一種有功無(wú)功協(xié)調(diào)的主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒電壓控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種有功無(wú)功協(xié)調(diào)的主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒電壓控制方法，屬于電力系統(tǒng)優(yōu) 化運(yùn)行控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于高滲透率光伏接入的配電網(wǎng)，光伏發(fā)電功率的大小給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)的 影響不容忽視。光伏發(fā)電功率的大小依賴于光照強(qiáng)度，因此具有隨機(jī)性和間歇性。配電網(wǎng) 規(guī)模龐大，限于投資和維護(hù)成本，很少安裝實(shí)時(shí)量測(cè)裝置，用于狀態(tài)估計(jì)的量測(cè)值多為負(fù)荷 功率偽量測(cè)，因此，配電網(wǎng)的可觀性比較差，狀態(tài)估計(jì)結(jié)果特別是負(fù)荷估計(jì)誤差很大。傳統(tǒng) 確定性電壓優(yōu)化控制都是基于假想的"準(zhǔn)確"數(shù)據(jù)，并未考慮光伏發(fā)電的不確定性和負(fù)荷的 估計(jì)誤差，則其得到的優(yōu)化策略并不能保證光伏發(fā)電和負(fù)荷功率在不確定區(qū)間內(nèi)波動(dòng)時(shí)電 網(wǎng)電壓仍安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提出一種有功無(wú)功協(xié)調(diào)的主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒電壓控制方法，根據(jù)每 個(gè)光伏電站上發(fā)至調(diào)度中心的有功功率區(qū)間和負(fù)荷視在功率區(qū)間，提出能夠適應(yīng)光伏發(fā)電 和負(fù)荷功率不確定性的有功無(wú)功魯棒電壓控制方法，保證光伏發(fā)電和負(fù)荷功率在不確定區(qū) 間波動(dòng)時(shí)電壓均安全。
[0004] 本發(fā)明提出的有功無(wú)功協(xié)調(diào)的主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒電壓控制方法，包括以下步驟：
[0005] (1)預(yù)設(shè)一個(gè)接入主動(dòng)配電網(wǎng)中的光伏電站的發(fā)電有功功率區(qū)間為，并 將該預(yù)設(shè)的有功功率區(qū)間上發(fā)至主動(dòng)配電網(wǎng)調(diào)度中心，主動(dòng)配電網(wǎng)調(diào)度中心將光伏電站的 有功功率的允許區(qū)間下發(fā)至光伏電站，當(dāng)光伏電站的有功功率大于上述允許區(qū)間 的上限時(shí)，使光伏電站的有功功率為上限;
[0006] (2)建立有功無(wú)功協(xié)調(diào)的主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒電壓控制的目標(biāo)函數(shù)如下：
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種有功無(wú)功協(xié)調(diào)的主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒電壓控制方法，其特征在于該方法包括以下步 驟： (1) 預(yù)設(shè)一個(gè)接入主動(dòng)配電網(wǎng)中的光伏電站的發(fā)電有功功率區(qū)間為并將該 預(yù)設(shè)的有功功率區(qū)間上發(fā)至主動(dòng)配電網(wǎng)調(diào)度中心，主動(dòng)配電網(wǎng)調(diào)度中心將光伏電站的有功 功率的允許區(qū)間泛'F1下發(fā)至光伏電站，當(dāng)光伏電站的有功功率大于上述允許區(qū)間的上 限f時(shí)，使光伏電站的有功功率為上限P; (2) 建立有功無(wú)功協(xié)調(diào)的主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒電壓控制的目標(biāo)函數(shù)如下：
其中，M為光伏電站的棄光懲罰系數(shù)，M的取值范圍為4~6, Eiiv和^分別為光伏電站 上發(fā)至主動(dòng)配電網(wǎng)調(diào)度中心的有功功率的下限和上限，|#和^^分別為主動(dòng)配電網(wǎng)調(diào)度中 心下發(fā)至光伏電站的有功功率的下限和上限，P a"為主動(dòng)配電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)有功功率組成的 列矢量，角標(biāo)u表示使主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值處于最大值，角標(biāo)P為主動(dòng)配電網(wǎng)的ABC三相，P~ 為主動(dòng)配電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)有功功率組成的列矢量，角標(biāo)1表示使主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值處于最小 值，sum( ·)表示對(duì)列矢量中的元素求和； (3) 設(shè)定主動(dòng)配電網(wǎng)電壓處于最大值時(shí)的潮流約束為：
其中，角標(biāo)P為主動(dòng)配電網(wǎng)的ABC三相，A"和Z【分別為通過(guò)拓?fù)渌阉餍纬傻闹鲃?dòng)配電 網(wǎng)的三相節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)矩陣和支路阻抗矩陣，Af為中值為-1元素構(gòu)成的與a*維度相 同的末端支路關(guān)聯(lián)矩陣，為Af中值為1元素構(gòu)成的與A*維度相同的始端支路關(guān)聯(lián)矩 陣，real( ·)和imag( ·)分別表示取復(fù)數(shù)的實(shí)部和虛部，X和· X分別為矩陣的乘積和 點(diǎn)積，P#和Qup分別為主動(dòng)配電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)有功功率組成的列矢量和無(wú)功功率組成的列矢 量，角標(biāo)u表示使主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值處于最大值，
