基于台区融合终端的能量平衡自治控制方法与流程

本发明涉及配电网控制，具体是一种基于台区融合终端的能量平衡自治控制方法。

背景技术：

1、近年来，随着光伏发电在配电网中的渗透率不断提高，光伏发电的波动性和随机性给配电网的平稳运行和电能质量带来了一系列挑战。储能系统作为一种关键的解决方案，能够有效地调节光伏输出功率的波动，增强系统的光伏功率消纳能力，并且在需要时充当备用电源，以应对系统运行中的突发情况。

2、当前，集中式调控架构在应对高弹性多元融合配电网挑战时存在处理负荷过重、传输延迟导致实时性差等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种基于台区融合终端的能量平衡自治控制方法，针对高比例分布式电源台区群系统控制，采用分布式优化控制方法可以实现台区能量自治的目的，通过自学习算法管理分布式电源、储能系统以及柔性负荷，再结合台区局域信息，对整个台区进行能量控制，最终系统能够满足台区负荷要求，并达到台区能量自治的控制方法。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于台区融合终端的能量平衡自治控制方法，包括如下步骤：

4、步骤一、通过台区智能融合终端收集不同时间段的配电网负荷数据、光伏发电数据和柔性负荷数据，并对配网负荷、光伏以及柔性负荷的参数进行统计、预测；通过预测数据构建用于常态运行的目标函数集合，所述目标函数集合中的目标函数以建立储能功率分配为目标，旨在提高新能源的利用效率，实现台区无功功率的供需平衡以及减少配电网的损耗；

5、步骤二、根据所述目标函数集合，界定配电网、光伏系统和储能系统的运行约束条件，对整个配电网的能量平衡设置边界，配电网运用自学习算法根据负荷预测、配电网运行约束条件计算得到功率修正系数；

6、步骤三、根据所述运行约束条件，利用功率修正系数，对可调整资源的功率采用p-q解耦控制方法进行调整，从而使常态化目标函数

7、最优，达到台区能量平衡的目的。

8、进一步的，所述的基于台区融合终端的能量平衡自治控制方法，其特征在于，步骤一中通过台区智能融合终端采集配电网在不同时段的配电网负荷数据、光伏发电数据和柔性负荷数据，并根据历史数据预测下一天的负荷，具体包括：

9、通过台区智能融合终端收集到的历史数据进行分区，具体实施步骤如下：

10、

11、式中为第d天台区负荷在编号m的第n个目标时间点的负荷负载率，则第d天台区负荷在编号m的目标时间段内的状态平均值为，

12、

13、基于历史负荷数据，进行未来负荷预测，考虑的影响因素包括当日的温度、天气、星期、假期信息，赋予不同影响因数下的权重，得到负荷矩阵、以及光伏发电容量矩阵为：

14、

15、式中kt,kc,kw,kf分别为温度、天气、星期以及假期的不同权重系数。式中系数k通过当前负荷数据给予一定修正：

16、knew＝kold+α·δk (4)

17、其中，knew是新的系数，kold是旧的系数，α是学习率，δk是根据新的未知数计算出的系数修正值。

18、进一步的，基于台区融合终端的能量平衡自治控制方法，其特征在于，步骤一中通过预测数据构建用于常态运行的目标函数集合，是通过预测配网负荷中有功率、无功率以及光伏发电量，创建常态化目标函数集合，依靠目标函数建立储能功率分配的目标，实现新能源利用效率、台区内的无功功率供需平衡、配电网网损最小三个目标，具体实施步骤如下：

19、第一个目标是构建新能源利用效率目标，希望最大化其输出到电网的功率，新能源利用最大化用f1(pne)来表示：

20、f1(pne)＝η*t*s* (5)

21、其中，pne表示新能源功率输出，η表示为光伏调整功率系数，t为当前时刻所对应预测光伏发电容量时间，s*为上述预测在不同时间区段内光伏发电容量矩阵，通过调整光伏发电系数来最大化新能源输出；

22、第二个目标是尽可能地保证电压稳定，保证台区内的无功功率供需平衡，无功功率平衡用f2(qre,qld)表示：

23、f2(qre,qld)＝(∑qre-∑qld)2 (6)

24、其中，其中qre和qld分别是台区内的无功功率的产生和无功负荷需求；

25、第三个目标是使得整个配电网网损最小，同时希望配电网线损最小，用f3(pline)表示：

26、

27、式中是通过输电线路的电流，rline是线路的电阻；

28、总的目标函数是这些单独目标函数的加权和，每个目标的权重反映该目标的相对重要性：

29、f(pne,qre,qld,pline)＝w1·f1(pne)+w2·f2(qre,qld)+w3·f3(pline) (8)

30、其中,w1、w2、w3是非负权重系数，用于表示不同目标之间的重要性。

31、进一步的，所述的基于台区融合终端的能量平衡自治控制方法，其特征在于，步骤二中根据所述目标函数集合，界定配电网、光伏系统和储能系统的运行约束条件，对整个配电网的能量平衡设置边界，具体包括：

32、对配电台区电压偏差、波动约束进行描述：

33、|vi(t)-vabs|≤δvst (9)

34、|vi(t2)-vi(t1)|≤vlim (10)

35、其中，vi(t)为t时刻配电台区电压，vabs为配电台区标准电压，δvst为配电台区允许出现的最大电压偏差，vlim为配电台区允许出现的最大电压波动值。

36、对光伏系统输出功率约束进行描述：

37、ppv,min(t)≤ppv(t)≤ppv,max(t) (11)

