混合配电变压器集群互联系统的功率分配方法及装置与流程

1.本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种混合配电变压器集群互联系统的功率分配方法、一种混合配电变压器集群互联系统的功率分配装置。


背景技术：

2.随着高比例可再生能源大量接入配电网，多种类能源以及不同类型负荷的同时存在传统变压器无法满足作为配电台区能源转换枢纽的要求。为此，有国外学者结合工频变压器廉价、高可靠性、高效率的优点以及电力电子变换器控制灵活的特点，提出了混合配电变压器的概念，在满足电网电能转换需求的同时，还具备灵活调节电压、提升电网电能质量等功能，具有良好研究价值和广泛的应用场景。
3.另外，混合配电变压器自身的多端口功能以及可拓展的并网单元使得混合配电变压器可以作为配电台区的核心，并通过台区间集群互联构成包含交直流微网的交直流配网系统。在交直流配网系统下，对混合配电变压器台区功率进行分配，可以实现分布式能源的跨台区消纳以及台区间的协同控制，并降低高渗透率分布式发电(如光伏)接入对配电网的影响。
4.为了实现对集群互联系统的功率分配，相关技术中，例如专利cn108320080b提出了一种基于两层一致性算法的能源互联网实时动态功率分配方法，以孤岛型能源互联网为研究对象，引入双层增量成本一致性理论构建能源互联网实时功率分配框架。然而，该技术主要用于平衡能源互联网功率指令与实际功率之间的不平衡量，以增量成本为一致性变量，存在台区间及台区内部功率不平衡的问题。


技术实现要素：

5.本发明为解决上述技术问题之一，提出了如下技术方案。
6.本发明第一方面实施例提出了一种混合配电变压器集群互联系统的功率分配方法，所述混合配电变压器集群互联系统具有多个混合配电变压器台区，每个所述台区具有一个直流互联端口，所述直流互联端口连接至高压直流母线，相邻的台区之间通过通信线路进行通信连接，所述方法包括：确定每个台区与其相邻台区之间的邻接通信拓扑情况；计算每个台区的功率差额量，并通过所述通信线路获取每个台区相邻台区的功率差额量；根据每个台区的邻接通信拓扑情况、功率差额量及其相邻台区的功率差额量，计算所述混合配电变压器集群互联系统的全局功率差额量；根据所述全局功率差额量和所有台区的功率差额量，对所有台区的直流互联端口进行控制。
7.另外，根据本发明上述实施例的混合配电变压器集群互联系统的功率分配方法还可以具有如下附加的技术特征。
8.根据本发明的一个实施例，确定每个台区与其相邻台区之间的邻接通信拓扑情况，包括：根据所有台区和所有通信线路确定无向图，其中，将台区作为所述无向图的节点、将相邻的台区之间的通信线路作为所述无向图的边；确定所述无向图的邻接矩阵。
9.根据本发明的一个实施例，计算每个台区的功率差额量，包括：获取每个台区的电源产生功率和负荷消耗功率；计算所述电源产生功率与所述负荷消耗功率之间的差值，并将所述差值作为所述台区的功率差额量。
10.根据本发明的一个实施例，根据每个台区的邻接通信拓扑情况、功率差额量及其相邻台区的功率差额量，计算所述混合配电变压器集群互联系统的全局功率差额量，包括：将每个台区的功率差额量作为状态变量、通过时间一致性算法计算所述混合配电变压器集群互联系统的全局功率差额量。
11.根据本发明的一个实施例，通过以下公式计算所述全局功率差额量：
[0012][0013]
其中，i＝1,2,
…
,n，j＝1,2,
…
,n，n表示多个台区的总数，p
d,i
表示第i个台区的功率差额量，p
d,j
表示与第i个台区相邻的第j个台区的功率差额量，k表示一致性迭代次数，p
d,i
(k)表示第i个台区第k次迭代后的功率差额量，a
ij
表示所述邻接矩阵中的元素，mi表示第i个节点的邻居节点集合，表示第i个台区的直流互联端口的功率上限值。
[0014]
根据本发明的一个实施例，根据所述全局功率差额量和所有台区的功率差额量，对所有台区的直流互联端口进行控制，包括：根据每个功率差额量，确定所述功率差额量对应的台区处于功率超额状态、功率缺额状态或者功率平衡状态，以得到所有台区的功率状态；根据所述全局功率差额量确定所述混合配电变压器集群互联系统处于功率超额状态、功率缺额状态或者功率平衡状态，以得到所述混合配电变压器集群互联系统的功率状态；根据所述混合配电变压器集群互联系统的功率状态和所有台区的功率状态，对所有台区的直流互联端口进行控制。
[0015]
根据本发明的一个实施例，根据每个功率差额量，确定所述功率差额量对应的台区处于功率超额状态、功率缺额状态或者功率平衡状态，包括：在功率差额量大于0时，确定所述功率差额量对应的台区处于功率超额状态；在功率差额量小于0时，确定所述功率差额量对应的台区处于功率缺额状态；在功率差额量等于0时，确定所述功率差额量对应的台区处于功率平衡状态。
[0016]
根据本发明的一个实施例，根据所述全局差额功率量确定所述混合配电变压器集群互联系统处于功率超额状态、功率缺额状态或者功率平衡状态，包括：在所述全局功率差额量大于0时，确定所述混合配电变压器集群互联系统处于功率超额状态；在所述全局功率差额量小于0时，确定所述混合配电变压器集群互联系统处于功率缺额状态；在所述全局功率差额量等于0时，确定所述混合配电变压器集群互联系统处于功率平衡状态。
[0017]
根据本发明的一个实施例，根据所述混合配电变压器集群互联系统的功率状态和所有台区的功率状态，对所有台区的直流互联端口进行控制，包括：
[0018]
