基于混合控制策略的直流配网运行控制与优化调度方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于混合控制策略的直流配网运行控制与优化调度方法。该方法考虑了各可控电源和储能系统根据混合控制策略，在系统不可控电源、负荷发生功率波动时，对系统进行有差调节的这一过程的安全性和经济性。该方法可以提升控制系统在预测误差自适应方面的鲁棒性，并且可以为系统提供良好的电压质量。
【专利说明】基于混合控制策略的直流配网运行控制与优化调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统的运行、分析与调度【技术领域】，尤其涉及一种基于混合控制 策略的直流配网运行控制与优化调度方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着功率半导体技术的不断发展，柔性直流技术日渐成熟，基于该技术的 直流配电系统由于其对于不可控电源具有良好的兼容性，且能为负荷提供可靠、优质电能 而逐渐受到国内外学者的关注。相比于传统交流配网，直流配网优势主要体现在：①流站功 率灵活可控，可以实现"双主电源"闭环供电，不会出现交流系统中"电磁环网"等问题，从 而更好的满足负荷用电可靠性的要求，减少其不间断供电设备的投入；②节省直流电源、负 荷以及储能等设备在并网时的换流设备成本，降低能量损耗，从而提高系统能量利用率和 经济性；③系统运行控制过程中需要考虑的制约因素较少，不存在交流系统中如无功优化、 相角同步和频率稳定等问题，因此更适用于解决具有较强随机性与波动性的高渗透率间歇 性电源并网能量调度问题，最大程度吸纳不可控电源并网功率；④直流电缆线路成本低，线 路损耗小，相比于交流具有较低的绝缘要求和绝缘成本。
[0003] 但是，由于光伏、风电等不可控电源具有出力变化速度快、范围大，难以准确预测 等特点，而直流配网的系统状态对功率变化响应较快，在系统惯性方面远不及交流系统，故 当歇性分布式电源渗透率较高时，其随机波动的功率变化将会影响系统的潮流分布与电压 分布，严重时将会影响系统运行的安全稳定。因此，作为系统长期经济调度的补充，调度中 心在对直流配网进行稳态经济调度时，急需要一种可以应对调度指令间隔期间系统不可控 电源、负荷功率波动的控制方法，以保证柔性直流系统在高渗透率间歇性分布式电源接入 后能够安全稳定经济运行。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出了一种基于混合控制策略的直流配 网运行控制与优化调度方法，考虑各可控电源和储能系统，根据混合控制策略，在系统不可 控电源、负荷发生功率波动时，对系统进行有差调节的优化调度方法，使用非线性规划模型 进行建模，在系统状态满足安全稳定约束的前提下，最大程度吸纳不可控电源的并网功率、 降低系统实时运行的经济成本并且最大程度跟踪调度中心长期经济调度优化曲线。同时， 本发明提出了一种一端定电压、其他功率可控端根据并网单元自身情况或下垂控制或定功 率控制的混合控制策略，使得系统电压质量和对于预测误差的鲁棒性得到明显的改善和提 升。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于混合控制策略的直流配网 运行控制与优化调度方法，包括如下步骤：
[0006] (1)通过通讯网络，从调度中心接收计算所需的输入数据，数据包括系统网络参数 数据、并网单元基本信息数据、系统长期经济调度的指令参数数据、超短期负荷/不可控电 源/电价预测数据；
[0007] 所述并网单元基本信息数据包括可控电源、储能系统、不可控电源和不可控负荷 的并网节点、容量信息以及可控电源和储能系统的爬坡率限制信息，其中可控电源和储能 系统统称为直流配网的可控源；
[0008] 所述系统长期经济调度的指令参数数据包括未来各调度时刻的可控源输出功率、 端口电压参考值以及储能系统的荷电状态参考值；
[0009] (2)根据所接收的系统网络参数数据对系统节点进行编号，建立直流配网节点导 纳矩阵，规定时间窗长度，划分时间网格；
[0010](3)根据所接收的当前调度时刻的储能系统的输出功率参考值判断储能系统的 充、放电状态和功率控制模式；确定当前时间窗内各可控电源的控制模式；
[0011] (4)提取时间窗范围内计算所需的数据，对系统运行控制进行优化调度问题建模， 根据运行要求选择目标函数和约束条件，包括等式约束条件和不等式约束条件，构成非线 性规划问题，调用解法器进行求解，得到系统各可控源的运行控制指令；
[0012] (5)将步骤4计算所得指令值按照规定的通讯协议编辑成对应数据格式，通过通 讯网络，发送至各可控源，实现直流配网运行控制与优化调度。
[0013] 进一步地，所述的步骤3中的储能系统的功率控制模式选择逻辑为：当所接收的 储能系统功率输出参考值的绝对值小于或等于阀值时，储能系统采用恒功率控制，否则，储 能系统采用电压-功率下垂的控制模式；系统功率可控电源的控制模式选择原则为：优先 选择容量最大的、与交流系统相连接的电压源换流站作为平衡节点进行定电压控制，其他 功率可控电源若自身具备参与下垂控制的条件，则采用电压-功率下垂控制模式，否则，则 采用定功率控制模式。
