[發(fā)明專利]一種基于多能儲(chǔ)能的主動(dòng)配電網(wǎng)分布式電壓調(diào)節(jié)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011032034.0
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN112271741B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬燦;余鵬;宋永華;江藝寶;趙樂冰
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/28
• 分類號(hào): H02J3/28;H02J3/48;H02J3/38;H02J3/12;H02J3/24;G06F30/20;G06F111/04;G06F119/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

1.一種基于多能儲(chǔ)能的主動(dòng)配電網(wǎng)分布式電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：

步驟1)：確定主動(dòng)配電網(wǎng)內(nèi)多能儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)成，對主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行建模，形成多時(shí)間尺度分布式主動(dòng)配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)優(yōu)化問題；

步驟2)：對步驟1)中的優(yōu)化問題進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化，獲得該問題的最優(yōu)性條件；

步驟3)：基于步驟2)中的最優(yōu)性條件，在配電網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)設(shè)置負(fù)責(zé)信息傳遞與計(jì)算的代理商，按照順序依次對功率信息、電壓信息、乘子信息、導(dǎo)數(shù)信息進(jìn)行傳遞和計(jì)算，之后各代理商更新其自身節(jié)點(diǎn)控制變量，再次迭代進(jìn)行上述各信息的傳遞和計(jì)算，直到滿足迭代停止條件，從而得到多時(shí)間尺度的分布式主動(dòng)配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的電壓調(diào)節(jié)方案；

步驟4)：基于滾動(dòng)時(shí)間尺度控制，對多能儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而得到分布式主動(dòng)配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)電壓調(diào)節(jié)方案，主動(dòng)配電網(wǎng)內(nèi)各母線的電壓始終保持在預(yù)定的安全范圍內(nèi)；

所述步驟1)中的多能儲(chǔ)能系統(tǒng)包括電儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、建筑儲(chǔ)能；

所述的對主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行建模是指，設(shè)定配電網(wǎng)絡(luò)、電儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、建筑儲(chǔ)能、熱泵及電鍋爐的運(yùn)行約束條件，以及設(shè)定節(jié)點(diǎn)能量平衡約束；

所述的配電網(wǎng)絡(luò)為輻射狀，運(yùn)行約束條件包括：

式中，為母線i的子節(jié)點(diǎn)集合；p_ki,t與q_ki,t分別為t時(shí)刻從母線k流向母線i的有功功率和無功功率；P_i,t與Q_i,t分別表示t時(shí)刻注入母線i的有功功率和無功功率；V_i,t為t時(shí)刻母線i的電壓；V_k,t為t時(shí)刻母線k的電壓；r_ki和x_ki分別為連接母線k與母線i的支路(k,i)的電阻和電抗；配電網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點(diǎn)記為母線0，母線0的電壓與變壓器的副邊電壓相同且保持不變，設(shè)為1pu；

所述的電儲(chǔ)能運(yùn)行約束條件包括：

式中，下標(biāo)t表示時(shí)間步長，為母線i上電儲(chǔ)能在時(shí)刻t的能量，分別為母線i上電儲(chǔ)能在時(shí)刻t的充、放電功率，分別為母線i上電儲(chǔ)能的自放電系數(shù)、充電效率和放電效率，Δt為時(shí)間間隔，為母線i上電儲(chǔ)能存儲(chǔ)能量的上、下限，P_i^Bmax,c、P_i^Bmax,d分別為母線i上電儲(chǔ)能最大充、放電功率，分別表示為母線i上電儲(chǔ)能在時(shí)刻t的二元充、放電狀態(tài)，為母線i上電儲(chǔ)能爬坡率的上、下限；

所述的熱儲(chǔ)能運(yùn)行約束條件包括：

式中，為母線i上熱儲(chǔ)能在時(shí)刻t的能量，分別為母線i上熱儲(chǔ)能在時(shí)刻t的充、放熱功率，分別為母線i上熱儲(chǔ)能的自放熱系數(shù)、充熱效率和放熱效率，為母線i上熱儲(chǔ)能存儲(chǔ)能量的上、下限，分別為母線i上熱儲(chǔ)能最大充、放熱功率，分別表示為母線i上熱儲(chǔ)能在時(shí)刻t的二元充、放熱狀態(tài)，為母線i上熱儲(chǔ)能爬坡率的上、下限；