在所述系统处于功率超额状态且存在处于功率超额状态的台区时，将处于功率超额状态的台区的功率差额量进行调整，并根据调整后的功率差额量，控制对应的所述处于功率超额状态的台区通过自身的直流互联端口输出功率；
[0019]
在所述系统处于功率超额状态且存在处于功率缺额状态的台区时，根据功率差额
量控制对应的所述处于功率缺额状态的台区通过自身的直流互联端口吸收功率；
[0020]
在所述系统处于功率超额状态且存在处于功率平衡状态的台区时，控制所述处于功率平衡状态的台区的直流互联端口关闭；
[0021]
在所述系统处于功率缺额状态且存在处于功率缺额状态的台区时，将处于功率缺额状态的台区的功率差额量进行调整，并根据调整后的功率差额量，控制对应的所述处于功率缺额状态的台区通过自身的直流互联端口吸收功率；
[0022]
在所述系统处于功率缺额状态且存在处于功率超额状态的台区时，根据功率差额量控制对应的所述处于功率超额状态的台区通过自身的直流互联端口输出功率；
[0023]
在所述系统处于功率缺额状态且存在处于功率平衡状态的台区时，控制所述处于功率平衡状态的台区的直流互联端口关闭；
[0024]
在所述系统处于功率平衡状态且存在处于功率超额状态的台区时，根据功率差额量控制对应的所述处于功率超额状态的台区通过自身的直流互联端口输出功率；
[0025]
在所述系统处于功率平衡状态且存在处于功率缺额状态的台区时，根据功率差额量控制对应的所述处于功率缺额状态的台区通过自身的直流互联端口吸收功率；
[0026]
在所述系统处于功率平衡状态且存在处于功率平衡状态的台区时，控制所述处于功率平衡状态的台区的直流互联端口关闭。
[0027]
根据本发明的一个实施例，将处于功率超额状态的台区的功率差额量进行调整，包括：确定多个台区的总数；对于每个处于功率超额状态的台区，计算所述台区的功率差额量和所述总数间的乘积；将所述乘积作为状态变量、通过时间一致性算法计算所述系统的全局功率超额量；对于每个处于功率超额状态的台区，根据所述全局功率差额量、所述全局功率超额量、所述总数和所述台区的功率差额量，调整所述功率差额量。
[0028]
根据本发明的一个实施例，通过以下公式调整所述处于功率超额状态的台区的功率差额量：
[0029][0030]
其中，表示处于功率超额状态的台区的调整后的功率差额量，p
d1,i
表示处于功率超额状态的台区的调整前的功率差额量，表示全局功率差额量，p
exc
表示全局功率超额量。
[0031]
根据本发明的一个实施例，将处于功率缺额状态的台区的功率差额量进行调整，包括：确定多个台区的总数；对于每个处于功率超额状态的台区，计算所述台区的功率差额量和所述总数间的乘积；将所述乘积作为状态变量、通过时间一致性算法计算所述系统的全局功率缺额量；对于每个处于功率缺额状态的台区，根据所述全局功率差额量、所述全局功率缺额量、所述总数和所述台区的功率差额量，调整所述功率差额量。
[0032]
根据本发明的一个实施例，通过以下公式调整所述处于功率缺额状态的台区的功率差额量：
[0033][0034]
其中，表示处于功率缺额状态的台区的调整后的功率差额量，p
d2,i
表示处于功率缺额状态的台区的调整前的功率差额量，表示全局功率差额量，p
vac
表示全局功率缺额量。
[0035]
本发明第二方面实施例提出了一种混合配电变压器集群互联系统的功率分配装置，所述混合配电变压器集群互联系统具有多个混合配电变压器台区，每个所述台区具有一个直流互联端口，所述直流互联端口连接至直流母线，相邻的台区之间通过通信线路进行通信，所述装置包括：确定模块，用于确定每个台区与其相邻台区间的邻接通信拓扑情况；第一计算模块，用于计算每个台区的功率差额量，并通过所述通信线路获取每个台区相邻台区的功率差额量；第二计算模块，用于根据每个台区的邻接通信拓扑情况、功率差额量及其相邻台区的功率差额量，计算所述混合配电变压器集群互联系统的全局功率差额量；控制模块，用于根据所述全局功率差额量和所有台区的功率差额量，对所有台区的直流互联端口进行控制。
[0036]
本发明实施例的技术方案，通过相邻的台区之间的通信确定全局功率差额量，根据全局功率差额量和台区的功率差额量对直流互联端口进行控制，从而可以实现功率的分布式分配，使台区内部和台区之间的功率平衡。
附图说明
[0037]
图1a为本发明实施例的混合配电变压器集群互联系统的结构示意图。
[0038]
图1b为本发明一个实施例的混合配电变压器台区的结构示意图。
[0039]
图2为本发明实施例的混合配电变压器集群互联系统的功率分配方法的流程图。
[0040]
图3a是本发明一个具体示例中的三个台区的通信拓扑图。
[0041]
图3b是本发明一个具体示例中的三个台区通信拓扑对应的无向图。
[0042]
图4为本发明一个示例的混合配电变压器集群互联系统的功率分配方法的流程图。
[0043]
图5a为本发明一个具体示例中系统功率超额状态下各个功率差额量的一致性迭代结果图。
[0044]
图5b为本发明一个具体示例中系统功率超额状态下全局超额功率量的一致性迭代结果图。
[0045]
图5c为本发明一个具体示例中系统功率超额状态下超额台区调整后的输出功率结果图。
[0046]
图6a为本发明一个具体示例中系统功率缺额状态下各个功率差额量的一致性迭代结果图。
[0047]
图6b为本发明一个具体示例中系统功率缺额状态下全局缺额功率量的一致性迭代结果图。
[0048]
图6c为本发明一个具体示例中系统功率缺额状态下缺额台区调整后的吸收功率
