一种有功无功协调的主动配电网鲁棒电压控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种有功无功协调的主动配电网鲁棒电压控制方法，属于电力系统优 化运行控制领域。
【背景技术】
[0002] 对于高渗透率光伏接入的配电网，光伏发电功率的大小给电网的安全运行带来的 影响不容忽视。光伏发电功率的大小依赖于光照强度，因此具有随机性和间歇性。配电网 规模庞大，限于投资和维护成本，很少安装实时量测装置，用于状态估计的量测值多为负荷 功率伪量测，因此，配电网的可观性比较差，状态估计结果特别是负荷估计误差很大。传统 确定性电压优化控制都是基于假想的"准确"数据，并未考虑光伏发电的不确定性和负荷的 估计误差，则其得到的优化策略并不能保证光伏发电和负荷功率在不确定区间内波动时电 网电压仍安全。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提出一种有功无功协调的主动配电网鲁棒电压控制方法，根据每 个光伏电站上发至调度中心的有功功率区间和负荷视在功率区间，提出能够适应光伏发电 和负荷功率不确定性的有功无功鲁棒电压控制方法，保证光伏发电和负荷功率在不确定区 间波动时电压均安全。
[0004] 本发明提出的有功无功协调的主动配电网鲁棒电压控制方法，包括以下步骤：
[0005] (1)预设一个接入主动配电网中的光伏电站的发电有功功率区间为，并 将该预设的有功功率区间上发至主动配电网调度中心，主动配电网调度中心将光伏电站的 有功功率的允许区间下发至光伏电站，当光伏电站的有功功率大于上述允许区间 的上限时，使光伏电站的有功功率为上限;
[0006] (2)建立有功无功协调的主动配电网鲁棒电压控制的目标函数如下：
[0007]
【主权项】
1. 一种有功无功协调的主动配电网鲁棒电压控制方法，其特征在于该方法包括以下步 骤： (1) 预设一个接入主动配电网中的光伏电站的发电有功功率区间为并将该 预设的有功功率区间上发至主动配电网调度中心，主动配电网调度中心将光伏电站的有功 功率的允许区间泛'F1下发至光伏电站，当光伏电站的有功功率大于上述允许区间的上 限f时，使光伏电站的有功功率为上限P; (2) 建立有功无功协调的主动配电网鲁棒电压控制的目标函数如下：
其中，M为光伏电站的弃光惩罚系数，M的取值范围为4~6, Eiiv和^分别为光伏电站 上发至主动配电网调度中心的有功功率的下限和上限，|#和^^分别为主动配电网调度中 心下发至光伏电站的有功功率的下限和上限，P a"为主动配电网中各节点有功功率组成的 列矢量，角标u表示使主动配电网电压值处于最大值，角标P为主动配电网的ABC三相，P~ 为主动配电网中各节点有功功率组成的列矢量，角标1表示使主动配电网电压值处于最小 值，sum( ·)表示对列矢量中的元素求和； (3) 设定主动配电网电压处于最大值时的潮流约束为：
其中，角标P为主动配电网的ABC三相，A"和Z【分别为通过拓扑搜索形成的主动配电 网的三相节点支路关联矩阵和支路阻抗矩阵，Af为中值为-1元素构成的与a*维度相 同的末端支路关联矩阵，为Af中值为1元素构成的与A*维度相同的始端支路关联矩 阵，real( ·)和imag( ·)分别表示取复数的实部和虚部，X和· X分别为矩阵的乘积和 点积，P#和Qup分别为主动配电网中各节点有功功率组成的列矢量和无功功率组成的列矢 量，角标u表示使主动配电网电压值处于最大值，
其中，扣：,为主动配电网各负荷节点的有功功率下限组成的列矢量，Ρ,Γ为主动配电网 中各光伏电站允许有功功率上限歹"组成的列矢量，Qli为主动配电网各负荷节点的无功 功率下限组成的列矢量，Qin为由主动配电网中所有光伏电站的无功功率静止无功补 偿器的无功功率ΟΓ和分组电容器的无功功率Qf组成的列矢量； ΡΓ为主动配电网电压值最大时支路的三相有功功率组成的列矢量：
其中，N为主动配电网中的支路数，P=、P=和P=分别表示主动配电网电压值最大时 支路1上A、B和C三相的有功功率，上标T表示矢量的转置运算； QZ为主动配电网电压值最大时支路的三相无功功率组成的列矢量：
其中，N为主动配电网中的支路数，Q=，Q=，Q么分别表示主动配电网电压值最大 时支路1上A、B和C三相的无功功率，上标T表示矢量的转置运算； if为主动配电网电压值最大时支路的电流模值平方组成的列矢量：
其中，N为主动配电网中的支路数，i=，分别表示主动配电网电压值最大时支 路1上A、B和C三相电流模值的平方，上标T表示矢量的转置运算； νΓ为主动配电网电压值最大时节点的三相电压模值平方组成的列矢量：
其中，η为主动配电网中的节点数，v〖A，vf，vf分别表示主动配电网电压值最大时 节点1的A、B和C三相电压模值的平方，上标T表示矢量的转置运算； (4)设定主动配电网电压处于最小值时的潮流约束为：
