基于調(diào)度優(yōu)先級的主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制研究*

王國民，石智永，謝 彬，莊海軍，朱釗，周慶捷

(1.國網(wǎng)鄭州供電公司，河南 鄭州 450006；2.華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206)

0 引言

主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)建設(shè)不斷推進(jìn)，促進(jìn)了主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制研究的不斷深入.優(yōu)化設(shè)計主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制和組網(wǎng)、提高主動配電網(wǎng)電壓輸出的穩(wěn)定性和優(yōu)化調(diào)度能力的相關(guān)研究受到領(lǐng)域內(nèi)專家的極大重視[1].

當(dāng)前的主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制方法主要有模糊PID 主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制方法[2]、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制方法[3]以及統(tǒng)計信息分析的主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制方法等[4].以上傳統(tǒng)方法均是通過構(gòu)建主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制目標(biāo)函數(shù)和約束參量模型，結(jié)合配電網(wǎng)的輸出電壓優(yōu)化調(diào)度的方法，分析配電網(wǎng)的輸出關(guān)聯(lián)規(guī)則特征量，優(yōu)化設(shè)計主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制系統(tǒng).但實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方法魯棒性不高，自適應(yīng)性不強(qiáng).

為解決傳統(tǒng)方法存在的問題，提出基于調(diào)度優(yōu)先級的主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計方法.構(gòu)建主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的參數(shù)約束模型，以靜態(tài)極限電流、靜態(tài)極限功角等參數(shù)為控制自變量，結(jié)合調(diào)度優(yōu)先級控制策略，分析主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)參數(shù)融合模型，采用交流電網(wǎng)相對強(qiáng)度特征分析方法，實現(xiàn)主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制優(yōu)化設(shè)計.仿真實驗結(jié)果驗證了所提方法在提高主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制能力方面具有明顯優(yōu)越性能.

1 參量模型和控制目標(biāo)函數(shù)的建立

1.1 主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制參量模型

為實現(xiàn)基于調(diào)度優(yōu)先級的主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制，構(gòu)建主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的參數(shù)約束模型，以靜態(tài)極限電流、靜態(tài)極限功角等參數(shù)為控制自變量[5-6]，設(shè)計控制約束參數(shù)優(yōu)化調(diào)度，采用并網(wǎng)變換器單機(jī)控制方法[7]，構(gòu)建主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的穩(wěn)態(tài)跟蹤控制參數(shù)模型，得到式(1)所示主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的耦合模型：

(1)

式中：c為主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的參數(shù)；bi為靜態(tài)極限電流參數(shù)；i為輸電線數(shù)量.s(e)為靜態(tài)極限功角參數(shù)，系統(tǒng)連接弱交流系統(tǒng)時，分析主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的模糊調(diào)度集，在電力系統(tǒng)的靜態(tài)分布模式下，分區(qū)調(diào)度主動配電網(wǎng)電壓，得到系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性參數(shù)分布如式(2)所示：

kt=m+(bi+s(e))

(2)

基于靜態(tài)特性定義的廣義特征分析方法，分析主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制狀態(tài)參數(shù)，得到輸出電流閉環(huán)控制特征，根據(jù)用電負(fù)荷形態(tài)參數(shù)分布，進(jìn)行主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)，分析配電網(wǎng)的歷史最大負(fù)荷量，得到流過聯(lián)絡(luò)線的電流滿足映射Φ，存在一個最優(yōu)解滿足主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的分區(qū)調(diào)度模型，得到式(3)所示的自適應(yīng)尋優(yōu)函數(shù)：

(3)

構(gòu)建配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，在配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的主成分分量中[8]，得到式(4)所示的配電網(wǎng)電壓的歷史數(shù)據(jù)空間分布：

(4)

在采樣頻率、控制周期約束下，得到配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的模糊特征量ci(i=1,2,…,n)，根據(jù)上述分析，建立配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的參數(shù)模糊狀態(tài)分布集，得到式(5)配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的穩(wěn)態(tài)特征量：

t=m+∑j+ci

(5)

1.2 主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化

以靜態(tài)極限電流、靜態(tài)極限功角等參數(shù)為控制自變量，通過靜態(tài)主動配電網(wǎng)電壓態(tài)穩(wěn)定性特征分布，電壓分區(qū)電壓波的檢測目標(biāo)函數(shù)定義為式(6)所示：

(6)

式中：ε為常數(shù)；t為配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的穩(wěn)態(tài)特征量.選取轉(zhuǎn)移支路為電壓信號，注入信號的幅值輸出fu(χ)定義為式(7)所示：

(7)

式中σ為主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的自適應(yīng)補(bǔ)償系數(shù).根據(jù)換流器產(chǎn)生的電壓[10]，得到式(8)主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的矢量狀態(tài)方程：

(8)

式中：gNa為控制周期和保護(hù)系數(shù)；αm為主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的采樣頻率；gL為控制周期.結(jié)合控制周期和保護(hù)的采樣周期的參數(shù)融合結(jié)果，進(jìn)行主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制過程中尋優(yōu)設(shè)計[11]，得到配電網(wǎng)電壓分區(qū)狀態(tài)，利用電壓波形的差異性，得到式(9)配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的裕度和檢測統(tǒng)計特征量[12]：

(9)

根據(jù)上述分析，構(gòu)建主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的參數(shù)配置模型，結(jié)合低壓判據(jù)整定性調(diào)節(jié)的方法，完成主動配電網(wǎng)電壓參數(shù)融合和優(yōu)化調(diào)節(jié)[13].

