一种基于模型预测控制的配电网有功无功协调调控方法与流程

技术特征：

1.一种基于模型预测控制的配电网有功无功协调调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤10)，日前阶段，建立配电网日前优化调控模型，该模型以配电网运行成本最小为优化目标，以潮流约束、配电网运行安全约束、分布式电源有功无功协调出力约束、柔性负荷约束以及无功补偿设备约束为约束条件；

步骤20)，对配电网日前优化调度模型进行求解，得到日前配电网有功无功调控计划，并将该计划提前下达；

步骤30)，日内阶段，每隔固定时间间隔，利用步骤20)求解得到的日前配电网有功无功调控计划，基于当前时刻配电网运行状态量测值，考虑当前和未来的运行约束条件，建立日内滚动校正阶段有限时段的预测模型和有功无功协调优化调控模型，对日前预测误差造成的日内实际计划偏离现象进行修正，求解未来有限时段的日内有功无功控制指令序列；

步骤40)，执行第一个时刻的日内有功无功控制指令，时间窗口后移一个时间间隔，重复日内滚动校正优化过程。

2.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的配电网有功无功协调调控的方法，其特征在于，步骤10)中，配电网日前优化调控阶段模型为：

min F^DA(U^DA)

s.t.G^DA(U^DA)≤0

$U^{DA}=\[P_{G,t}^{DA},P_{RE,i,t}^{DA},Q_{RE,i,t}^{DA},P_{CDG,i,t}^{DA},Q_{CDG,i,t}^{DA},$

$P_{ch,i,t}^{DA},P_{dis,i,t}^{DA},Q_{ESS,i,t}^{DA},P_{CL,i,t}^{DA},k_{ij,t}^{DA},Q_{SVC,i,t}^{DA},Q_{C,i,t}^{DA}\]$

式中，F^DA为日前阶段模型的配电网运行成本最小目标函数，G^DA为模型中的约束条件，包括潮流约束、配电网运行安全约束、分布式电源有功无功协调出力约束、柔性负荷约束以及无功补偿设备约束，U^DA为日前阶段模型中的控制变量，为日前t时刻主网联络线交换功率，和为日前t时刻节点i处可再生能源有功功率和可控分布式电源有功功率，为t时刻在节点i处负荷的受控有功功率；和分别为日前t时刻节点i处储能装置的充电功率和放电功率，以及分别为日前t时刻节点i处静止无功补偿装置SVC的无功功率、储能无功出力、补偿电容器无功功率、可再生能源无功出力以及可控分布式电源无功功率，为日前t时刻支路ij处有载调压器OLTC的可调变比。

3.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的配电网有功无功协调调控的方法，其特征在于，步骤10)中，配电网运行成本最小的目标函数为：

$\begin{array}{c}\min F^{DA}=\underset{t\∈T}{\Σ}{\mathrm{\ρ}}_{G,t}{P}_{G,t}^{DA}\·\mathrm{\Δ}T+\underset{t\∈T}{\Σ}\underset{i\∈{\mathrm{\ψ}}_{RE}}{\Σ}{\mathrm{\ρ}}_{RE,i}{P}_{RE,i,t}^{DA}\·\mathrm{\Δ}T+\underset{t\∈T}{\Σ}\underset{i\∈{\mathrm{\ψ}}_{DG}}{\Σ}{P}_{CDG,i}{P}_{CDG,i,t}^{DA}\·\mathrm{\Δ}T\\ +\underset{t\∈T}{\Σ}\underset{i\∈{\mathrm{\ψ}}_{IL}}{\Σ}{u}_{CL,i,t}^{DA}\·{\mathrm{\ρ}}_{CL,i}\·P_{CL,i,t}^{DA}\·\mathrm{\Δ}T+\underset{t\∈T}{\Σ}\underset{i\∈{\mathrm{\ψ}}_{ESS}}{\Σ}{\mathrm{\ρ}}_{ESS,i}(P_{ch,i,t}^{DA}+P_{dis,i,t}^{DA})\·\mathrm{\Δ}T+{\mathrm{\ρ}}_T\·{\mathrm{\ΔU}}_T+{\mathrm{\ρ}}_C\·{\mathrm{\ΔU}}_C\end{array}$