其中，扣：,為主動(dòng)配電網(wǎng)各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率下限組成的列矢量，Ρ,Γ為主動(dòng)配電網(wǎng) 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(dòng)配電網(wǎng)各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的無(wú)功 功率下限組成的列矢量，Qin為由主動(dòng)配電網(wǎng)中所有光伏電站的無(wú)功功率靜止無(wú)功補(bǔ) 償器的無(wú)功功率ΟΓ和分組電容器的無(wú)功功率Qf組成的列矢量； ΡΓ為主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最大時(shí)支路的三相有功功率組成的列矢量：
其中，N為主動(dòng)配電網(wǎng)中的支路數(shù)，P=、P=和P=分別表示主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最大時(shí) 支路1上A、B和C三相的有功功率，上標(biāo)T表示矢量的轉(zhuǎn)置運(yùn)算； QZ為主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最大時(shí)支路的三相無(wú)功功率組成的列矢量：
其中，N為主動(dòng)配電網(wǎng)中的支路數(shù)，Q=，Q=，Q么分別表示主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最大 時(shí)支路1上A、B和C三相的無(wú)功功率，上標(biāo)T表示矢量的轉(zhuǎn)置運(yùn)算； if為主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最大時(shí)支路的電流模值平方組成的列矢量：
其中，N為主動(dòng)配電網(wǎng)中的支路數(shù)，i=，分別表示主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最大時(shí)支 路1上A、B和C三相電流模值的平方，上標(biāo)T表示矢量的轉(zhuǎn)置運(yùn)算； νΓ為主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最大時(shí)節(jié)點(diǎn)的三相電壓模值平方組成的列矢量：
其中，η為主動(dòng)配電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)，v〖A，vf，vf分別表示主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最大時(shí) 節(jié)點(diǎn)1的A、B和C三相電壓模值的平方，上標(biāo)T表示矢量的轉(zhuǎn)置運(yùn)算； (4)設(shè)定主動(dòng)配電網(wǎng)電壓處于最小值時(shí)的潮流約束為：
其中，角標(biāo)供為主動(dòng)配電網(wǎng)的ABC三相，A〃和Z【分別為通過(guò)拓?fù)渌阉餍纬傻闹鲃?dòng)配電 網(wǎng)的三相節(jié)點(diǎn)支路關(guān)聯(lián)矩陣和支路阻抗矩陣，A『為A〃中值為-〗元素構(gòu)成的與Al隹度相 同的末端支路關(guān)聯(lián)矩陣，4〗為Ap中值為1元素構(gòu)成的與A p維度相同的始端支路關(guān)聯(lián)矩 陣，real( ·)和imag( ·)分別表示取復(fù)數(shù)的實(shí)部和虛部，X和· X分別為矩陣的乘積和 點(diǎn)積，P~和分別為主動(dòng)配電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)有功功率組成的列矢量和各節(jié)點(diǎn)無(wú)功功率組成 的列矢量，角標(biāo)1表示使主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值處于最小值，
其中，CL為主動(dòng)配電網(wǎng)各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率上限組成的列矢量，為主動(dòng)配電網(wǎng) 中各光伏電站允許有功功率下限組成的列矢量，Ql,為主動(dòng)配電網(wǎng)各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的無(wú)功 功率上限組成的列矢量，Qin為由主動(dòng)配電網(wǎng)中所有光伏電站的無(wú)功功率Qf、靜止無(wú)功補(bǔ) 償器的無(wú)功功率Qr和分組電容器的無(wú)功功率Q[ B組成的列矢量； 為主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最小時(shí)支路的三相有功功率組成的列矢量：
其中，N為主動(dòng)配電網(wǎng)中的支路數(shù)，拉\、P=和If1分別表示主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最小時(shí) 支路1上A、B和C三相的有功功率，上標(biāo)T表示矢量的轉(zhuǎn)置運(yùn)算； Q；:為主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最小時(shí)支路的三相無(wú)功功率組成的列矢量：
其中，N為主動(dòng)配電網(wǎng)中的支路數(shù)，Qt，Qfri，Qt分別表示主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最小 時(shí)支路1上A、B和C三相的無(wú)功功率，上標(biāo)T表示矢量的轉(zhuǎn)置運(yùn)算； #為主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最小時(shí)支路的電流模值平方組成的列矢量：
其中，N為主動(dòng)配電網(wǎng)中的支路數(shù)，C1，C1和分別表示主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最小時(shí)支 路1上A、B和C三相電流模值的平方，上標(biāo)T表示矢量的轉(zhuǎn)置運(yùn)算； V?為主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最小時(shí)節(jié)點(diǎn)的三相電壓模值平方組成的列矢量：
