基于模糊決策算法的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比方法

袁 昊，金 鑫，戈 君

(國(guó)網(wǎng)銀川供電公司，寧夏 銀川 750000)

目前在主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展下，構(gòu)建優(yōu)化的主動(dòng)配電網(wǎng)能量均衡控制模型，通過(guò)參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)和配網(wǎng)控制算法設(shè)計(jì)，并結(jié)合主動(dòng)能量控制的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制，提高主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量。研究主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比模型，對(duì)優(yōu)化主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能設(shè)計(jì)和容量擴(kuò)容方面具有重要意義[1]，相關(guān)的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比設(shè)計(jì)方法研究也受到人們的重大關(guān)注。

主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的最佳配比設(shè)計(jì)是建立在控制主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)空間參數(shù)融合和能耗均衡配置的方法，建立主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比均衡調(diào)節(jié)模型，在傳統(tǒng)方法中，對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制方法主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法、PID控制方法、配電網(wǎng)安全約束控制方法等[2-4]，上述方法通過(guò)構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制模型，結(jié)合對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量參數(shù)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量均衡調(diào)度和優(yōu)化控制，但上述方法進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比的自適應(yīng)性不好，均衡度不高[5]。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出基于模糊決策算法的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比方法。首先采用并聯(lián)電容器開(kāi)關(guān)切換的方法構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量增益調(diào)節(jié)模型，分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能匹配參數(shù)，以電源、儲(chǔ)能及可控負(fù)荷等為約束參數(shù)，采用模糊決策算法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量配置過(guò)程中的尋優(yōu)調(diào)度，分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量二階錐規(guī)劃模型，然后根據(jù)潮流約束和配電網(wǎng)的分布式區(qū)間協(xié)調(diào)控制的方法，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制設(shè)計(jì)。最后進(jìn)行仿真測(cè)試分析，體現(xiàn)本文方法在提高主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最優(yōu)配比控制能力方面的優(yōu)越性能。

1 主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量控制參數(shù)

1.1 儲(chǔ)能有功無(wú)功出力約束

為實(shí)現(xiàn)基于模糊決策算法的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制設(shè)計(jì)，首先構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量增益調(diào)節(jié)模型，采用多類(lèi)型分布式電源、儲(chǔ)能參數(shù)分析，構(gòu)建并聯(lián)電容器開(kāi)關(guān)切換模型，采用增益調(diào)節(jié)的方法[6]，構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量增益調(diào)節(jié)模型，分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能匹配參數(shù)，以電源、儲(chǔ)能及可控負(fù)荷等為約束參數(shù)，得到儲(chǔ)能容量分布的目標(biāo)函數(shù)：

U=G+(xs+ys)

(1)

采用全局優(yōu)化的控制方式，得到歸一化的目標(biāo)參數(shù)分布空間坐標(biāo)系(xs,ys)，采用分布式無(wú)功優(yōu)化調(diào)度，得到儲(chǔ)能容量分布的有向圖G=(V,E)，采用有功損耗和電壓偏差最小損失分析[7]，等式潮流約束方程：

s(r)=U+jd+F(s)

(2)

式中：jd為有功損耗和電壓偏差最小的約束指標(biāo)參數(shù)；F(s)為主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量參數(shù)。采用分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開(kāi)銷(xiāo)調(diào)節(jié)的方法，分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開(kāi)銷(xiāo)[8]，得到最小能量損失范圍：

(3)

式中：M、N分別為有功、無(wú)功協(xié)調(diào)的控制參數(shù)，得到功率開(kāi)銷(xiāo)為Pc，在時(shí)間段[Si-1,Si)內(nèi)儲(chǔ)能有功無(wú)功出力約束為

H(c)=wy+[xp+yp]+P

(4)

1.2 儲(chǔ)能容量控制的最佳配置函數(shù)建立

分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能匹配參數(shù)，以電源、儲(chǔ)能及可控負(fù)荷等為約束參數(shù)，采用分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開(kāi)銷(xiāo)調(diào)節(jié)的方法，進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能的能量均衡控制，得到儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電效率為

Ai=H(c)+(t+Ni(t))+(tf+s(l))

(5)

式中：t和Ni(t)分別表示主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的時(shí)間采樣點(diǎn)和耦合系數(shù)；tf和s(l)分別表示節(jié)點(diǎn)i的最大傳輸功率和總功率，在總的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)確定的情況下，得到主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能匹配的尋優(yōu)函數(shù)為

dg=f+tf+s(l)

(6)

式中：f為有功無(wú)功協(xié)調(diào)調(diào)度的方法參數(shù)，構(gòu)建能量匹配模型，得到主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能匹配目標(biāo)函數(shù)為

(7)

式中：z為主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能匹配參數(shù)，在滿足代價(jià)函數(shù)最小的條件下，根據(jù)分解協(xié)調(diào)原理[9]，得到主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的加速梯度分解函數(shù)：

w(n)=k(h)+[rs+rv]+Qx

(8)