38、其中，当配电台区负荷低于光伏输出容量时，ppv,min(t)为光伏下调后最小输出功率，ppv,max(t)为光伏下调后最大输出功率。

39、对储能系统的soc值约束、充放电功率约束和能量损耗进行描述：socmin≤soc(t)≤socmax (12)

40、0≤pcharge(t)≤pcharge,max (13)

41、0≤pdischarge(t)≤pdischarge,max (14)

42、

43、其中socmin为储能系统soc的下限，socmax为储能系统soc的上限；pcharge,max和pdischarge,max分别是充电与放电的最大功率限制；其中ηcharge和ηdischarge是充放电效率，ecapacity是储能设备的总能量容量，而loss(t)是在时间t内由于内部损耗导致的能量损失。

44、进一步的，所述的基于台区融合终端的能量平衡自治控制方法，其特征在于，步骤二中配电网运用自学习算法根据负荷预测、配电网运行约束条件计算得到功率修正系数，具体步骤如下：

45、在一个时间周期内采集智能融合终端的电压数据，计算电压偏差，同时与配电台区电压偏差、波动约束进行判断，当偏差值超出约束条件时，则继电保护设备动作；若在约束条件内，将得到的电压偏差值δv进行比较：

46、δv＝v-vhlmt(v＞vhlmt) (16)

47、δv＝0(vllmt≤v≤vh1mt) (17)

48、δv＝v-vllmt(v<vhlmt) (18)

49、式中vhlmt为电压波动最大值，vllmt为电压波动最小值；若δv＝0时，此时认为电网内能量平衡；若δv≠0时，且δv≤δvst记录电压偏差，同时由配网运行条件确定一个系数kqsenparam：

50、

51、δvadj＝kqsenparam*δqadj (20)

52、式中δvadj标准电压偏差；δqadj为光伏、储能和柔性负荷功率调整前后的变化量调；整后记录标准电压偏差，同时采集新的电压vnew与第一次采集的电压v计算出新的电压偏差δvadjnew：

53、δvadjnew＝vnew-v (21)

54、将得到的新的电压偏差与功率调整的变化量进行计算得出功率修正系数kqsenpv：

55、

56、引入不同的约束条件，可依次计算出光伏kqsenpv、储能kqsenbess和柔性负荷kqsenre的功率修正系数。

57、进一步的，基于台区融合终端的能量平衡自治控制方法中的p-q解耦控制，根据所述运行约束条件，利用功率修正系数，对可调整资源的功率采用p-q解耦控制方法进行调整，从而使常态化目标函数达到最优，达到台区能量平衡的目的，其中的调整系数运用在解耦控制中的电压安全控制、潮流安全控制、功率波动控制：

58、电压安全控制通过配网节点电压与标准电压之间的差值来判断是否需要进行调整，当节点电压出现偏差后，依次取储能、光伏、柔性负荷可调整的无功功率，再通过自学习算法得到的功率修正系数kqsenbess计算出调整后的电压偏差值δvadj：

59、δvadj＝kqsenbess*δqbess (23)

60、式中δvadj为电压偏差的标准值，δqbess为台区智能融合终端获取到的储能可调整的无功功率值，kqsenpv为自学习计算出的光伏功率修正系数；若光伏无功功率调整后电压偏差仍然存在，此时进行新一轮的电压调整，依次采用光伏功率修正系数、柔性负荷功率修正系数进行修正，直至电压偏差为台区允许范围；

61、潮流安全控制首先令调整无功前后功率因素为其中忽略电压变化，电流变化的计算简化为以下公式：

62、

63、

64、

65、其中，δqadj为计算光伏、储能以及柔性负荷的无功功率；当节点实际电流与标准电压和当前负荷之间的电流存在差值时，调整配网节点功率因数，判断功率因数调整后此时无需进行无功功率修正；

66、

67、δiq＝kqsenpv*δqpv (28)

68、若通过调节光伏、储能设备以及柔性负荷功率，采用自学习算法得到的功率修正系数；若光伏无功功率调整后节点电流偏差仍然存在，此时进行新一轮的电流调整，依次采用储能功率修正系数、柔性负荷功率修正系数进行修正，直至节点电流偏差消失；同时平衡节点电流，减少配网中电流不平衡引起的电压不平衡；平衡无功功率与有功功率提高配电台区的能耗，使常态化目标函数最优，配电台区能量平衡；

69、功率波动控制与潮流安全控制都采用电流控制，自学习修正系数同样运用再修正支路电流上，使支路功率波动满足配网运行；同时平衡节点功率，稳定配电台区功率供应，达到配电台区能量平衡的目的。

70、本发明的有益效果：

71、本发明提出了一种结合二次采集设备(ttu)台区内能量平衡控制方法，该设备通过收集台区内的电气量信息，结合台区负荷习惯，对台区进行光伏、储能以及负荷预测；在此基础上，构建常态化目标函数，通过常态化目标函数界定配电网约束条件，对光伏、储能和柔性负荷功率进行调整使得常态化目标函数达到最优，同时配电台区达到能量平衡；台区能量平衡控制方法还融入了自学习控制，该控制策略采用分布式优化调控技术，分别让光伏、储能和柔性负荷对配电网的能量进行补偿，使得配电网达到平衡的目的，同时保障电网稳定的前提下最大化光伏等分布式能源的利用，这不仅增强了电网对可变性负荷和可再生能源的适应能力，而且还有助于减少对传统化石燃料的依赖，推动能源结构的绿色转型；此外，配合储能系统的应用，能量可在需求低峰期存储起来，在高峰期释放，这样可以平滑能源供应曲线，进一步提升电网的供需平衡能力。