基于混合控制策略的直流配網運行控制與優(yōu)化調度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于混合控制策略的直流配網運行控制與優(yōu)化調度方法。該方法考慮了各可控電源和儲能系統(tǒng)根據(jù)混合控制策略，在系統(tǒng)不可控電源、負荷發(fā)生功率波動時，對系統(tǒng)進行有差調節(jié)的這一過程的安全性和經濟性。該方法可以提升控制系統(tǒng)在預測誤差自適應方面的魯棒性，并且可以為系統(tǒng)提供良好的電壓質量。
【專利說明】基于混合控制策略的直流配網運行控制與優(yōu)化調度方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的運行、分析與調度【技術領域】，尤其涉及一種基于混合控制 策略的直流配網運行控制與優(yōu)化調度方法。

【背景技術】
[0002] 近年來，隨著功率半導體技術的不斷發(fā)展，柔性直流技術日漸成熟，基于該技術的 直流配電系統(tǒng)由于其對于不可控電源具有良好的兼容性，且能為負荷提供可靠、優(yōu)質電能 而逐漸受到國內外學者的關注。相比于傳統(tǒng)交流配網，直流配網優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①流站功 率靈活可控，可以實現(xiàn)"雙主電源"閉環(huán)供電，不會出現(xiàn)交流系統(tǒng)中"電磁環(huán)網"等問題，從 而更好的滿足負荷用電可靠性的要求，減少其不間斷供電設備的投入；②節(jié)省直流電源、負 荷以及儲能等設備在并網時的換流設備成本，降低能量損耗，從而提高系統(tǒng)能量利用率和 經濟性；③系統(tǒng)運行控制過程中需要考慮的制約因素較少，不存在交流系統(tǒng)中如無功優(yōu)化、 相角同步和頻率穩(wěn)定等問題，因此更適用于解決具有較強隨機性與波動性的高滲透率間歇 性電源并網能量調度問題，最大程度吸納不可控電源并網功率；④直流電纜線路成本低，線 路損耗小，相比于交流具有較低的絕緣要求和絕緣成本。
[0003] 但是，由于光伏、風電等不可控電源具有出力變化速度快、范圍大，難以準確預測 等特點，而直流配網的系統(tǒng)狀態(tài)對功率變化響應較快，在系統(tǒng)慣性方面遠不及交流系統(tǒng)，故 當歇性分布式電源滲透率較高時，其隨機波動的功率變化將會影響系統(tǒng)的潮流分布與電壓 分布，嚴重時將會影響系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定。因此，作為系統(tǒng)長期經濟調度的補充，調度中 心在對直流配網進行穩(wěn)態(tài)經濟調度時，急需要一種可以應對調度指令間隔期間系統(tǒng)不可控 電源、負荷功率波動的控制方法，以保證柔性直流系統(tǒng)在高滲透率間歇性分布式電源接入 后能夠安全穩(wěn)定經濟運行。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提出了一種基于混合控制策略的直流配 網運行控制與優(yōu)化調度方法，考慮各可控電源和儲能系統(tǒng)，根據(jù)混合控制策略，在系統(tǒng)不可 控電源、負荷發(fā)生功率波動時，對系統(tǒng)進行有差調節(jié)的優(yōu)化調度方法，使用非線性規(guī)劃模型 進行建模，在系統(tǒng)狀態(tài)滿足安全穩(wěn)定約束的前提下，最大程度吸納不可控電源的并網功率、 降低系統(tǒng)實時運行的經濟成本并且最大程度跟蹤調度中心長期經濟調度優(yōu)化曲線。同時， 本發(fā)明提出了一種一端定電壓、其他功率可控端根據(jù)并網單元自身情況或下垂控制或定功 率控制的混合控制策略，使得系統(tǒng)電壓質量和對于預測誤差的魯棒性得到明顯的改善和提 升。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種基于混合控制策略的直流配網 運行控制與優(yōu)化調度方法，包括如下步驟：
[0006] (1)通過通訊網絡，從調度中心接收計算所需的輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)網絡參數(shù) 數(shù)據(jù)、并網單元基本信息數(shù)據(jù)、系統(tǒng)長期經濟調度的指令參數(shù)數(shù)據(jù)、超短期負荷/不可控電 源/電價預測數(shù)據(jù)；
