一种主动配电网控制策略及方法
【专利摘要】一种主动配电网控制策略及方法，包括以下步骤：S1：初始化各个线路及分布式电源信息；S2：t＝0，进行初始潮流计算准备；S3：比较P、Q变化，判断是否有负荷变化；S4：正常运行，不做调整；S5：系统一次调节；S6：系统二次调节；S7：频率控制；S8：电压控制；S9：调整有功、无功出力，调节偏移量；S10：准备新一轮潮流计算。本发明只需要局部信息的通信便可达到全局的最优化，提高了控制效率，降低了控制成本；通过主动配电网分层控制，能够更加全面、有效、快捷地校验保护的逻辑与功能，充分发挥控制和保护的作用，确保电网的安全可靠运行，本发明大大节约了调试的人力和物力，降低了的生产成本，便于今后产业化及推广使用。
【专利说明】-种主动配电网控制策略及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统主动配电网的应用领域，尤其涉及一种主动配电网控制策略 及方法。
【背景技术】
[0002] 主动配电网（Active distribution network，ADN)是由微电源、负荷、储能系统和 控制装置构成的系统。它对于大电网表现为一个单一可控的单元，可实现对负荷多种能源 形式的高可靠供给。而主动配电网的特点主要有两个：一是含有本地发电装置，多为容量较 小的分布式电源，分布式电源（Distributed Generation Resource, DGR)通常指主要利用 可再生新能源且发电功率为几kW至50MW小型模块式、与环境兼容的独立电源，可以满足电 力系统和用户特定要求。二是主动配电网是可控的，主动配电网的功能是将电源和用户需 求有效连接起来，允许双方共同决定如何最好地实时运行。要达到这一要求，控制水平要远 高于传统配电网的水平。
[0003] 主动配电网系统可将多种类型的分布式发电单元组合在一起，有效发挥单一能源 系统的优点，实现多种能源互补，提高整个微电网系统的效率、能源利用率和供电可靠性。 主动配电网接入大电网并网运行，不仅可以充分利用主动配电网内部的绿色可再生能源， 还可以提高整个电网的安全性，是中国建成智能电网的重要环节。同时，主动配电网系统是 解决偏远地区和海岛供电的有效手段之一。
[0004] 围绕主动配电网系统的优化配置，国内外很多学者已开展了一系列的研究，提出 各种运行控制策略和优化规划方法。主动配电网运行控制策略可分为固定策略和优化策 略，固定策略以事先拟定的优先级制定系统运行规则，优化策略则根据相应目标函数求解 系统最优运行规则。在美国国家新能源实验室（NERL)和美国电力科学研究院（EPRI)合 作开发的两款仿真软件Hybrid2和HOMER中，提出十几种独立微电网系统和主动配电网固 定运行策略，包括平滑功率策略（traditional power smoothing, TPS)、硬充电策略（hard cycle charge，HCC)等，较为全面地概括了独立微电网系统和主动配电网固定策略控制模 式。国内文献《主动配电网技术及其进展》研究了主动配电网的定义及其特征，分析了主动 配电网的研究现状及其关键技术，包括：含间歇式可再生能源及储能装置的主动配电网综 合规划技术、基于配电网主动机制的分布自治与全局优化相结合的协调控制技术、功率及 能量灵活可调的主动配电网全局优化能量管理技术以及主动配电网多目标经济性评估等。 文献《主动配电网优化调度策略研究》提出了一种考虑主动配电网特性以及分布式能源特 性的优化调度模型，该模型以一个完整调度周期的运行成本最低为目标函数，以可控分布 式能源以及联络开关作为控制手段，考虑不同时段电价以及联络开关调整对于运行成本的 影响，并确保储能系统在整个调度周期的能量守恒以及容量约束。文献《主动配电网计划孤 岛与日前调度方法研究》围绕分布式电源及微电网在不同渗透率下对输配电网网损影响、 正常运行时主动配电网对分布式电源和微电网的日前优化调度方法、配电网故障隔离后利 用分布式电源和微电网进行恢复供电的计划孤岛划分调度模型等问题进行了研究。文献 《主动配电网还是有源配电网》提出主动配电网引起了电力业界以及社会的广泛关注，成为 电力技术研究的热点。目前文献虽然对主动配电网的分布式电源容量优化模型、电网配置 和有源配电网具体结构进行了研究，但大量分布式电源的接入对配电网的控制与运行产生 严重影响，分布式电源自身表现出的间歇性和随机性的特点使得这些电源仅仅依靠自身的 调节能力很难满足负荷的功率平衡，尤其是在负荷突变的情况下，分布式电源出力无法响 应这种变化，需要其他的电源或者储能装置来配合以提供支持和备用；多数的分布式电源 需要通过电力电子接口并入配电网，容易影响用户的供电质量，外界的干扰可能会导致频 率和电压的不同步，从而拖垮整个系统。因此，配电网控制策略的研究对配电网以及主网的 安全性、稳定性和可靠性具有重要意义。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本发明提供一种主动配电网控制策略及方法，包括以下步 骤：