结果图。
[0049]
图7为本发明实施例的混合配电变压器集群互联系统的功率分配装置的结构框图。
具体实施方式
[0050]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051]
图1a为本发明实施例的混合配电变压器集群互联系统的结构示意图。
[0052]
需要说明的是，混合配电变压器集群互联系统是指由多个不同混合配电变压器台区构成的基于混合配电变压器集群互联的交直流配网系统，每个台区指由一个混合配电变压器进行配电的低压配电网区域，每个台区可包含作为能量转换核心的混合配电变压器、分布式电源以及直流负荷和交流负荷。
[0053]
如图1所示，混合配电变压器集群互联系统具有多个混合配电变压器台区，每个台区具有一个直流互联端口，直流互联端口连接至高压直流母线，相邻的台区之间通过通信线路进行通信连接。其中，相邻的台区是指在空间位置上相邻的台区，每个台区可以有多个相邻台区。
[0054]
基于图1所示的结构，各个混合配电变压器台区可以通过直流互联端口互联，进而通过直流互联端口向直流母线上发送功率或者通过直流互联端口从直流母线上吸收功率。
[0055]
图1b为本发明一个实施例的混合配电变压器台区的结构示意图。
[0056]
如图1b所示，每个混合配电变压器还具有一个高压交流端口(high voltage alternating current)、一个低压交流端口(low voltage alternating current)和一个低压直流端口lvdc(low voltage direct current)，各个混合配电变压器通过交流配网端口并联接入配电网交流母线，并通过直流互联端口互联，发送和接收功率；低压交流端口连接低压交流母线进而连接交流负荷，以及通过ac-dc连接分布式电源，低压直流端口连接低压直流母线进而通过dc-dc连接直流负荷和分布式电源。
[0057]
对于图1所示的混合配点变压器互联系统，本发明实施例提出了一种混合配电变压器集群互联系统的功率分配方法。
[0058]
图2为本发明实施例的混合配电变压器集群互联系统的功率分配方法的流程图。
[0059]
需要说明的是，本发明实施例的混合配电变压器集群互联系统的功率分配方法的执行主体可以是每个台区，也可以是一个连接所有通信线路的总的控制中心。也就是说，本发明实施例的执行主体可以位于每个台区内，也可以处于所有台区之外作为一个总的控制中心。
[0060]
如图2所示，该方法包括以下步骤s1至s4。
[0061]
s1，确定每个台区与其相邻台区之间的邻接通信拓扑情况。
[0062]
其中，邻接通信拓扑情况可以用于表征每个台区与其相邻台区之间的通信连接。
[0063]
具体地，每个台区可以通过通信线路与其相邻台区进行通信，进而得到邻接通信拓扑情况。
[0064]
s2，计算每个台区的功率差额量，并通过通信线路获取每个台区相邻台区的功率差额量。
[0065]
其中，功率差额量是指台区内产生的总功率与消耗的总功率之间的差值。
[0066]
具体地，每个台区可以计算自身的功率差额量，也可以通过通信线路获取相邻台区的功率差额量。
[0067]
s3，根据每个台区的邻接通信拓扑情况、功率差额量及其相邻台区的功率差额量，计算混合配电变压器集群互联系统的全局功率差额量。
[0068]
其中，全局功率差额量，是指以混合配电变压器集群互联系统为整体时，整个系统的功率差额量，其可以是所有台区的功率差额量的平均值。
[0069]
具体地，每个台区可根据邻接通信拓扑情况、自身的功率差额量及其相邻台区的功率差额量，计算混合配电变压器集群互联系统的全局功率差额量，从而每个台区仅通过稀疏通信(每个台区仅与相邻台区通信，而不需要与所有台区通信)即可得到全局功率差额量。
[0070]
需要说明的是，各个台区计算出的全局功率差额量可以是相同的。
[0071]
s4，根据全局功率差额量和所有台区的功率差额量，对所有台区的直流互联端口进行控制。
[0072]
具体地，每个台区根据全局功率差额量和自身的功率差额量，对自身的直流互联端口进行控制，例如控制直流互联端口为输出功率模式、吸收功率模式或者关闭模式，即每个台区可控制自身通过直流互联端口输出功率或者吸收功率，从而实现各个台区的分布式功率分配。
[0073]
本发明实施例中，在每个台区处于稀疏通信(不是所有台区间都有通信线路连接，只有相邻的台区间有通信连接)的前提下，仅通过与相邻台区通信即可获取全局功率差额量，进而根据全局功率差额量和台区的功率差额量，实现分布式功率分配，实现台区内部和台区之间的功率平衡。
[0074]
由此，本发明实施例的混合配电变压器集群互联系统的功率分配方法，通过相邻的台区之间的通信确定全局功率差额量，根据全局功率差额量和台区的功率差额量对直流互联端口进行控制，从而可以实现功率的分布式分配，使台区内部和台区之间的功率平衡。
[0075]
在本发明的一个实施例中，上述步骤s1，即确定每个台区与其相邻台区之间的邻接通信拓扑情况，可包括：根据所有台区和所有通信线路确定无向图，其中，将台区作为无向图的节点、将相邻的台区之间的通信线路作为无向图的边；确定无向图的邻接矩阵。
[0076]
具体而言，首先，根据所有台区和所有通信线路确定无向图g(v,e)，即：在交直流配电网中用无向图g(v,e)来表示各个混合配电变压器台区之间的通讯连接拓扑，其中，将每个台区视为无向图的节点，v＝{1,2,
…