[0007] 所述并網單元基本信息數(shù)據(jù)包括可控電源、儲能系統(tǒng)、不可控電源和不可控負荷 的并網節(jié)點、容量信息以及可控電源和儲能系統(tǒng)的爬坡率限制信息，其中可控電源和儲能 系統(tǒng)統(tǒng)稱為直流配網的可控源；
[0008] 所述系統(tǒng)長期經濟調度的指令參數(shù)數(shù)據(jù)包括未來各調度時刻的可控源輸出功率、 端口電壓參考值以及儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)參考值；
[0009] (2)根據(jù)所接收的系統(tǒng)網絡參數(shù)數(shù)據(jù)對系統(tǒng)節(jié)點進行編號，建立直流配網節(jié)點導 納矩陣，規(guī)定時間窗長度，劃分時間網格；
[0010](3)根據(jù)所接收的當前調度時刻的儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值判斷儲能系統(tǒng)的 充、放電狀態(tài)和功率控制模式；確定當前時間窗內各可控電源的控制模式；
[0011] (4)提取時間窗范圍內計算所需的數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)運行控制進行優(yōu)化調度問題建模， 根據(jù)運行要求選擇目標函數(shù)和約束條件，包括等式約束條件和不等式約束條件，構成非線 性規(guī)劃問題，調用解法器進行求解，得到系統(tǒng)各可控源的運行控制指令；
[0012] (5)將步驟4計算所得指令值按照規(guī)定的通訊協(xié)議編輯成對應數(shù)據(jù)格式，通過通 訊網絡，發(fā)送至各可控源，實現(xiàn)直流配網運行控制與優(yōu)化調度。
[0013] 進一步地，所述的步驟3中的儲能系統(tǒng)的功率控制模式選擇邏輯為：當所接收的 儲能系統(tǒng)功率輸出參考值的絕對值小于或等于閥值時，儲能系統(tǒng)采用恒功率控制，否則，儲 能系統(tǒng)采用電壓-功率下垂的控制模式；系統(tǒng)功率可控電源的控制模式選擇原則為：優(yōu)先 選擇容量最大的、與交流系統(tǒng)相連接的電壓源換流站作為平衡節(jié)點進行定電壓控制，其他 功率可控電源若自身具備參與下垂控制的條件，則采用電壓-功率下垂控制模式，否則，則 采用定功率控制模式。
[0014] 進一步地，所述的步驟4中的目標函數(shù)f(x)包括兩項，一項為時間窗內所有時刻 的系統(tǒng)總用電成本最小，另一項為儲能系統(tǒng)在當前時間窗內的實際最終荷電狀態(tài)與相應指 令參考值之間的偏差懲罰項最小，具體形式如下：

【權利要求】
1. 一種基于混合控制策略的直流配網運行控制與優(yōu)化調度方法，其特征在于，包括如 下步驟： (1) 通過通訊網絡，從調度中心接收計算所需的輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)網絡參數(shù)數(shù) 據(jù)、并網單元基本信息數(shù)據(jù)、系統(tǒng)長期經濟調度的指令參數(shù)數(shù)據(jù)、超短期負荷/不可控電源 /電價預測數(shù)據(jù)； 所述并網單元基本信息數(shù)據(jù)包括可控電源、儲能系統(tǒng)、不可控電源和不可控負荷的并 網節(jié)點、容量信息以及可控電源和儲能系統(tǒng)的爬坡率限制信息，其中可控電源和儲能系統(tǒng) 統(tǒng)稱為直流配網的可控源； 所述系統(tǒng)長期經濟調度的指令參數(shù)數(shù)據(jù)包括未來各調度時刻的可控源輸出功率、端口 電壓參考值以及儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)參考值； (2) 根據(jù)所接收的系統(tǒng)網絡參數(shù)數(shù)據(jù)對系統(tǒng)節(jié)點進行編號，建立直流配網節(jié)點導納矩 陣，規(guī)定時間窗長度，劃分時間網格； (3) 根據(jù)所接收的當前調度時刻的儲能系統(tǒng)的輸出功率參考值判斷儲能系統(tǒng)的充、放 電狀態(tài)和功率控制模式；確定當前時間窗內各可控電源的控制模式； (4) 提取時間窗范圍內計算所需的數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)運行控制進行優(yōu)化調度問題建模，根據(jù) 