基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种配电网分布式电压控制方法。特别是涉及一种基于多代理系统的 主动配电网分布式电压控制方法。
【背景技术】
[0002] 长期以来，人类过度地开采和利用不可再生能源，造成了传统能源的短缺和生态 环境的污染。在此背景下，分布式电源（^Distributed Generation, DG)因其利用清洁能源 得到了越来越广泛的关注与应用。随着DGs、新型可平移负荷、分布式储能等渗透率逐步提 高，配电网从被动单向的供电网络转变为功率双向流动的有源网络。配电系统运行与控制 面临诸多挑战，如：电压控制、潮流管理、继电保护、故障定位与隔离、以及储能调配等。其 中电压偏移以及线路过负荷等问题将可能成为系统运行的重要约束。为了满足未来电网 智能、灵活和可持续发展的要求，传统配电网，又称之为被动配电网，已逐渐向主动配电网 (Active Distribution Network，ADN)转变。
[0003] 2008年，国际大电网会议（CIGRE)配电与分布式发电分会C6. 11项目组提出了"配 电网主动运行与发展"这一研宄主题，自此ADN受到了广泛关注。主动配电网既可以实现 对DG、柔性负载和储能等可控资源的主动控制，又可以利用灵活的网络拓扑结构实现潮流 的有效管理，并在合理的监管和接入准则基础上，使DG对配电系统提供一定的支撑作用。
[0004] 近年来，国内外学者针对主动配电网电压与潮流管理等展开了多方面研宄工作。 文献[5]提出利用配电网历史数据进行离线开环仿真计算，对网络可控资源计算潮流敏感 度因子，从而评估出经济性最优的控制方案作为主动潮流管理策略。文献[6]提出一种具 备自学习能力的案例推理系统，该系统可识别网络电压波动情况，并推理出相似度最高，切 实可行的电压控制方案，并进行在线验证以评估方案的可靠性。文献[7]提出基于最优潮 流的在线线路过负荷控制策略。以上研宄多应用智能算法，从不同角度以集中式控制思维 解决ADN中电压与潮流的越限问题。
[0005] 然而，在集中式电压控制中，为使配电网各节点电压在合理的范围内，中央控制系 统需要对配电网中各个节点的参数进行量测，通过大量的优化计算，对系统中的变压器分 接头位置，DG的出力以及负荷等资源进行调整，以控制系统中电压的分布。集中式控制方 法以系统全局优化为目标，统一调配可控资源，但存在诸多不足：
[0006] 1)系统中所有量测数据都要传输至中央控制系统，一旦中央控制系统出现故障， 整个网络管控系统就会瓦解；
[0007] 2)中央控制系统在接收全网数据和大量优化计算后，方可做出全局控制策略，同 时考虑到硬件设备的延时，集中式控制方法对系统做出调节所需的时间较长；
[0008] 3)主动配电网中DG渗透率较高，需要测量和采集的数据量也大幅度增加，大大加 重了通讯系统的负担；
[0009] 4)完整的集中式控制系统需要安装大量量测、通讯和监控系统，投资较高。
[0010] 分布式电压控制可以有效的解决集中式电压控制的不足。现阶段国内外多采用多 代理系统（Multiple Agent System, MAS)进行电网的控制和优化。
【发明内容】
[0011] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种应用分布式的多代理系统MAS对主动配 电网进行协调控制的基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法。
[0012] 本发明所采用的技术方案是：一种基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制 方法，包括如下步骤：
[0013] 1)对辐射状电网任意节点的电压灵敏度进行分析，以实现用局部信息对任意节点 在下一时刻的电压进行估算；
[0014] 2)多代理系统中的每个代理以所控制区域成本最小为目标函数，进行主动配电网 的电压协调控制，所述的目标函数由两部分组成：电压成本和功率成本，其中电压成本用来 约束各节点电压值，功率成本用来减少分布式电源有功功率的削减；
[0015] 3)根据每个代理内部的电压协调控制算法以及与相邻代理的协商结果，各个代理 做出使电网中全部节点的电压都处于设定范围内的决策，并在控制电压的前提下减少对分 布式电源有功功率出力的削减。
[0016] 步骤1)所述的对辐射状电网任意节点的电压灵敏度进行分析是：
[0017] 对于辐射状配电网中的任意节点N，根据DistFlow潮流算法，电压及功率计算如 下：
[0018]
[0019]
[0020]