,n}为有限非空节点集，n表示无向图中总的节点数目(也即所有混合配电变压器台区的总数)，将相邻的台区之间的通信线路作为无向图的边，e即为无向图的边集。
[0077]
之后，用一个n
×
n的矩阵a(a
ij
)来表示无向图的邻接矩阵。若台区i与j之间存在通信连接，说明无向图中节点i与j之间存在边，则邻接矩阵a中对应的元素a
ij
为1，否则为0，即如式(1)所示：
[0078][0079]
其中，(i,j)∈e表示节点i与j之间存在边(即台区i与j相邻)，表示节点i与j之间不存在边(即台区i与j不相邻)。
[0080]
进一步地，无向图g的度矩阵可以用d＝dig(d1,d2,
…
,dn)表示，其中di为节点i的度，值为其邻居节点的数量。无向图g的laplace矩阵(拉普拉斯矩阵)是一个双随机矩阵，用l(l
ij
)＝d-a表示，所以laplace矩阵l(l
ij
)中的元素l
ij
可通过式(2)得到：
[0081][0082]
在得到laplace矩阵后，根据矩阵-树定理(matrix-tree theorem)：连通图拉普拉斯矩阵的每个代数余子式相等，且等于图的生成树的数目。可知laplace矩阵l的每个代数余子式均为1，因此l对应的图中包含有一棵生成树，满足一致性算法各个节点状态变量收敛到一致的条件，因此在本发明中多个混合配电变压器台区互联的场景下一致性算法具有收敛性。
[0083]
下面通过一个具体示例说明；多个混合配电变压器台区互联的场景下一致性算法具有收敛性。
[0084]
图3a是本发明一个具体示例中的三个台区的通信拓扑图，图3b是本发明一个具体示例中的三个台区通信拓扑对应的无向图。
[0085]
如图3a所示，以三个混合配电变压器台区互联为例，第一混合配电变压器台区1(以下简称台区1)与第二混合配电变压器台区2(以下简称台区2)相邻、通过通信线路进行通信连接，第二混合配电变压器台区2(以下简称台区2)与第三混合配电变压器台区3(以下简称台区3)相邻、通过通信线路进行通信连接。根据图3a的通信拓扑图可以得到图3b所示的无向图。
[0086]
根据图b中的无向图以及式(1)、式(2)可求得三个台区互联的通信拓扑的laplace矩阵l为：
[0087][0088]
可知l的每个代数余子式均为1，因此l对应的图中包含有一棵生成树，满足一致性算法各个节点状态变量收敛到一致的条件，因此在本发明中三个混合配电变压器台区互联的场景下一致性算法具有收敛性。
[0089]
需要说明的是，在混合配电变压器台区中，功率流动主要涉及直流及交流负荷消耗功率p
l
，分布式电源产生功率p
dg
，交流配网端口功率ph(以功率流入台区为正)以及直流互联端口pc(以功率流出台区为正)。为了满足混合配电变压器内功率平衡的要求，对系统内任一混合配电变压器台区，需满足以下条件：
[0090]
ph p
dg-p
l-pc＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0091]
另外，为了满足交直流配电网系统内直流互联端口间的功率平衡，有如下约束条件：
[0092][0093]
其中，p
c,i
表示第i个台区的直流互联端口的功率。
[0094]
也就是说，公式(4)用来约束台区内部的功率平衡关系，公式(5)用来对各个台区直流互联端口的功率进行整体约束。
[0095]
在计算功率差额量时，根据台区电源生产功率和负荷消耗功率可得到台区的功率差额量。
[0096]
即在本发明的一个实施例中，上述步骤s2中的计算每个台区的功率差额量，可包括：获取每个台区的电源产生功率(是指电源产生的功率)和负荷消耗功率；计算电源产生功率与负荷消耗功率之间的差值，并将差值作为台区的功率差额量。
[0097]
具体而言，对于第i个台区，首先获取第i个台区的电源产生功率p
dg,i
和负荷消耗功率p
l,i
，进而可通过以下式(6)计算第i个台区的功率差额量p
d,i
：
[0098]
p
d,i
＝p
dg,i-p
l,i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0099]
由此，每个台区计算得到自身的功率差额量，计算出的功率差额量可能大于0、小于0或者等于0，其表征了台区的功率状态。每个台区还通过通信线路获取其相邻台区的功率差额量。
[0100]
之后，每个台区可根据邻接通信拓扑情况、自身的功率差额量及其相邻台区的功率差额量计算系统的全局功率差额量。
[0101]
需要说明的是，由于多个混合配电变压器台区互联的场景下一致性算法具有收敛性，因此各个台区可根据时间一致性算法计算全局功率差额量。
[0102]
时间一致性算法具体如下：
[0103]
基于一致性理论的分布式控制中，各个节点i可以通过稀疏通信网络与少量的相邻节点交换信息。令xi代表节点i的状态，则一致性算法经过迭代收敛后，最终的状态可以表示为
[0104][0105]
其中，xi(0)表示xi的初值。
[0106]
经过一致性迭代计算，可以使各个节点的状态变量最终收敛到相同的值，即状态变量初值的平均值。
[0107]
一致性算法的更新规则是实现状态变量统一收敛的关键，在用无向图表示的交直流配电网中，采用连续时间下的一致性算法迭代公式为：
[0108][0109]
其中，i＝1,2,
…
,n，j＝1,2,
…
,n，mi表示节点i的邻居节点集合，a
ij
表示邻接矩阵中的元素，xj表示xi的邻居节点。
[0110]
在本发明的一个实施例中，上述步骤s3即：根据每个台区的邻接通信拓扑情况、功