[0014] 进一步地，所述的步骤4中的目标函数f(x)包括两项，一项为时间窗内所有时刻 的系统总用电成本最小，另一项为储能系统在当前时间窗内的实际最终荷电状态与相应指 令参考值之间的偏差惩罚项最小，具体形式如下：
【权利要求】
1. 一种基于混合控制策略的直流配网运行控制与优化调度方法，其特征在于，包括如 下步骤： (1) 通过通讯网络，从调度中心接收计算所需的输入数据，数据包括系统网络参数数 据、并网单元基本信息数据、系统长期经济调度的指令参数数据、超短期负荷/不可控电源 /电价预测数据； 所述并网单元基本信息数据包括可控电源、储能系统、不可控电源和不可控负荷的并 网节点、容量信息以及可控电源和储能系统的爬坡率限制信息，其中可控电源和储能系统 统称为直流配网的可控源； 所述系统长期经济调度的指令参数数据包括未来各调度时刻的可控源输出功率、端口 电压参考值以及储能系统的荷电状态参考值； (2) 根据所接收的系统网络参数数据对系统节点进行编号，建立直流配网节点导纳矩 阵，规定时间窗长度，划分时间网格； (3) 根据所接收的当前调度时刻的储能系统的输出功率参考值判断储能系统的充、放 电状态和功率控制模式；确定当前时间窗内各可控电源的控制模式； (4) 提取时间窗范围内计算所需的数据，对系统运行控制进行优化调度问题建模，根据 运行要求选择目标函数和约束条件，包括等式约束条件和不等式约束条件，构成非线性规 划问题，调用解法器进行求解，得到系统各可控源的运行控制指令； (5) 将步骤4计算所得指令值按照规定的通讯协议编辑成对应数据格式，通过通讯网 络，发送至各可控源，实现直流配网运行控制与优化调度。
2. 根据权利要求1所述的基于混合控制策略的直流配网运行控制与优化调度方法，其 特征在于，所述的步骤3中的储能系统的功率控制模式选择逻辑为：当所接收的储能系统 功率输出参考值的绝对值小于或等于阀值时，储能系统采用恒功率控制，否则，储能系统采 用电压-功率下垂的控制模式；系统功率可控电源的控制模式选择原则为：优先选择容量 最大的、与交流系统相连接的电压源换流站作为平衡节点进行定电压控制，其他功率可控 电源若自身具备参与下垂控制的条件，则采用电压-功率下垂控制模式，否则，则采用定功 率控制模式。
3. 根据权利要求1所述的基于混合控制策略的直流配网运行控制与优化调度方法，其 特征在于，所述的步骤4中的目标函数f(x)包括两项，一项为时间窗内所有时刻的系统总 用电成本最小，另一项为储能系统在当前时间窗内的实际最终荷电状态与相应指令参考值 之间的偏差惩罚项最小，具体形式如下：
其中X是模型的优化变量，包括可控源控制指令矢量和系统状态矢量；T为当前时 间窗标记，t为时间窗T内被时间网格划分的状态时刻，Nt为时间窗T内的t时刻总数； ZKd、fKst。(X)分别为t时刻的系统供电总成本和时间窗T结束时储能系统实际荷电状 态与相应指令偏差的惩罚项；Cmsm为t时刻系统第i个可控源的功率-成本系数，CKst。为 时间窗T结束时储能系统的实际荷电状态与指令之间的偏差的惩罚项系数；为t时刻 系统第i个可控源的有功输出，为时间窗T结束时，第j个储能系统实际荷电状态与 相应指令之间的偏差值；N。和Nst。分别为系统可控源总数和储能系统总数； 所述等式约束包括直流潮流平衡约束、各可控源的控制模式约束、储能荷电状态定义 约束和储能系统时间窗实际最终状态与指令值偏差值定义约束，其中，可控源的控制模式 约束和储能系统时间窗实际最终状态与相应指令值的偏差值定义约束的具体形式如下： (1) 第i个可控源的控制模式约束（i = 1，…，Nc) ① 若当前调度时刻可控源采用下垂控制，则需满足如下约束： ② 若当前调度时刻可控源采用定功率控制，则需满足如下约束： P- -P； = 〇, t 二 I…，Nt ③ 若当前调度时刻可控源采用定电压控制，则需满足如下约束： ^'-K=O, t = l,...,Nt (2) 第j个储能系统时间窗实际最终状态与指令值偏差值定义约束（j = 1，…，NsJ Soc1l-Soctj-Rlr11j=O, t = Nt 其中，ff和iocf是从调度中心接收的针对时间窗T的长期经济调度指令参数， 分别为第i个可控源的有功输出参考值、端口母线电压参考值，为第j个储 能系统荷电状态参考值；if、K分别为t时刻可控源i的实际有功输出和端口电压值； K,7、/^、C分别为时间窗T内上述三种控制模式的下垂斜率、定功率控制指令和定电 压控制指令；为第j个储能系统t时刻的荷电状态； 所述不等式约束包括各状态时刻的母线电压约束、线路载流量约束、各电源容量约束 和负荷节点电压变化率约束以及可控电源、储能系统的功率变化率约束。
【文档编号】H02J1/00GK104332985SQ201410610610
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】江全元, 马骏超, 赵宇明, 刘国伟, 姚森敬 申请人:浙江大学, 深圳供电局有限公司