[0006] S1 :初始化各个线路及分布式电源信息
[0007] 将主动配电网在通信网络上分层，将通信拓扑网络分为主通信网络以及子通信网 络；（这样就解决了分布式电源不断增加给配电网的规划带来的问题；）将配电网原有分布 式电源组成的网络作为主通信网络，将在主网络中分布式电源及其附近新增的电源作为子 网络；主通信网络与子通信网络通过他们所共有的电源进行信息交换，称该电源称为子通 信网络接入点，设置子通信网络接入点上的电源为子通信网络的主电源；令子通信网络接 入点并是主通信网络的主电源；（因此子通信网络接入点具有两种特性：（1)主通信网络的 从电源；（2)子通信网络的主电源；本发明所述主动配电网中所有分布式电源分类如下表 1 ;
[0008] 表1分布式电源分类）
[0009]
【权利要求】
1. 一种主动配电网控制策略及方法，其特征是，包括以下步骤： 51 :初始化各个线路及分布式电源信息 将主动配电网在通信网络上分层，将通信拓扑网络分为主通信网络以及子通信网络； 将配电网原有分布式电源组成的网络作为主通信网络，将在主网络中分布式电源及其附近 新增的电源作为子网络；主通信网络与子通信网络通过他们所共有的电源进行信息交换， 称该电源称为子通信网络接入点，设置子通信网络接入点上的电源为子通信网络的主电 源；令子通信网络接入点并是主通信网络的主电源； 52 :t = 0,进行初始潮流计算准备 保证通信网络能满足"N-1"规则，S卩：当有一条通信通道或者一个微电源出现故障时， 余下的通信网络依然满足所述主通信网络以及子通信网络，连接该轨道的首尾顶点形成一 个η阶圈，那么任一通信通道或者电源出现故障时，网络拓扑均满足控制要求；在t = 0,对 各个线路及分布式电源进行初始潮流计算准备； 53 :比较P、Q变化，判断是否有负荷变化 比较有功P和无功Q有无变化，判断系统有功和无功的分配是否需要调整； S4:正常运行，不做调整 若负荷没有变化，即系统中有功P和无功Q不变，此时系统正常运行不做调整，转步骤 SlO ； 55 :系统一次调节 采用三次调频来控制平衡，一次调频是通过频率的偏差来实现负荷与发电机出力的平 衡；二次调频是在允许调节偏差下实时跟踪频率，三次调频是分为频率控制和电压控制，协 调各发电厂之间的负荷经济分配；一次调节中的下垂特性是通过分布式电源内部的控制回 路来实现的； 56 :系统二次调节 基于下垂特性的一次调节使得配电网的频率和电压幅值与额定值出现了偏差，为了提 高微电网的电能质量，需要进行二次控制，将系统的频率和电压幅值维持在正常范围内； 57 :频率控制 频率控制使得各个分布式电源频率以及有功出力比例趋于最优化；由于对网络的分层 处理，对各个分布式电源的控制也要根据节点类型不同分别设置控制信息； 在步骤Sl中所述主动配电网含有η个分布式电源，用无向图Gn= {Vn，EJ表示；其中 一个子网络含有m个分布式电源，米用Gm = {Vm, Ej表不； 第1类节点也就是主网络的主节点，监控着网络的有功功率偏差ΛΡΣ ;当负荷发生变 化时，主节点会检测到有功功率产生了偏差，一致性频率控制策略就会相应地启动；控制信 息如下式：
P1U) = P1 (t_td) +Ap1Ct) 其中，APl(t)为t时刻控制信息的变化量；kp为控制系数；ΡΣ为整个系统的可以提供 的有功功率最大值T1 (t)为t时刻的控制信息，表示此时有功功率输出比例奶(t_td)为前 一时刻的控制信息；td为时间间隔； 为了达到频率的一致性，频率变化的控制信息和频率标准值与实时频率差值有关，那 么控制信息下式： Δ W1 (t) = kw X (ω ref- ω i ⑴） W1 (t) = w^t-t^ + Aw^t) 其中，Aw1 (t)为t时刻控制信息变化量，kw为频率控制系数，ωΜ?为频率标准值， O1U)为实时频率值，W1U)为t时亥Ij控制信息，W1(I^t d)为上一时亥Ij控制信息，td为控制 时间间隔； 得到下垂曲线的平移量Λ ωη的控制信息为： Δωη1(?) = Aw1(t)+npX Apj(t) 第2类和第3类节点的控制方法完全相同，但第2类节点的控制信息是用来调节自身 状态以适应系统的要求，而第3类节点的控制信息不仅是调节自身的信号，还用来将主微 电源发出的控制信息传递到子网络中； 有功功率和频率的控制变化量如下： η 知(t)只(?