2 主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制優(yōu)化設(shè)計

2.1 主動配電網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化配置

通過靜態(tài)主動配電網(wǎng)電壓態(tài)穩(wěn)定性特征分布，進(jìn)行主動配電網(wǎng)線路阻抗與系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)擬合控制，采用并網(wǎng)逆變耦合特性分析方法進(jìn)行主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制過程中的誤差反饋調(diào)節(jié)和參數(shù)優(yōu)化估計[14]，主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制后的輸入和輸出阻抗分別如式(10)和式(11)所示：

Zi=Ce+y(d)+gNa；

(10)

(11)

式中，主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的自適應(yīng)反饋調(diào)節(jié)跟蹤參數(shù)為Ce，利用不同負(fù)荷水平下的主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制參量，進(jìn)行等效跟蹤控制，得到自適應(yīng)調(diào)節(jié)誤差，通過暫態(tài)過程信息分布，進(jìn)行主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)調(diào)度，以區(qū)域內(nèi)負(fù)荷擾動為輸入，得到式(12)所示的主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)調(diào)度的磁鏈方程：

(12)

式中，S為電網(wǎng)電壓分區(qū)調(diào)度數(shù)值，分析電網(wǎng)的等效慣量，得到式(13)主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)傳遞函數(shù)：

wk=w′(n0)+η′+bh，

(13)

式中：w′(n0)為n0時刻靜態(tài)主動配電網(wǎng)電壓態(tài)特征分布電流；η′為靜態(tài)主動配電網(wǎng)電壓態(tài)的模糊自適應(yīng)律；bh表示靜態(tài)主動配電網(wǎng)電壓態(tài)特征分布電壓，得到式(14)靜態(tài)主動配電網(wǎng)的頻率擾動特征量：

(14)

式中，Qe為頻率擾動過程的功率變化分布，得到式(15)所示的主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)融合模型：

(15)

采用交流電網(wǎng)相對強(qiáng)度特征分析方法，進(jìn)行主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)調(diào)度和優(yōu)先級控制.

2.2 主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制優(yōu)化

通過靜態(tài)主動配電網(wǎng)電壓狀態(tài)分布特性，進(jìn)行主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)可靠性配置，通過調(diào)度優(yōu)先級控制，得到式(16)組合和功率最優(yōu)分配的荷載函數(shù)：

(16)

通過全網(wǎng)等效慣量參數(shù)融合，得到主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的屬性歸集，其中，fx(X,t)，fθ(X,t)，gx(X,t)，gθ(X,t)分別表示主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)資源配置的模糊參數(shù)匹配集.通過一次調(diào)頻的動態(tài)過程控制，得到式(17)主動配電網(wǎng)電壓分塊參數(shù)匹配域分布為：

h(n)=dj(k)+[xf+xv],

(17)

式中，dj(k)表示主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)特征分布集，在擾動頻率響應(yīng)下，得到如式(18)所示的主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)擴(kuò)展函數(shù)：

(18)

基于系統(tǒng)輸入輸出數(shù)據(jù)分析，得到主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的調(diào)度優(yōu)先級如式(19)所示：

(19)

根據(jù)上述分析，采用交流電網(wǎng)相對強(qiáng)度特征分析方法，進(jìn)行主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)調(diào)度和優(yōu)先級控制，實現(xiàn)主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制優(yōu)化設(shè)計.

3 仿真測試分析

為了驗證本文方法在實現(xiàn)主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制和調(diào)度的應(yīng)用性能，進(jìn)行試驗測試分析，主動配電網(wǎng)電壓分配的比例因子為0.35，主動負(fù)荷為 150 MW，高峰負(fù)荷為300 MW，有功頻率為25 kHZ,根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制，得到輸入端的電壓波形和電流波形如圖1所示.

根據(jù)圖1對主動配電網(wǎng)電壓的電壓和電流輸入，進(jìn)行主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制，得到分區(qū)控制下的峰值檢測結(jié)果如圖2所示.

圖1 主動配電網(wǎng)電壓輸入端的電壓和電流波形Fig.1 Voltage and current waveforms at voltage input of active distribution network

圖2 主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制峰值檢測結(jié)果Fig.2 Peak detection results of voltage zoning control in active distribution network

分析圖2得知，本文方法能有效實現(xiàn)主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制，輸出的穩(wěn)態(tài)性較好，測試優(yōu)化控制律下的參數(shù)優(yōu)化配置結(jié)果，如圖3所示.

圖3 參數(shù)優(yōu)化配置結(jié)果Fig.3 Results of parameter optimization configuration

分析圖3可知，使用本文方法進(jìn)行主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制，參數(shù)的融合性較好，電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定性參數(shù)融合性較強(qiáng)，提高了主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的魯棒性.

4 結(jié)束語

本文提出基于調(diào)度優(yōu)先級的主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計方法.采用并網(wǎng)變換器單機(jī)控制的方法，構(gòu)建主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的穩(wěn)態(tài)跟蹤控制參數(shù)模型，進(jìn)行主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)可靠性配置，通過調(diào)度優(yōu)先級控制，得到主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的屬性歸集，進(jìn)行主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)調(diào)度和優(yōu)先級控制，實現(xiàn)主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制優(yōu)化設(shè)計.分析得知，使用本文方法進(jìn)行主動配電網(wǎng)電壓分區(qū)控制的輸出穩(wěn)定性較高，魯棒性較好.對于復(fù)雜城區(qū)的主動配電網(wǎng)規(guī)劃具有重要的指導(dǎo)意義.在以后的研究中，在考慮調(diào)度優(yōu)先級的同時，可進(jìn)一步考慮基于靜止同步補(bǔ)償器，以及微電網(wǎng)參與的主動配電網(wǎng)分區(qū)自動電壓控制.