率差额量及其相邻台区的功率差额量，计算混合配电变压器集群互联系统的全局功率差额量，可包括：将每个台区的功率差额量作为状态变量、通过时间一致性算法计算混合配电变压器集群互联系统的全局功率差额量。
[0111]
具体而言，为了获取系统的全局功率差额量，对于台区i，将功率差额量p
d,i
作为一致性算法的状态变量，将p
d,i
代入式(7)，另外，考虑到实际情况中直流端口输入输出的功率存在上限，需要对p
d,i
进行约束，具体的更新公式如下：
[0112][0113]
其中，i＝1,2,
…
,n，j＝1,2,
…
,n，n表示多个台区的总数，p
d,i
表示第i个台区的功率差额量，p
d,j
表示与第i个台区相邻的第j个台区的功率差额量，k表示一致性迭代次数，p
d,i
(k)表示第i个台区第k次迭代后的功率差额量，a
ij
表示邻接矩阵中的元素，mi表示第i个节点的邻居节点集合，表示第i个台区的直流互联端口的功率上限值。
[0114]
将收敛后的全局功率差额量p
d,i
记为收敛于所有台区功率差额量的平均值，即为混合配电变压器集群互联系统的全局功率差额量。
[0115]
由此，通过以上公式(9)即可得到混合配电变压器集群互联系统的全局功率差额量，之后执行步骤s4，即根据全局功率差额量和所有台区的功率差额量，对所有台区的直流互联端口进行控制。
[0116]
在本发明的一个实施例中，上述步骤s4即根据全局功率差额量和所有台区的功率差额量，对所有台区的直流互联端口进行控制，可包括：根据每个功率差额量，确定功率差额量对应的台区处于功率超额状态、功率缺额状态或者功率平衡状态，以得到所有台区的功率状态；根据全局功率差额量确定混合配电变压器集群互联系统处于功率超额状态、功率缺额状态或者功率平衡状态，以得到混合配电变压器集群互联系统的功率状态；根据混合配电变压器集群互联系统的功率状态和所有台区的功率状态，对所有台区的直流互联端口进行控制。
[0117]
进一步地，根据每个功率差额量，确定功率差额量对应的台区处于功率超额状态、功率缺额状态或者功率平衡状态，可包括：在功率差额量大于0时，确定功率差额量对应的台区处于功率超额状态；在功率差额量小于0时，确定功率差额量对应的台区处于功率缺额状态；在功率差额量等于0时，确定功率差额量对应的台区处于功率平衡状态。
[0118]
再进一步地，根据全局差额功率量确定混合配电变压器集群互联系统处于功率超额状态、功率缺额状态或者功率平衡状态，可包括：在全局功率差额量大于0时，确定混合配电变压器集群互联系统处于功率超额状态；在全局功率差额量小于0时，确定混合配电变压器集群互联系统处于功率缺额状态；在全局功率差额量等于0时，确定混合配电变压器集群互联系统处于功率平衡状态。
[0119]
具体而言，根据p
d,i
的正负号，台区i的功率状态为如下三种功率状态中的一个：
[0120]
状态
①
(功率超额状态)：p
d,i
》0，此时混合配电变压器台区功率处于功率超额状态，可以通过互联端口将多余的功率发送至其他台区，此时控制互联端口为输出功率模式；
[0121]
状态
②
(功率缺额状态)：p
d,i
《0，此时混合配电变压器台区功率处于功率缺额状
态，需要通过互联端口吸收来自其他台区多余的功率，此时控制互联端口为吸收功率模式；
[0122]
状态
③
(功率平衡状态)：p
d,i
＝0，此时混合配电变压器台区功率处于平衡状态，此时控制互联端口为关闭模式。
[0123]
然而，为了满足系统内功率平衡，状态
①
的台区的直流互联端口发送超额功率时应考虑其他台区负荷的吸收能力，不能导致其他台区功率过剩；状态
②
的台区间对于吸收的额外功率应根据自身缺额功率的比例进行合理分配。结合台区间稀疏通信、无总代理的通信特点，需应用一致性算法设计合理的功率分配算法，利用本地及相邻节点功率信息间接获取全局功率信息，并结合全局功率差额量进行不同互联端口间的功率分配。
[0124]
通过判断全局功率差额量的值，即可获知系统全局的功率流动状态：
[0125]
表明此时系统整体处于功率超额状态，状态
①
台区的总超额功率大于状态
②
台区的总缺额功率，此时状态
①
台区不能直接将所有超额功率直接通过互联端口发出，需要对状态
①
台区的超额功率进行功率分配，调整状态
①
台区的差额功率量。
[0126]
表明此时系统整体处于功率缺额状态，状态
①
台区的总超额功率小于状态
②
台区的总缺额功率，此时状态
①
台区可以把所有超额功率通过互联端口发出，由状态
②
台区分配吸收；
[0127]
表明此时系统整体处于功率平衡状态，状态
①
台区的总超额功率等于状态
②
台区的总缺额功率，此时状态
①
台区可以把所有超额功率通过互联端口发出，由状态
②
台区吸收。
[0128]
也就是说，在得到全局功率差额量后，根据全局功率差额量的正负号，判断出混合配电变压器集群互联系统处于功率超额状态、功率缺额状态还是功率平衡状态，从而得到混合配电变压器集群互联系统的功率状态。之后根据混合配电变压器集群互联系统的功率状态和所有台区的功率状态，对所有台区的直流互联端口进行控制。
[0129]
在本发明的一个示例中，根据混合配电变压器集群互联系统的功率状态和所有台区的功率状态，对所有台区的直流互联端口进行控制，可包括：在系统处于功率超额状态且存在处于功率超额状态的台区时，将处于功率超额状态的台区的功率差额量进行调整，并根据调整后的功率差额量，控制对应的处于功率超额状态的台区通过自身的直流互联端口输出功率；