所述的建筑儲(chǔ)能運(yùn)行約束條件包括：

式中，T_i,t為母線i上建筑儲(chǔ)能在t時(shí)刻室內(nèi)溫度，為母線i上建筑儲(chǔ)能在t時(shí)刻的空間加熱功率，分別為母線i上建筑儲(chǔ)能的熱阻和熱容，T_env,t是t時(shí)刻外部環(huán)境溫度，T_i^max、T_i^min分別為母線i上建筑儲(chǔ)能的室內(nèi)溫度上下限；

所述的熱泵及電鍋爐運(yùn)行約束條件包括：

式中，分別為母線i上熱泵或電鍋爐在t時(shí)刻的熱功率輸出和電功率輸入，為母線i上熱泵或電鍋爐的熱轉(zhuǎn)換效率，其中，對于熱泵設(shè)定為3，對于電鍋爐設(shè)定為0.98；

所述的節(jié)點(diǎn)能量平衡約束條件包括：

式中，分別表示母線i在t時(shí)刻的有功負(fù)荷、無功負(fù)荷、光伏發(fā)電出力和生活熱水的需求；

所述步驟1)中形成多時(shí)間尺度分布式主動(dòng)配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)優(yōu)化問題，具體包括設(shè)置控制變量、建立主動(dòng)配電網(wǎng)約束條件與形成目標(biāo)函數(shù)；

所述的控制變量包括：

其中，為母線集合，為去掉母線0也即根節(jié)點(diǎn)的母線集合，為母線i的電儲(chǔ)能在時(shí)刻t的電功率且為母線i的熱儲(chǔ)能在時(shí)刻t的熱功率且更進(jìn)一步，母線i上的控制變量的向量形式可以簡化如下形式：

所述的主動(dòng)配電網(wǎng)約束條件可表示為：

式中，R^3T為3T維實(shí)數(shù)空間集合，為母線i的約束集；

所述的目標(biāo)函數(shù)包括電壓違背懲罰項(xiàng)與電儲(chǔ)能使用懲罰項(xiàng)，表達(dá)式如下：

式中是預(yù)測時(shí)間尺度內(nèi)時(shí)間點(diǎn)的集合，目標(biāo)函數(shù)第一項(xiàng)是所有母線電壓違背懲罰項(xiàng)的總和，第二項(xiàng)表示電儲(chǔ)能使用懲罰項(xiàng),a_i和b_i分別為母線i上第一項(xiàng)和第二項(xiàng)的權(quán)重因子；

所述的電壓違背懲罰項(xiàng)表達(dá)式如下：

式中，w_i,t(V_i,t)為電壓違背懲罰項(xiàng)，V_min、V_max分別為電壓的下界和上界，當(dāng)母線電壓超出范圍[V_min,V_max]時(shí)，電壓違背懲罰項(xiàng)的正值將控制多能儲(chǔ)能系統(tǒng)，從而在電壓超過最大允許偏差之前減輕過電壓或欠電壓問題；

最終，形成以下多時(shí)間尺度分布式主動(dòng)配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)優(yōu)化問題：

式中，目標(biāo)函數(shù)如式(28)所示，式(29)表示每個(gè)母線上多能儲(chǔ)能的運(yùn)行約束，每個(gè)母線的電壓耦合約束用式(30)描述，潮流p_ki,t和q_ki,t由約束(1)-(2)，(17)-(20)確定；

所述步驟2)中的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化是指，對步驟1)中的優(yōu)化問題構(gòu)造拉格朗日函數(shù)，表達(dá)式如下：

式中，為拉格朗日函數(shù)在時(shí)刻t的分量；ε為電網(wǎng)的支路集合；λ_ki,t為對應(yīng)支路(k,i)在時(shí)刻t的電壓約束拉格朗日乘子；

