-1為 節(jié)點N的上游節(jié)點，節(jié)點N+1為節(jié)點N的下游節(jié)點；PjP ^分別表示從上游支路流入節(jié)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(jié)點N+1的有功功率值 和無功功率值{^和Q u分別表示節(jié)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(jié)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(jié)點N-1 與節(jié)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(jié)點N與節(jié)點N+1之間的支路電 阻值和電抗值。
[0022] 忽略各節(jié)點間支路的功率損耗，對不同節(jié)點的DistFlow公式進行簡化和疊加， 得：
[0023]
[0024] 若假定系統(tǒng)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(jié)點N及其所有下游節(jié)點的注入功率不變，僅考慮節(jié)點N所有上游節(jié)點注入功率的 變化量，并設節(jié)點N-1和節(jié)點N的電壓分別為，有：
[0025]
[0026] 第二階段，假設節(jié)點N所有上游節(jié)點的注入功率不變，僅考慮節(jié)點N及其所有下游 節(jié)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(jié)點T i+1與當前時刻T ,相比的上游支路流入下游節(jié) 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(jié)點在下一時刻的電壓進行估算，是在對輻射 狀電網(wǎng)任意節(jié)點的電壓靈敏度進行分析的基礎上，假設饋線首端節(jié)點電壓％不變，T i+1時刻 節(jié)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(jié)點Ti+1與當前時刻T ,相比的上游支路流入下游節(jié)點N+l的有功、無功功率 變化量。
[0034] 步驟2)所述的目標函數(shù)中的成本由兩部分組成：一部分是分布式電源功率調(diào)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(diào)參數(shù)，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(wǎng)電價和電價，M jP M w分別為無功功率的上網(wǎng)電 價和電價。
[0037] 所述的分布式電源功率調(diào)整的成本，是針對電壓越限問題，代理的控制措施包括 調(diào)節(jié)分布式電源出力和調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)PeN，對應成本為C(Pffl) = ，以及調(diào) 節(jié)Q?，對應成本為C(Qffl) = ;所述的負荷控制包括采用調(diào)節(jié)對應成本為 C ( A PM) = MlP ? A PM，以及調(diào)節(jié)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(xiàn)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(jié)點電壓標么值，可調(diào)變量d的取值由控制電壓邊界值Vb_toy和上網(wǎng)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(jié)點N所對應的代理N根據(jù)步驟2)中的目標函數(shù)形成成本列表，成本列 表包括節(jié)點N所有可能產(chǎn)生的離散的運行狀態(tài)及所述運行狀態(tài)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(tài)，并形成控制信息：
[0045]
[0046]
[0047] 式中，廣.Af分別指節(jié)點N成本最小的運行狀態(tài)對應的節(jié)點N-1的電壓、節(jié) 點N+1的有功變化量、節(jié)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(tài)下，節(jié)點N需要節(jié)點N-1給予電壓配合以及節(jié)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(fā)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(jié)點N成本最小的運行狀態(tài)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(tài)成本降低。
[0049] (2)在代理N發(fā)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(jù)接收到的控制信息，更新節(jié)點N的成本列表，隨后，重復過程1)和過程2)，直 到所有的節(jié)點都運行在成本最小的運行狀態(tài)；
[0050] (3)各個代理根據(jù)所有的節(jié)點都運行在成本最小的運行狀態(tài)的結(jié)果對所控