[0021] 式中，VN，VN_i和VN+1表示节点N，节点N-1和节点N+1的电压值，其中，节点N-1为 节点N的上游节点，节点N+1为节点N的下游节点；PjP ^分别表示从上游支路流入节点 N的有功功率值和无功功率值；PN+1和QN+1分别表示从上游支路流入节点N+1的有功功率值 和无功功率值{^和Q u分别表示节点N处接入负荷的有功功率值和无功功率值；P 和Q 分别表示节点N处接入分布式电源的有功功率值和无功功率值；馬和XN分别表示节点N-1 与节点N之间的支路电阻值和电抗值；R N+1和X N+1分别表示节点N与节点N+1之间的支路电 阻值和电抗值。
[0022] 忽略各节点间支路的功率损耗，对不同节点的DistFlow公式进行简化和叠加， 得：
[0023]
[0024] 若假定系统在1\时刻和下一时刻T i+1间的变化分解成两阶段先后完成：第一阶 段，假设节点N及其所有下游节点的注入功率不变，仅考虑节点N所有上游节点注入功率的 变化量，并设节点N-1和节点N的电压分别为，有：
[0025]
[0026] 第二阶段，假设节点N所有上游节点的注入功率不变，仅考虑节点N及其所有下游 节点注入功率的变化量。由于上游注入功率恒定不变，有AP 1= AP2=…=AP#P AQi =AQ2 =…=AQN。因此，由公式⑷可得：
[0027]
[0028] APN，AQN*别表示下一时间节点T i+1与当前时刻T ,相比的上游支路流入下游节 点N的有功、无功功率变化量。
[0029] 步骤1)所述的用局部信息对任意节点在下一时刻的电压进行估算，是在对辐射 状电网任意节点的电压灵敏度进行分析的基础上，假设馈线首端节点电压％不变，T i+1时刻 节点N处电压表示为：
[0033] 式中，#，成，思，01，4和成v分别表示凡时刻P N，QN，PLN，QLN，PCN和Q CN 的值；洽1，，哈1和级;'分别表示Ti+1时刻P LN，QLN，PGN和Q GN的值；A P N+1，A QN+1分别 表示下一时间节点Ti+1与当前时刻T ,相比的上游支路流入下游节点N+l的有功、无功功率 变化量。
[0034] 步骤2)所述的目标函数中的成本由两部分组成：一部分是分布式电源功率调整 的成本，而另一部分是电压成本，具体表示为：
[0035]
[0036] 式中，d为电压约束可调参数，G和均为电压标么值，别为分 布式电源有功和无功功率的最大输出值；△ P〇^P △ Q M分别为T时刻负荷有功和无功功率 的变化量；MP和M u分别为有功功率的上网电价和电价，M jP M w分别为无功功率的上网电 价和电价。
[0037] 所述的分布式电源功率调整的成本，是针对电压越限问题，代理的控制措施包括 调节分布式电源出力和调节负荷，代理的两种控制方式有分布式电源控制和负荷控制，其 中，所述的分布式电源控制包括采用调节PeN，对应成本为C(Pffl) = ，以及调 节Q?，对应成本为C(Qffl) = ;所述的负荷控制包括采用调节对应成本为 C ( A PM) = MlP ? A PM，以及调节心，对应成本为 C ( A QlN) = Mw ? AQm。
[0038] 所述的电压成本是为避免出现电压越界的情况而人为制定的成本，所述的电压成 本计算公式如下：
[0039] C(V) = [d ? (1-V)]10 (10)
[0040]其中，
[0041]
[0042] 式中，V为节点电压标么值，可调变量d的取值由控制电压边界值Vb_toy和上网电 价M共同决定。
[0043] 所述的步骤3)包括如下过程：
[0044] (1)任意节点N所对应的代理N根据步骤2)中的目标函数形成成本列表，成本列 表包括节点N所有可能产生的离散的运行状态及所述运行状态对应的成本，随后，代理N在 成本列表中搜寻成本最小的运行状态，并形成控制信息：
[0045]
[0046]
[0047] 式中，广.Af分别指节点N成本最小的运行状态对应的节点N-1的电压、节 点N+1的有功变化量、节点N+1的无功变化量。C:为对应的电压成本，C:为 对应的功率成本之和；
[0048] 为运行在成本最小的状态下，节点N需要节点N-1给予电压配合以及节点N+1给 予功率配合，因此代理N将形成的控制信息，分别发送给代理N-1和代理N+1，并从代理N-1 和代理N+1中能使节点N成本最小的运行状态的成本中扣除相应的电压成本仏或功率成 本之和，使得扣除电压成本C:或功率成本之和Ck后的运行状态成本降低。
[0049] (2)在代理N发送控制信息的同时，也会接收到来自代理N-1和代理N+1的控制信 息，代理N根据接收到的控制信息，更新节点N的成本列表，随后，重复过程1)和过程2)，直 到所有的节点都运行在成本最小的运行状态；
[0050] (3)各个代理根据所有的节点都运行在成本最小的运行状态的结果对所控