式中，ΔT为日前优化调控阶段的单位时间间隔，ρ_G,t为t时刻区域配电网与主网联络线交换功率的单位成本，ρ_RE,i、ρ_CDG,i以及ρ_ESS,i分别为节点i处可再生能源、可控分布式电源以及储能的单位有功功率上网电价，为日前t时刻节点i处负荷的受控状态，1表示受控，0表示不受控，为节点i处负荷的补偿费用，ρ_T为OLTC的单位档位调节成本，ΔU_T为OLTC档位的全天总调节量，ρ_C为补偿电容器的单位档位调节成本，ΔU_C为补偿电容器档位的全天总调节量。

4.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的配电网有功无功协调调控的方法，其特征在于，步骤10)中，潮流约束为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{ij,t}^{DA}=\underset{k:(j,k)}{\mathrm{\Σ}}{P}_{jk,t}^{DA}+r_{ij}|I_{ij,t}^{DA}{|}^2+P_{j,t}^{DA}\\ Q_{ij,t}^{DA}=\underset{k:(j,k)}{\mathrm{\Σ}}{Q}_{jk,t}^{DA}+x_{ij}|I_{ij,t}^{DA}{|}^2+Q_{j,t}^{DA}\\ P_{j,t}^{DA}=P_{d,j,t}^{DA}+P_{ch,j,t}^{DA}-P_{dis,j,t}^{DA}-P_{RE,j,t}^{DA}-P_{CDG,j,t}^{DA}-P_{CL,j,t}^{DA}\\ Q_{j,t}^{DA}=Q_{d,j,t}^{DA}-Q_{ESS,j,t}^{DA}-Q_{SVC,j,t}^{DA}-Q_{RE,j,t}^{DA}-Q_{CDG,j,t}^{DA}-Q_{C,i,t}^{DA}\\ |V_{j,t}^{DA}{|}^2*{\left(k_{ji,t}^{DA}\right)}^2=|V_{i,t}^{DA}{|}^2-2(r_{ij}{P}_{ij,t}^{DA}+x_{ij}{Q}_{ij,t}^{DA})+(r_{ij}^2+x_{ij}^2)|I_{ij,t}^{DA}{|}^2\\ |I_{ij,t}^{DA}{|}^2=\frac{{\left(P_{ij,t}^{DA}\right)}^2+{\left(Q_{ij,t}^{DA}\right)}^2}{|V_{i,t}^{DA}{|}^2}\end{array}\right.$

式中，和分别为日前t时刻支路ij的首端有功功率和无功功率，和分别为日前t时刻节点j的有功功率和无功功率净注入值，和分别为日前t时刻节点j的负荷有功功率和负荷无功功率，为日前t时刻节点j处电压幅值，r_ij和x_ij分别为线路ij的电阻和电抗，为日前t时刻支路ij上的电流；

配电网运行安全约束为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_i^{\min }\≤V_{i,t}^{DA}\≤V_i^{max}\\ I_{ij,t}^{DA}\≤I_{ij}^{\max }\end{array}\right.$

式中，和分别为节点i电压幅值上下限，为支路ij电流幅值上限。

5.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的配电网有功无功协调调控的方法，其特征在于，步骤10)中，分布式电源有功无功协调出力约束包括储能有功无功出力约束、可再生能源有功无功出力约束以及可控分布式电源有功无功出力约束；其中，

储能有功无功出力约束为：

${\left(P_{ch.i,t}^{DA}\right)}^2+{\left(Q_{ESS,i,t}^{DA}\right)}^2\≤{\left(S_{ESS,i}^{\max }\right)}^2$

${\left(P_{dis,i,t}^{DA}\right)}^2+{\left(Q_{ESS,i,t}^{DA}\right)}^2\≤{\left(S_{ESS,i}^{\max }\right)}^2$

式中，为节点i处储能逆变器能提供的最大视在功率；

储能有功充放电和存储电量需遵从如下约束：

$0\≤P_{ch.i,t}^{DA}\≤P_{ch,i}^{\max }{D}_{ch,i,t}^{DA}$

$0\≤P_{dis,i,t}^{DA}\≤P_{dis,i}^{\max }{D}_{dis,i,t}^{DA}$

$D_{ch,i,t}^{DA}+D_{dis,i,t}^{DA}\≤1$

$P_{ESS,i,t}^{DA}=P_{ch,i,t}^{DA}+P_{dis,i,t}^{DA}$

$E_{SOC,i,t}^{DA}+P_{ch,i,t}^{DA}{\mathrm{\η}}_{ch}\mathrm{\Δ}T-\frac{P_{dis,i,t}^{DA}}{{\mathrm{\η}}_{dis}}\mathrm{\Δ}T=E_{SOC,i,t+\mathrm{\Δ}T}^{DA}$