基于(31)、(32)得到最優(yōu)性條件：

所述步驟3)中的對功率信息進(jìn)行傳遞和計(jì)算方式如下：

式中，為母線i的父節(jié)點(diǎn)，p_ki,t與q_ki,t即為功率信息；各個(gè)位于葉節(jié)點(diǎn)處的代理商按(34)-(35)進(jìn)行計(jì)算后，向它的父節(jié)點(diǎn)代理商發(fā)送功率信息，且除了葉節(jié)點(diǎn)代理商外的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的代理商接受來自子節(jié)點(diǎn)代理商的功率信息，按(34)-(35)進(jìn)行計(jì)算后，再向父節(jié)點(diǎn)代理商發(fā)送功率信息，直到位于根節(jié)點(diǎn)的代理商收到功率信息；

所述步驟3)中的對電壓信息進(jìn)行傳遞和計(jì)算方式如下：

式中，即為電壓信息；當(dāng)位于根節(jié)點(diǎn)的代理商收到功率信息后，由根節(jié)點(diǎn)代理商向它的子節(jié)點(diǎn)代理商發(fā)送電壓信息除了根節(jié)點(diǎn)代理商外的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的代理商接受來自父節(jié)點(diǎn)代理商的電壓信息，按(36)進(jìn)行計(jì)算后，再向子節(jié)點(diǎn)代理商發(fā)送電壓信息，直到位于葉節(jié)點(diǎn)的代理商收到電壓信息；

所述步驟3)中的對乘子信息進(jìn)行傳遞和計(jì)算方式如下：

式中，λ_ki,t即為乘子信息；當(dāng)位于葉節(jié)點(diǎn)的代理商收到電壓信息后，各個(gè)位于葉節(jié)點(diǎn)處的代理商按(37)進(jìn)行計(jì)算后，向它的父節(jié)點(diǎn)代理商發(fā)送乘子信息，且除了葉節(jié)點(diǎn)代理商外的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的代理商接受來自子節(jié)點(diǎn)代理商的乘子信息，按(37)進(jìn)行計(jì)算后，再向父節(jié)點(diǎn)代理商發(fā)送乘子信息，直到位于根節(jié)點(diǎn)的代理商收到乘子信息；

所述步驟3)中的對導(dǎo)數(shù)信息進(jìn)行傳遞和計(jì)算方式如下：

式中，即為導(dǎo)數(shù)信息；當(dāng)位于根節(jié)點(diǎn)的代理商收到乘子信息后，由根節(jié)點(diǎn)代理商向它的子節(jié)點(diǎn)代理商發(fā)送導(dǎo)數(shù)信息除了根節(jié)點(diǎn)代理商外的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的代理商接受來自父節(jié)點(diǎn)代理商的導(dǎo)數(shù)信息，按(38)進(jìn)行計(jì)算后，再向子節(jié)點(diǎn)代理商發(fā)送導(dǎo)數(shù)信息，直到位于葉節(jié)點(diǎn)的代理商收到導(dǎo)數(shù)信息；

所述步驟3)中的各代理商更新其自身節(jié)點(diǎn)控制變量方式如下：

式中，為拉格朗日函數(shù)對母線i的節(jié)點(diǎn)功率的梯度，可根據(jù)導(dǎo)數(shù)信息獲得，為拉格朗日函數(shù)對母線i的控制變量的梯度，β為梯度下降步長，為固定矢量；(r)為分布式通信迭代的次數(shù)，表示母線i的控制變量梯度下降法后的更新值，u_i(r+1)為考慮約束后的母線i的控制變量在迭代次數(shù)為r+1時(shí)的值；

所述的迭代停止條件是指，每個(gè)代理商都計(jì)算自己的局部目標(biāo)函數(shù)并將其傳遞到網(wǎng)絡(luò)中，通過加和獲得目標(biāo)函數(shù)值當(dāng)兩次迭代中目標(biāo)函數(shù)的差值f(r+1)-f(r)小于預(yù)設(shè)控制精度系數(shù)ε，迭代停止。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多能儲(chǔ)能的主動(dòng)配電網(wǎng)分布式電壓調(diào)節(jié)方法，其特征在于：所述步驟4)中的滾動(dòng)時(shí)間尺度控制是指，假設(shè)表示的是在t時(shí)刻預(yù)測時(shí)間尺度為T下的控制變量最優(yōu)解，那么即作為當(dāng)前時(shí)刻t的控制方案，用于控制多能儲(chǔ)能系統(tǒng)。