其中，η為主動(dòng)配電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)，vf，vf，vf分別表示主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最小時(shí) 節(jié)點(diǎn)1的A、B和C三相電壓模值的平方，上標(biāo)T表示矢量的轉(zhuǎn)置運(yùn)算； (5) 設(shè)定主動(dòng)配電網(wǎng)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(fā)至主動(dòng)配電網(wǎng)調(diào)度中心的有功功率的下限和上 限，和P分別為主動(dòng)配電網(wǎng)調(diào)度中心下發(fā)至光伏電站的有功功率的下限和上限； (6) 設(shè)定主動(dòng)配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的電壓安全約束為：
其中，νΓ(1:3)和V/(l:3)分別為主動(dòng)配電網(wǎng)電壓最大時(shí)根節(jié)點(diǎn)的三相電壓模值平方和 主動(dòng)配電網(wǎng)電壓最小時(shí)根節(jié)點(diǎn)的三相電壓模值平方，νΓ(4: η)為主動(dòng)配電網(wǎng)電壓最大時(shí)除 根節(jié)點(diǎn)外的其他節(jié)點(diǎn)的三相電壓模值平方，ν?(4:ιι)為主動(dòng)配電網(wǎng)電壓最小時(shí)除根節(jié)點(diǎn)外 的其他節(jié)點(diǎn)的三相電壓模值平方，Umax為主動(dòng)配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)三相電壓的安全上限，Umin為主 動(dòng)配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)三相電壓的安全下限； (7) 設(shè)定輸電網(wǎng)和主動(dòng)配電網(wǎng)之間傳輸線上的有功功率和無(wú)功功率約束為：
其中，Ρ、1:3)和(Τ°(1:3)分別為主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最大時(shí)主動(dòng)配電網(wǎng)根節(jié)點(diǎn)三相有 功功率組成的三維列矢量和三相無(wú)功功率組成的三維列矢量，Ρ-(1:3)和Q/<0(1:3)分別為 主動(dòng)配電網(wǎng)電壓值最小時(shí)主動(dòng)配電網(wǎng)根節(jié)點(diǎn)三相有功功率組成的三維列矢量和三相無(wú)功 功率組成的三維列矢量，^'_和杖'胃分別為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)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(wǎng)和配電網(wǎng)之間傳輸線上無(wú)功功率的安全下限 和上限； (8) 設(shè)定主動(dòng)配電網(wǎng)中光伏電站和靜止無(wú)功補(bǔ)償器的無(wú)功容量約束為：
其中，Qf和Qr分別為主動(dòng)配電網(wǎng)中光伏電站和靜止無(wú)功補(bǔ)償器的無(wú)功功率，
'分別為光伏電站的無(wú)功功率容量上限和下限
1分別為靜止無(wú) 功補(bǔ)償器的無(wú)功功率容量上限和下限； (9) 設(shè)定主動(dòng)配電網(wǎng)中分組電容器的無(wú)功功率約束為：
其中，Qf為分組電容器的無(wú)功功率，Qi,s'_為分組電容器中每組電容器的無(wú)功功率， t為主動(dòng)配電網(wǎng)中分組電容器投入運(yùn)行的組數(shù)，α °、α 1分別為變量，取值為O或1 ; (10) 采用原始-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)算法，根據(jù)上述步驟（3)、（4)的潮流約束和步驟（5)~步驟 (9)的主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行約束，求解步驟（2)的目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算得到主動(dòng)配電網(wǎng)中光伏電站 的無(wú)功功率值、靜止無(wú)功補(bǔ)償器的無(wú)功功率值、分組電容器的無(wú)功功率值和光伏電站有功 功率的允許區(qū)間，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒電壓控制。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種有功無(wú)功協(xié)調(diào)的主動(dòng)配電網(wǎng)魯棒電壓控制方法，屬于電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行控制領(lǐng)域。本方法建立了優(yōu)化控制的目標(biāo)函數(shù)，提出了光伏發(fā)電的區(qū)間調(diào)度模式，利用主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行中電壓最高和最低場(chǎng)景下的三相潮流方程，并利用二進(jìn)制編碼方式處理分組電容器，將離散控制問(wèn)題連續(xù)化處理。最后，綜合控制主動(dòng)配電網(wǎng)中的光伏、連續(xù)無(wú)功補(bǔ)償裝置、分組電容器的無(wú)功功率以及給光伏電站下發(fā)允許有功功率區(qū)間，以適應(yīng)主動(dòng)配電網(wǎng)中光伏發(fā)電和負(fù)荷功率的不確定性。本方法得出的優(yōu)化控制策略能夠保證光伏發(fā)電和負(fù)荷功率在不確定區(qū)間內(nèi)波動(dòng)時(shí)電壓均安全，有利于主動(dòng)配電網(wǎng)的電壓控制。
【IPC分類】H02J3-16
【公開(kāi)號(hào)】CN104868480
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510226565
【發(fā)明人】吳文傳, 張伯明, 孫宏斌, 王永杰, 郭慶來(lái), 王彬
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年5月6日