運行要求選擇目標函數(shù)和約束條件，包括等式約束條件和不等式約束條件，構成非線性規(guī) 劃問題，調用解法器進行求解，得到系統(tǒng)各可控源的運行控制指令； (5) 將步驟4計算所得指令值按照規(guī)定的通訊協(xié)議編輯成對應數(shù)據(jù)格式，通過通訊網 絡，發(fā)送至各可控源，實現(xiàn)直流配網運行控制與優(yōu)化調度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于混合控制策略的直流配網運行控制與優(yōu)化調度方法，其 特征在于，所述的步驟3中的儲能系統(tǒng)的功率控制模式選擇邏輯為：當所接收的儲能系統(tǒng) 功率輸出參考值的絕對值小于或等于閥值時，儲能系統(tǒng)采用恒功率控制，否則，儲能系統(tǒng)采 用電壓-功率下垂的控制模式；系統(tǒng)功率可控電源的控制模式選擇原則為：優(yōu)先選擇容量 最大的、與交流系統(tǒng)相連接的電壓源換流站作為平衡節(jié)點進行定電壓控制，其他功率可控 電源若自身具備參與下垂控制的條件，則采用電壓-功率下垂控制模式，否則，則采用定功 率控制模式。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于混合控制策略的直流配網運行控制與優(yōu)化調度方法，其 特征在于，所述的步驟4中的目標函數(shù)f(x)包括兩項，一項為時間窗內所有時刻的系統(tǒng)總 用電成本最小，另一項為儲能系統(tǒng)在當前時間窗內的實際最終荷電狀態(tài)與相應指令參考值 之間的偏差懲罰項最小，具體形式如下：
其中X是模型的優(yōu)化變量，包括可控源控制指令矢量和系統(tǒng)狀態(tài)矢量；T為當前時 間窗標記，t為時間窗T內被時間網格劃分的狀態(tài)時刻，Nt為時間窗T內的t時刻總數(shù)； ZKd、fKst。(X)分別為t時刻的系統(tǒng)供電總成本和時間窗T結束時儲能系統(tǒng)實際荷電狀 態(tài)與相應指令偏差的懲罰項；Cmsm為t時刻系統(tǒng)第i個可控源的功率-成本系數(shù)，CKst。為 時間窗T結束時儲能系統(tǒng)的實際荷電狀態(tài)與指令之間的偏差的懲罰項系數(shù)；為t時刻 系統(tǒng)第i個可控源的有功輸出，為時間窗T結束時，第j個儲能系統(tǒng)實際荷電狀態(tài)與 相應指令之間的偏差值；N。和Nst。分別為系統(tǒng)可控源總數(shù)和儲能系統(tǒng)總數(shù)； 所述等式約束包括直流潮流平衡約束、各可控源的控制模式約束、儲能荷電狀態(tài)定義 約束和儲能系統(tǒng)時間窗實際最終狀態(tài)與指令值偏差值定義約束，其中，可控源的控制模式 約束和儲能系統(tǒng)時間窗實際最終狀態(tài)與相應指令值的偏差值定義約束的具體形式如下： (1) 第i個可控源的控制模式約束（i = 1，…，Nc) ① 若當前調度時刻可控源采用下垂控制，則需滿足如下約束： ② 若當前調度時刻可控源采用定功率控制，則需滿足如下約束： P- -P； = 〇, t 二 I…，Nt ③ 若當前調度時刻可控源采用定電壓控制，則需滿足如下約束： ^'-K=O, t = l,...,Nt (2) 第j個儲能系統(tǒng)時間窗實際最終狀態(tài)與指令值偏差值定義約束（j = 1，…，NsJ Soc1l-Soctj-Rlr11j=O, t = Nt 其中，ff和iocf是從調度中心接收的針對時間窗T的長期經濟調度指令參數(shù)， 分別為第i個可控源的有功輸出參考值、端口母線電壓參考值，為第j個儲 能系統(tǒng)荷電狀態(tài)參考值；if、K分別為t時刻可控源i的實際有功輸出和端口電壓值； K,7、/^、C分別為時間窗T內上述三種控制模式的下垂斜率、定功率控制指令和定電 壓控制指令；為第j個儲能系統(tǒng)t時刻的荷電狀態(tài)； 所述不等式約束包括各狀態(tài)時刻的母線電壓約束、線路載流量約束、各電源容量約束 和負荷節(jié)點電壓變化率約束以及可控電源、儲能系統(tǒng)的功率變化率約束。
【文檔編號】H02J1/00GK104332985SQ201410610610
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權日:2014年11月3日
【發(fā)明者】江全元, 馬駿超, 趙宇明, 劉國偉, 姚森敬 申請人:浙江大學, 深圳供電局有限公司