$E_{SOC,i}^{\max }\×20\%\≤E_{SOC,i,t}^{DA}\≤E_{SOC,i}^{\max }\×90\%$

式中，和分别为t时刻节点i上储能的充放电功率上限，和分别为t时刻节点i上储能的充放电状态，为0-1变量，为t时段节点i处储能的总能量，η_ch、η_dis分别为储能的充放电效率，为储能容量限值；

可再生能源有功无功出力约束包括光伏有功无功出力约束和风电有功无功出力约束；其中，光伏有功无功出力约束为：

${\left(P_{PV,i,t}^{DA}\right)}^2+{\left(Q_{PV,i,t}^{DA}\right)}^2\≤{\left(S_{PV,i}^{\max }\right)}^2$

$0.9\≤\frac{|P_{d,i,t}^{DA}-P_{PV,i,t}^{DA}|}{\sqrt{{(P_{d,i,t}^{DA}-P_{PV,i,t}^{DA})}^2+{(Q_{d,i,t}^{DA}-Q_{PV,i,t}^{DA})}^2}}\≤1$

式中，和分别为日前t时刻节点i处光伏的有功出力和无功出力，为节点i处光伏逆变器最大视在功率；

风电有功无功出力约束为：

$\frac{{\left(P_{WT,i,t}^{DA}\right)}^2}{{(1-s)}^2}+{\left(Q_{WT,i,t}^{DA}\right)}^2\≤{(V_{i,t}^{DA}\·I_{WT,s,i}^{\max })}^2$

$\frac{{\left(P_{WT,i,t}^{DA}\right)}^2}{{(1-s)}^2}+{(Q_{WT,i,t}^{DA}+\frac{{\left(V_{i,t}^{DA}\right)}^2}{X_{s,i}+X_{m,i}})}^2\≤{\left(\frac{X_{m,i}}{X_{s,i}+X_{m,i}}{V}_{i,t}^{DA}{I}_{WT,r,i}^{\max }\right)}^2$

式中，和分别为日前t时刻节点i处风电的有功出力和无功出力，为双馈感应风电机组的定子绕组最大电流，s为双馈感应风电机组的转差率，X_s,i和X_m,i分别为节点i处双馈感应风电机组的定子电抗和励磁电抗，为双馈感应风电机组的转子侧变换器最大电流；

可控分布式电源有功无功出力约束为微型燃气轮机有功无功出力约束；微型燃气轮机有功无功出力约束为：

${\left(P_{MT,i,t}^{DA}\right)}^2+{\left(Q_{MT,i,t}^{DA}\right)}^2\≤{\left(S_{MT,i}\right)}^2$

式中，和分别为日前t时刻节点i处微型燃气轮机的有功出力和无功出力，S_MT,i为节点i处微型燃气轮机的装机容量；

对于有功出力，微型燃气轮机存在爬坡速率约束为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{MT,i,t+\mathrm{\Δ}T}^{DA}-P_{WT,i,t}^{DA}\≤R_{WT,i}^{up}\\ P_{MT,i,t}^{DA}-P_{WT,i,t+\mathrm{\Δ}T}^{DA}\≤R_{WT,i}^{down}\end{array}\right.$

式中：和分别为节点i处微型燃气轮机的向上爬坡速率限制和向下爬坡速率限制。

6.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的配电网有功无功协调调控的方法，其特征在于，步骤10)中，柔性负荷约束为可中断负荷的运行约束，则柔性负荷运行约束为：

$P_{CL,j,t}^{DA}\≤P_{CL,j}^{\max }$

$P_{CL,i,t}^{DA}\≥0,t\∈S_{CL,i}$

$P_{CL,i,t}^{DA}=0,t\∉S_{CL,i}$

式中，为节点j处可中断负荷的上限值，S_CL,i为节点i处可中断负荷允许中断时段。

7.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的配电网有功无功协调调控的方法，其特征在于，步骤10)中，无功补偿设备约束包括OLTC运行约束、SVC运行约束以及补偿电容器运行约束；其中，OLTC运行约束为：