[0130]
在系统处于功率超额状态且存在处于功率缺额状态的台区时，根据功率差额量控制对应的处于功率缺额状态的台区通过自身的直流互联端口吸收功率；
[0131]
在系统处于功率超额状态且存在处于功率平衡状态的台区时，控制处于功率平衡状态的台区的直流互联端口关闭；
[0132]
在系统处于功率缺额状态且存在处于功率缺额状态的台区时，将处于功率缺额状态的台区的功率差额量进行调整，并根据调整后的功率差额量，控制对应的处于功率缺额状态的台区通过自身的直流互联端口吸收功率；
[0133]
在系统处于功率缺额状态且存在处于功率超额状态的台区时，根据功率差额量控制对应的处于功率超额状态的台区通过自身的直流互联端口输出功率；
[0134]
在系统处于功率缺额状态且存在处于功率平衡状态的台区时，控制处于功率平衡
状态的台区的直流互联端口关闭；
[0135]
在系统处于功率平衡状态且存在处于功率超额状态的台区时，根据功率差额量控制对应的处于功率超额状态的台区通过自身的直流互联端口输出功率；
[0136]
在系统处于功率平衡状态且存在处于功率缺额状态的台区时，根据功率差额量控制对应的处于功率缺额状态的台区通过自身的直流互联端口吸收功率；
[0137]
在系统处于功率平衡状态且存在处于功率平衡状态的台区时，控制处于功率平衡状态的台区的直流互联端口关闭。
[0138]
具体而言，在系统处于功率超额状态的情况下，将系统中处于功率超额状态(状态
①
)的台区的功率差额量进行调整、无需将系统中处于功率缺额状态(状态
②
)和功率平衡状态(状态
③
)的台区的功率差额量进行调整，在调整后，处于功率超额状态的台区根据调整后的功率差额量通过自身的直流互联端口输出功率，处于功率缺额状态的台区根据自身的功率差额量通过直流互联端口吸收功率，处于功率平衡状态的台区不输出功率也不吸收功率。此时，状态
①
台区输出的功率刚好被状态
②
台区吸收，实现台区内部和整个系统的功率平衡。
[0139]
在系统处于功率缺额状态的情况下，将系统中处于功率缺额状态(状态
②
)的台区的功率差额量进行调整、无需将系统中处于功率超额状态(状态
①
)和功率平衡状态(状态
③
)的台区的功率差额量进行调整，在调整后，处于功率缺额状态的台区根据调整后的功率差额量通过自身的直流互联端口吸收功率，处于功率超额状态的台区根据自身的功率差额量通过直流互联端口输出功率，处于功率平衡状态的台区不输出功率也不吸收功率。此时，状态
①
台区输出的功率刚好被状态
②
台区吸收，实现台区内部和整个系统的功率平衡。
[0140]
在系统处于功率平衡状态的情况下，无需将任何功率差额量进行调整，处于功率缺额状态的台区根据功率差额量通过自身的直流互联端口吸收功率，处于功率超额状态的台区根据自身的功率差额量通过直流互联端口输出功率，处于功率平衡状态的台区不输出功率也不吸收功率。此时，状态
①
台区输出的功率刚好被状态
②
台区吸收，实现台区内部和整个系统的功率平衡。
[0141]
由此，对于系统中的每个台区，可以结合自身的功率差额量和全局功率差额量，控制对应的直流互联端口输出功率、吸收功率或者关闭以及要输出或者要吸收的功率量，从而使整个系统和台区内部处于功率平衡状态。
[0142]
在本发明的一个示例中，将处于功率超额状态的台区的功率差额量进行调整，可包括：确定多个台区的总数；对于每个处于功率超额状态的台区，计算台区的功率差额量和总数间的乘积；将乘积作为状态变量、通过时间一致性算法计算系统的全局功率超额量；对于每个处于功率超额状态的台区，根据全局功率差额量、全局功率超额量、总数和台区的功率差额量，调整功率差额量。
[0143]
具体而言，系统整体处于功率超额状态时，需要调整状态
①
台区的功率差额量，设置状态
②
台区的差额功率为0后，将每个台区的功率差额量p
d1,i
乘以系统内台区数总数n后，将np
d1,i
作为状态变量，代入式(9)中进行一致性迭代计算，即可得到全局功率差额量p
exc
。即：对于每个台区，用np
d1,i
替换公式(9)中的p
d,i
、用np
d1,j
替换公式(9)中的p
d1,j
后，进行一致性迭代计算可得到全局功率超额量p
exc
。
[0144]
进一步地，为了使系统内处于功率超额状态，即状态
①
台区的超额功率尽可能得到消纳，按照状态
①
台区的超额功率占全局超额功率的比例进行分配，可通过以下公式调整状态
①
台区的功率差额量p
d1,i
：
[0145][0146]
其中，表示处于功率超额状态的台区的调整后的功率差额量，p
d1,i
表示处于功率超额状态的台区的调整前的功率差额量，表示全局功率差额量，p
exc
表示全局功率超额量。
[0147]
将状态
①
台区功率差额量p
d1,i
调整后，系统的全局功率差额量的理论分析值可推导如下：
[0148][0149]
由式(11)可知，通过式(10)对状态
①
台区的功率差额量p
d1,i
进行调整后，可使全局功率差额量为0，实现系统内部功率平衡，说明全局功率可以实现平衡，因此，在系统处于功率超额状态时，调整后的即可作为系统内状态
①
台区的互联端口输出功率。
[0150]
在本发明的一个示例中，将处于功率缺额状态的台区的功率差额量进行调整，可包括：确定多个台区的总数；对于每个处于功率超额状态的台区，计算台区的功率差额量和总数间的乘积；将乘积作为状态变量、通过时间一致性算法计算系统的全局功率缺额量；对于每个处于功率缺额状态的台区，根据全局功率差额量、全局功率缺额量、总数和台区的功率差额量，调整功率差额量。