式中：k(h)為主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳尋優(yōu)函數(shù)；rs、rv為不同電壓增益和開(kāi)關(guān)頻率調(diào)節(jié)參數(shù)，得到主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量控制的最佳配置函數(shù)：

(9)

式中：e0為主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的初始值；gv為主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量控制的模糊尋優(yōu)控制向量；W(p)是關(guān)于p的二次函數(shù)，采用分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開(kāi)銷(xiāo)調(diào)節(jié)的方法，分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開(kāi)銷(xiāo)，根據(jù)全網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能容量配比控制[10-13]。

2 儲(chǔ)能容量配比的最佳控制

2.1 分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能參數(shù)優(yōu)化匹配

采用模糊決策算法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量配置過(guò)程中的尋優(yōu)調(diào)度，以能耗輸出最小為約束參量，結(jié)合模糊決策算法[14]，得到分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能控制的時(shí)間延遲記為

(10)

式中：Vi為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)i的儲(chǔ)能調(diào)度概率參數(shù)；分析輸入側(cè)和輸出側(cè)回流功率，得到電壓增益為t，向量x=[x1x2…xk]表示分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)的模糊調(diào)制向量；Me為分布式主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能的能耗開(kāi)銷(xiāo)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)的輸出功率損失為

fk=xi(m)+Me+Ws(k)

(11)

分析分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)i的能量綜合開(kāi)銷(xiāo)，得到電壓增益為xi(m)，在回流功率均顯著增強(qiáng)的條件下，得到模糊匹配參量為

P=b(s)+fk+xi(m)

(12)

式中：b(s)為諧振電感的模糊決策結(jié)果參數(shù)，采用模糊決策尋優(yōu)方法，得到主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量控制的電壓穩(wěn)態(tài)增益為

g(n)=‖tk+tg‖+P

(13)

式中：tk、tg分別表示分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能參數(shù)，根據(jù)上述主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量分布模型設(shè)計(jì)，結(jié)合主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開(kāi)銷(xiāo)參數(shù)優(yōu)化調(diào)節(jié)的方法，實(shí)現(xiàn)分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能參數(shù)優(yōu)化匹配。

2.2 最佳儲(chǔ)能容量均衡控制模型

分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量二階錐規(guī)劃模型，根據(jù)潮流約束和配電網(wǎng)的分布式區(qū)間協(xié)調(diào)控制的方法，得到分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能有功功率分布為

(14)

式中：R0為計(jì)算變化反射阻抗得到的輸出轉(zhuǎn)矩參數(shù)；hr為輸入有功功率分布值，得到分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能分布的諧振目標(biāo)函數(shù)為

Y=Du+fs(d)+hr

(15)

式中：fs(d)為線路參數(shù)的阻抗特征分布參數(shù)，得到主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能的最佳均衡控制模型表示為

V(k)=pu+(ph+pb)

(16)

式中：pu為電流環(huán)動(dòng)態(tài)；ph為電機(jī)的功率損耗；pb為耦合磁損耗。

根據(jù)上述分析，構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量二階錐規(guī)劃模型，根據(jù)潮流約束和配電網(wǎng)的分布式區(qū)間協(xié)調(diào)控制方法，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制設(shè)計(jì)。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

為驗(yàn)證本文方法在實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制中的應(yīng)用性能，采用Matlab構(gòu)建仿真試驗(yàn)平臺(tái)，配電網(wǎng)儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)分布模型如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)分布模型

給定配電網(wǎng)儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為120，配電網(wǎng)的裝機(jī)容量分別為 800、600、500 kVA，視在功率為300 kVA，功率上下限為400 kW，根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定，得到主動(dòng)配電網(wǎng)的電流和電壓波形如圖2所示。

(a) 輸出電流

由圖2得知，本文方法進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量參數(shù)調(diào)節(jié)，輸出電流和電壓的穩(wěn)定性較好，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制，得到優(yōu)化控制結(jié)果對(duì)比如圖3所示。

圖3 主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制輸出

由圖3得知，采用該方法進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量配置的均衡性較高，實(shí)現(xiàn)容量最佳配比控制，測(cè)試輸出增益，結(jié)果如表1所示。

表1 配電網(wǎng)儲(chǔ)能輸出增益控制 dB

由表1得知，本文方法通過(guò)容量最佳匹配控制，提高配電網(wǎng)的輸出增益。

4 結(jié)束語(yǔ)

構(gòu)建優(yōu)化的主動(dòng)配電網(wǎng)能量均衡控制模型，結(jié)合主動(dòng)能量控制的方法，通過(guò)參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)和配網(wǎng)控制算法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制，本文提出基于模糊決策算法的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比方法。采用模糊決策算法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量配置過(guò)程中的尋優(yōu)調(diào)度，根據(jù)潮流約束和配電網(wǎng)的分布式區(qū)間協(xié)調(diào)控制的方法，結(jié)合主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開(kāi)銷(xiāo)參數(shù)優(yōu)化調(diào)節(jié)的方法，實(shí)現(xiàn)分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能參數(shù)優(yōu)化匹配。研究得知，本文方法進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量控制的輸出匹配性能較好，提高了輸出增益。