$k_{ij,t}^{DA}=k_{ij}^0+K_{ij,t}^{DA}{\mathrm{\Δk}}_{ij}$

$K_{ij}^{\min }\≤K_{ij,t}^{DA}\≤K_{ij}^{\max }$

式中，和Δk_ij分别为支路ij中OLTC的标准变比和调节步长，和分别为支路ij中OLTC的t时刻档位及其可调下限和上限；

SVC运行约束为：

$Q_{SVC,i}^{\min }\≤Q_{SVC,i,t}^{DA}\≤Q_{SVC,i}^{\max }$

式中，和分别为SVC可调功率的上限值和下限值；

补偿电容器运行约束为：

$Q_{C,i,t}^{DA}=Q_{C,i}^{\min }+H_{C,i,t}^{DA}{\mathrm{\ΔQ}}_{C,i}$

$H_{C,i}^{\min }\≤H_{C,i,t}^{DA}\≤H_{C,i}^{\max }$

式中，和ΔQ_C,i分别为节点i上连接补偿电容器的最小出力和可调容量步长，以及分别为节点i处连接的补偿电容器的t时刻档位及其可调上下限。

8.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的配电网有功无功协调调控的方法，其特征在于，步骤30)中，日内滚动校正阶段有限时段的预测模型为：

$u_{t_0+k\mathrm{\Δ}t}^{DR}=u_{t_0}^{real}+{\mathrm{\Δu}}_{t_0+k\mathrm{\Δ}t}^{DR},(k=1,2,...M)$

u＝[P_G,P_RE,i,Q_RE,i,P_CDG,i,Q_CDG,i,

P_ch,i,P_dis,i,Q_ESS,i,Q_SVC,i]

式中，t₀时刻为当前时刻，Δt为日内滚动校正阶段的单位时间间隔，M为日内滚动校正阶段模型求解的总时段，u表示反馈校正阶段主动配电网内的可控手段，包括主网联络线交换功率P_G、可再生能源有功出力P_RE,i、可再生能源无功出力Q_RE,i、可控分布式电源有功出力P_CDG,i、可控分布式电源无功出力Q_CDG,i、储能有功出力P_ch,i和P_dsi,i、储能无功出力Q_ESS,i以及SVC无功出力Q_SVC,I，为t₀时刻预测得到的t₀+kΔt时刻各可控手段的出力值，为t₀时刻各可控手段的实际量测反馈值，为t₀时刻预测得到各可控手段的增量，为优化模型求解变量。

9.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的配电网有功无功协调调控的方法，其特征在于，步骤30)中，日内滚动校正阶段有限时段的有功无功协调优化调控模型为：

min F^DR(U^DR)

$s.t.G^{DR}(u_{t_0+k\mathrm{\Δ}t}^{DR},P_{CL,j,t_0+k\mathrm{\Δ}t}^{DA},k_{ij,t_0+k\mathrm{\Δ}t}^{DA},Q_{C,i,t_0+k\mathrm{\Δ}t}^{DA})\≤0,(k=1,2,...M)$

$U^{DR}=\[u_{t_0+\mathrm{\Δ}t}^{DR};u_{t_0+2\mathrm{\Δ}t}^{DR};...;u_{t_0+M\mathrm{\Δ}t}^{DR}\]$

式中，U^DR为t₀～t₀+MΔt时段内各可控手段出力值的集合，F^DR为日内滚动校正阶段模型的目标函数，G^DR为日内滚动校正阶段模型的约束条件；

日内滚动校正阶段有限时段有功无功协调优化模型的目标函数为：

min F^DR＝||(U^DR-U^DA)·U^max||¹

$U^{DA}=\[u_{t_0+\mathrm{\Δ}t}^{DA};u_{t_0+2\mathrm{\Δ}t}^{DA};...;u_{t_0+M\mathrm{\Δ}t}^{DA}\]$

$\begin{array}{c}{U}^{\max }=\[1/P_G^{\max };1/P_{RE,i}^{\max };1/Q_{RE,i}^{\max };1/P_{CDG,i}^{\max };1/Q_{CDG,i}^{\max };\\ 1/P_{ch,i}^{\max };1/P_{dis,i}^{\max };1/Q_{ESS,i}^{\max };1/Q_{SVC,i}^{\max }\]\end{array}$

式中，U^DA为日前t₀～t₀+MΔt时段内各可控手段出力值的集合，U^max为各可控手段出力的最大值的倒数，日内滚动校正阶段有限时段有功无功协调优化模型的约束条件除了不包含柔性负荷运行约束、OLTC运行约束以及补偿电容器运行约束外，其他约束条件与日前阶段约束条件相同。