-i = 2, 3, · · ·，η 尸2 Pi (t) = Pi (t-td) + Λ Pi (t)，i = 2, 3, · · ·，η η ~(t) =_(2}；,〇4;(/-(,)-破-匕))+4(咕-匕)-咕-〇)) = 2, 3,. . .，η _/=2 Wi (t) = Wi (t-td) + Δ Wi (t), i = 2, 3,. . . , η 其中，表示第i个分布式电源和第j个分布式电源之间的通信联系；如果第i个电 源和第j个电源之间可以通信，那么Cij = 1，否则Cij = 0 ;此外，如果第i个电源可以与主 电源，那么Cil = 1，否则Cil = I ;Cii = 1适合于任意一个电源，表示所有的电源都能从自己 得到息； 随着时间而变化的通彳*系救田一个穿令诵彳盖扣*卜拓陡I弟元·
上式的矩阵为一个稀疏矩阵，必然会有一些点之间没有联系，这些点之间的通信系数 都会是0,矩阵也就是一个稀疏矩阵；同时，该矩阵还是一个时变的矩阵，因为两个电源之 间的联系并不是不变的，由于某种原因在某些时刻，两个电源之间的通信会发生中断故障， 考虑时变的通信系数矩阵有利于在故障状态下对系统进行分析； 得到下垂曲线的平移量Λ ωη的控制信息为： Δ ω ni (t) = Δ Wi (t) +np X Δ Pi (t), i = 2, 3, . . , η 第4类节点的控制方法与第2类、第3类相同，实现的是自网络中从分布式电源自身状 态的调节；以含有m个节点的一个子网络Gm为例，它的控制信息如下所示： η 孕(t) 肿-〇)+--.ι的i = 2, 3, · · ·，m 尸2 Pi (t) = Pi (t-td) + Δ Pi (t)，i = 2, 3, · · ·，m
Wi (t) = Wi (t-td) + Δ Wi (t), i = 2, 3,. . . , m Δ ω ni (t) = Δ Wi (t) +ηρ X Δ Pi (t) i = 2, 3, . . . , m S8 :电压控制 电压控制策略使得各个分布式电源电压以及无功出力比例趋于相同和最优化；同样对 各个电源的控制也要根据节点类型不同分别设置控制信息； 第1类节点也就是主网络的主节点，监控网络的无功功率偏差AQ2 ;当负荷发生变化 时，主节点会检测到无功功率产生了偏差，一致性电压控制策略就会相应地启动；控制信息 表示如下：
q^t) = q^t-t^ + Aq^t) 其中，Λ qi⑴为t时刻控制信息的变化量；kq为控制系数；Q2为整个系统的可以提供 的有无功功率最大值A1 (t)为t时刻的控制信息，表示此时无功功率输出比例(t_td)为 前一时刻的控制信息；td为时间间隔； 为了达到电压的一致性，电压变化的控制信息和电压标准值与实时电压差值有关；那 么控制信息表示如下： Δ V1 (t) = kv X (Vref-V1 (t)) v^t) = v^t-t^ + Av^t) 其中，Δ V1 (t)为t时刻控制信息变化量；kv为电压控制系数；Vraf为电压标准值J1 (t) 为实时电压幅值W1U)为t时刻控制信息；Vl(t_td)为上一时刻控制信息；t d为控制时间 间隔； 得到下垂曲线的平移量AVn的控制信息为： AVnl(t) = Av1(t)+nQX Aqj(t) 同样的，第2类和第3类节点的控制方法完全相同； 无功功率和电压的控制变化量如下： η Δ?,(?) =k1(2c'(^(?-/rf)-ii(f-/ti))+c； 1(?1(/-frf)-^(/'-f,))) i = 2, 3,. . . , η 7=2 qi (t) = qi (t-td) + Δ qj (t), i = 2, 3, . . . , η η Δ1;(?) ^kv,(&,(#-〇)-吵i = 2, 3, ...，η ./=2 Vi (t) = Vi (t-td) + Δ Vi (t), i = 2, 3,. . , η 得到下垂曲线的平移量AVn的控制信息为： Δ Vni (t) = Δ Vi (t) +nQX Δ qj (t), i = 2, 3, . . , η 第4类节点的控制方法与第2类、第3类相同；以含有m个节点的一个子网络Gm为例， 它的控制信息如下所示：
S9 :调整有功、无功出力，调节偏移量 根据测量到的数据形成控制信息，按照各个电源的容量调整有功和无功出力，调节下 垂特性偏移量；并由显示器输出计算结果； SlO :准备新一轮潮流计算 最后重新进行潮流计算，进入下一个循环，新一轮时间按t = t+Ι表示；转步骤S3。
【文档编号】H02J3/38GK104377826SQ201410663384
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】沈鑫, 闫永梅, 曹敏, 丁心志, 马红升, 王昕
申请人:云南电网公司电力科学研究院