[0151]
具体而言，系统整体处于功率缺额状态时，与系统处于功率超额状态的情形类似，需要调整状态
②
台区的功率差额量，设置状态
①
台区的差额功率为0后，将每个台区的功率差额量p
d2,i
乘以系统内台区数总数n后，将np
d2,i
作为状态变量，代入式(9)中进行一致性迭代计算，即可得到全局功率缺额量p
vac
。即：对于每个台区，用np
d2,i
替换公式(9)中的p
d,i
、用np
d2,j
替换公式(9)中的p
d1,j
后，进行一致性迭代计算可得到全局功率缺额量p
vac
。
[0152]
进一步地，为了使系统内处于功率缺额状态，即状态
②
台区的超额功率尽可能得到补偿，按照状态
②
台区的缺额功率占全局缺额功率的比例进行分配，可通过以下公式调整状态
②
台区的功率差额量p
d2,i
：
[0153][0154]
其中，表示处于功率缺额状态的台区的调整后的功率差额量，p
d2,i
表示处于功率缺额状态的台区的调整前的功率差额量，表示全局功率差额量，p
vac
表示全局功率缺额量。
[0155]
在系统处于功率缺额状态时，调整后的即可作为系统内状态
②
台区的互联端口输出功率。
[0156]
也就是说，若全局差额功率大于0，表明系统处于功率超额状态，各台区根据一致性算法计算全局超额功率量，并根据全局超额功率调整功率超额台区的功率差额值；若全局差额功率小于0，表明系统处于功率缺额状态，各台区根据一致性算法计算全局缺额功率量，并根据全局缺额功率调整功率缺额台区的差额功率值；若全局差额功率等于0，系统处于全局平衡状态，则直接进行下一步，即：各台区根据各自当前的功率差额值控制互联端口输出功率、吸收功率或者关闭，实现台区间功率互补和台区内部功率平衡。
[0157]
需要说明的是，本发明实施例的分配方法适用于包含超额台区、缺额台区和平衡台区中的至少一种台区的系统。
[0158]
如果系统中全是超额台区或者只有超额台区和平衡台区，那么公式(10)中的全局功率超额量p
exc
与分子上的是相等的，即也就是说在这种情况下经过式(10)的调整，所有超额台区的功率差额量都变成了0，不通过互联端口输出功率，或者输出功率为0。这时，结合式(4)可知，pc＝0，ph＝p
l-p
dg
《0，因为交流配网端口功率ph以功率流入台区为正，因此各台区通过交流配网端口输出超额功率，并进一步通过交流配网母线传输至其他配电网。
[0159]
如果系统中全是缺额台区或者只有缺额台区和平衡台区，那么公式(12)中的全局功率缺额量p
vac
与分子上的是相等的，即也就是说在这种情况下经过式(12)的调整，所有超额台区的功率差额量都变成了0，不通过互联端口吸收功率，或者吸收功率为0。这时，结合式(4)可知，pc＝0，ph＝p
l-p
dg
＞0，因为交流配网端口功率ph以功率流入台区为正，因此各台区通过交流配网端口从其他配电网吸收缺额功率。
[0160]
也就是说，如果系统中的各个台区只有缺额和平衡两种状态，那说明整个系统发电功率小于负荷功率，此时系统不可能通过台区间的功率互换实现功率平衡，必须从其他系统或者输电线路获取功率，获取功率后可以通过式(4)中的ph直接输送给缺额的台区。
[0161]
基于以上描述可知，本发明实施例中的每个台区，只需要与相邻的台区通信，就可以计算出全局功率差额量，此时不需要一个总的控制通信中心，可以实现完全的分布式控制，且方法简单有效，下面结合图4进行说明：
[0162]
图4为本发明一个示例的混合配电变压器集群互联系统的功率分配方法的流程图。
[0163]
如图4所示，首先，各个混合配电变压器与相邻台区通信获取邻接通信拓扑情况，并计算自身的功率差额量、获取相邻台区的功率差额量。然后，各个台区根据时间一致性算
法计算全局功率差额量，并判断全局功率差额量大于0、小于0还是等于0。在全局功率差额量大于0时，确定此时系统处于功率超额状态，于是各个台区根据一致性算法计算全局功率超额量，并根据全局功率超额量调整超额台区的功率差额量；在全局功率差额量小于0时，确定此时系统处于功率缺额状态，于是各个台区根据一致性算法计算全局功率缺额量，并根据全局功率缺额量调整超额台区的功率差额量；在全局功率差额量等于0时，确定此时系统处于功率平衡状态，则无需调整功率差额量，直接进行下一步，即：各个台区根据各自当前的功率差额量控制直流互联端口输出功率、吸收功率或者关闭，实现功率的完全分布式分配，实现台区内部和台区间的功率平衡。
[0164]
为了进一步说明本发明实施例可以实现功率平衡，下面通过一个具体示例进行说明。
[0165]
为了检验系统功率超额状态下功率输出分配策略的有效性，设置场景如下：假设台区中分布式电源与负荷配置稳定不变，初始状态下三个台区(第一混合配电变压器台区1、第二混合配电变压器台区2及第三混合配电变压器台区3)分布式电源产生功率分别为200kw，100kw，60kw；各个台区负荷消耗功率分别为80kw，75kw，120kw；迭代次数设为20次。该场景下台区状态变量迭代结果如图5a、5b、5c所示。
[0166]
图5a为本发明一个具体示例中系统功率超额状态下各个功率差额量的一致性迭代结果图，图5b为本发明一个具体示例中系统功率超额状态下全局超额功率量的一致性迭代结果图，图5c为本发明一个具体示例中系统功率超额状态下超额台区调整后的输出功率结果图。
[0167]
根据场景设置的初始状态，计算出三个台区的功率差额量分别为：120kw，25kw，-60kw，即台区1、2处于功率超额状态即状态