其中，角标供为主动配电网的ABC三相，A〃和Z【分别为通过拓扑搜索形成的主动配电 网的三相节点支路关联矩阵和支路阻抗矩阵，A『为A〃中值为-〗元素构成的与Al隹度相 同的末端支路关联矩阵，4〗为Ap中值为1元素构成的与A p维度相同的始端支路关联矩 阵，real( ·)和imag( ·)分别表示取复数的实部和虚部，X和· X分别为矩阵的乘积和 点积，P~和分别为主动配电网中各节点有功功率组成的列矢量和各节点无功功率组成 的列矢量，角标1表示使主动配电网电压值处于最小值，
其中，CL为主动配电网各负荷节点的有功功率上限组成的列矢量，为主动配电网 中各光伏电站允许有功功率下限组成的列矢量，Ql,为主动配电网各负荷节点的无功 功率上限组成的列矢量，Qin为由主动配电网中所有光伏电站的无功功率Qf、静止无功补 偿器的无功功率Qr和分组电容器的无功功率Q[ B组成的列矢量； 为主动配电网电压值最小时支路的三相有功功率组成的列矢量：
其中，N为主动配电网中的支路数，拉\、P=和If1分别表示主动配电网电压值最小时 支路1上A、B和C三相的有功功率，上标T表示矢量的转置运算； Q；:为主动配电网电压值最小时支路的三相无功功率组成的列矢量：
其中，N为主动配电网中的支路数，Qt，Qfri，Qt分别表示主动配电网电压值最小 时支路1上A、B和C三相的无功功率，上标T表示矢量的转置运算； #为主动配电网电压值最小时支路的电流模值平方组成的列矢量：
其中，N为主动配电网中的支路数，C1，C1和分别表示主动配电网电压值最小时支 路1上A、B和C三相电流模值的平方，上标T表示矢量的转置运算； V?为主动配电网电压值最小时节点的三相电压模值平方组成的列矢量：
其中，η为主动配电网中的节点数，vf，vf，vf分别表示主动配电网电压值最小时 节点1的A、B和C三相电压模值的平方，上标T表示矢量的转置运算； (5) 设定主动配电网中光伏电站的有功功率约束为：
其中，Pv和歹~分别为光伏电站上发至主动配电网调度中心的有功功率的下限和上 限，和P分别为主动配电网调度中心下发至光伏电站的有功功率的下限和上限； (6) 设定主动配电网中节点的电压安全约束为：
其中，νΓ(1:3)和V/(l:3)分别为主动配电网电压最大时根节点的三相电压模值平方和 主动配电网电压最小时根节点的三相电压模值平方，νΓ(4: η)为主动配电网电压最大时除 根节点外的其他节点的三相电压模值平方，ν?(4:ιι)为主动配电网电压最小时除根节点外 的其他节点的三相电压模值平方，Umax为主动配电网中节点三相电压的安全上限，Umin为主 动配电网中节点三相电压的安全下限； (7) 设定输电网和主动配电网之间传输线上的有功功率和无功功率约束为：
其中，Ρ、1:3)和(Τ°(1:3)分别为主动配电网电压值最大时主动配电网根节点三相有 功功率组成的三维列矢量和三相无功功率组成的三维列矢量，Ρ-(1:3)和Q/<0(1:3)分别为 主动配电网电压值最小时主动配电网根节点三相有功功率组成的三维列矢量和三相无功 功率组成的三维列矢量，^'_和杖'胃分别为输电网和配电网之间传输线上有功功率的安 全下限和上限，Q〖mm和Qrmax分别为输电网和配电网之间传输线上无功功率的安全下限 和上限； (8) 设定主动配电网中光伏电站和静止无功补偿器的无功容量约束为：
其中，Qf和Qr分别为主动配电网中光伏电站和静止无功补偿器的无功功率，
'分别为光伏电站的无功功率容量上限和下限
1分别为静止无 功补偿器的无功功率容量上限和下限； (9) 设定主动配电网中分组电容器的无功功率约束为：
其中，Qf为分组电容器的无功功率，Qi,s'_为分组电容器中每组电容器的无功功率， t为主动配电网中分组电容器投入运行的组数，α °、α 1分别为变量，取值为O或1 ; (10) 采用原始-对偶内点算法，根据上述步骤（3)、（4)的潮流约束和步骤（5)~步骤 (9)的主动配电网的运行约束，求解步骤（2)的目标函数，计算得到主动配电网中光伏电站 的无功功率值、静止无功补偿器的无功功率值、分组电容器的无功功率值和光伏电站有功 功率的允许区间，实现主动配电网鲁棒电压控制。
【专利摘要】本发明涉及一种有功无功协调的主动配电网鲁棒电压控制方法，属于电力系统优化运行控制领域。本方法建立了优化控制的目标函数，提出了光伏发电的区间调度模式，利用主动配电网运行中电压最高和最低场景下的三相潮流方程，并利用二进制编码方式处理分组电容器，将离散控制问题连续化处理。最后，综合控制主动配电网中的光伏、连续无功补偿装置、分组电容器的无功功率以及给光伏电站下发允许有功功率区间，以适应主动配电网中光伏发电和负荷功率的不确定性。本方法得出的优化控制策略能够保证光伏发电和负荷功率在不确定区间内波动时电压均安全，有利于主动配电网的电压控制。
【IPC分类】H02J3-16
【公开号】CN104868480
【申请号】CN201510226565
【发明人】吴文传, 张伯明, 孙宏斌, 王永杰, 郭庆来, 王彬
【申请人】清华大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月6日