①
，台区3处于功率缺额状态即状态
②
。经过图5a中的一致性迭代之后，得到全局功率差额量中的一致性迭代之后，得到全局功率差额量表明当前系统处于功率超额状态，符合预设。根据本发明实施例中的功率分配方法，需对状态
①
的台区，即台区1和台区2进行超额功率调整，首先需要通过一致性算法迭代计算全局功率超额量，结果如图5b所示。从图中可以看出，经过一致性迭代收敛后，所有台区均获取到全局功率超额量为145kw的信息，验证了一致性算法的有效性。之后，对状态
①
台区的超额功率按照各台区超额比例进行调整，结果如图5c所示。从图中可以看出，调整之后最终台区1和台区2的输出功率分别为49.65kw和10.34kw，比值为49.65:10.34，与初始差额功率比24:5基本相符，实现了对状态
①
台区输出功率按超额比例分配，验证了本发明实施功率分配方法的有效性。之后，台区1通过自身的直流互联端口向直流母线输出49.65kw功率，台区2通过自身的直流互联端口向直流母线输出10.34kw功率，台区3通过自身的直流互联端口从直流母线上吸收60kw功率，从而实现台区内和台区之间的功率平衡。
[0168]
为了进一步检验系统功率缺额状态下功率吸收分配策略的有效性，设置场景如下：假设台区中分布式电源与负荷配置稳定不变，初始状态下三个台区(第一混合配电变压器台区1、第二混合配电变压器台区2及第三混合配电变压器台区3)分布式电源产生功率分别为100kw，40kw，0kw；各个台区负荷消耗功率分别为40kw，90kw，100kw；迭代次数设为20次。该场景下台区状态变量迭代结果如图6a、6b、6c所示。
[0169]
图6a为本发明一个具体示例中系统功率缺额状态下各个功率差额量的一致性迭代结果图，图6b为本发明一个具体示例中系统功率缺额状态下全局缺额功率量的一致性迭
代结果图，图6c为本发明一个具体示例中系统功率缺额状态下缺额台区调整后的吸收功率结果图。
[0170]
根据场景设置的初始状态，三个台区的差额功率量初值分别为：60kw，-50kw，-100kw，即台区1处于功率超额状态即状态
①
，台区2、3处于功率缺额状态即状态
②
。经过图6a中的一致性迭代之后，得到全局功率差额量p
d,i
＝-29.99《0，表明当前系统处于功率缺额状态，符合预设。根据本发明实施例中的互联端口功率分配方法，需计算全局功率缺额量，结果如图6b所示。从图中可以看出，通过一致性算法，所有台区均获取到全局功率缺额量为-150kw信息，验证了一致性算法的有效性。之后，仍需调整状态
②
台区的差额功率以实现对状态
②
台区的吸收功率分配。计算结果如图6c所示。可以看出，在迭代计算之后，台区2和台区3的吸收功率分别收敛至20kw和40kw，比例为1：2，与台区2和台区3的缺额功率-50：-100一致，反映出本发明中的功率分配策略实现了对吸收功率按缺额功率比例分配，验证了本发明功率分配策略的有效性。之后，台区1通过自身的直流互联端口向直流母线输出60kw功率，台区2通过自身的直流互联端口吸收20kw功率，台区3通过自身的直流互联端口从直流母线上吸收40kw功率，从而实现台区内和台区之间的功率平衡。
[0171]
综上所述，本发明实施例针对以混合配电变压器为核心的混合配电变压器台区互联构成交直流配电网中存在的台区间及台区内部功率不平衡的问题和分布式控制下稀疏通信拓扑无法直接获取全局信息的困难，基于时间一致性算法，提出了一种功率分配策略，可实现台区间的功率互补及台区内部的功率平衡。本发明实施例基于时间一致性算法，能够实现使每个台区在稀疏通信方式下，仅与相邻台区通信即可获取全局信息，并能实现对超额功率和缺额功率的匹配和按比例分配，实现台区内部和台区之间的功率平衡。
[0172]
图7为本发明实施例的混合配电变压器集群互联系统的功率分配装置的结构框图。
[0173]
本发明实施例的混合配电变压器集群互联系统具有多个混合配电变压器台区，每个所述台区具有一个直流互联端口，所述直流互联端口连接至直流母线，相邻的台区之间通过通信线路进行通信。
[0174]
如图7所示，该装置包括确定模块10、第一计算模块20、第三计算模块30和控制模块40。
[0175]
其中，确定模块10用于确定每个台区与其相邻台区间的邻接通信拓扑情况；第一计算模块20用于计算每个台区的功率差额量，并通过所述通信线路获取每个台区相邻台区的功率差额量；第二计算模块30用于根据每个台区的邻接通信拓扑情况、功率差额量及其相邻台区的功率差额量，计算所述混合配电变压器集群互联系统的全局功率差额量；控制模块40用于根据所述全局功率差额量和所有台区的功率差额量，对所有台区的直流互联端口进行控制。
[0176]
需要说明的是，该混合配电变压器集群互联系统的功率分配装置的具体实施方式及实施原理可参见上述混合配电变压器集群互联系统的功率分配方法的具体实施方式，为避免冗余，此处不再详细赘述。
[0177]
本发明实施例的混合配电变压器集群互联系统的功率分配装置，通过相邻的台区之间的通信确定全局功率差额量，根据全局功率差额量和台区的功率差额量对直流互联端口进行控制，从而可以实现功率的分布式分配，使台区内部和台区之间的功率平衡。
[0178]
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0179]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。