考虑线路损耗的直流配电网分布式优化控制方法及系统

本发明涉及配电网，尤其涉及一种考虑线路损耗的直流配电网分布式优化控制方法及系统。

背景技术：

1、目前，中压直流配电系统因其提高多区域同步稳定性和促进多区域电力交换的能力而受到越来越多的关注，然而现有下垂控制仅用于实现调度指令的执行，响应功率波动，无法在控制过程中考虑负荷功率供给，且无法实现节点电压的主动钳制，其会导致电力在线路输送中具有较大的损耗，降低了电网的配电能力以及造成了能源浪费。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种考虑线路损耗的直流配电网分布式优化控制方法及系统，解决了传统的直流配电网配电方式中电力损耗较大的问题，提高了直流配电网的配电效率，提高了电能的分配合理性，提高了电能的利用率。

2、本发明提供一种考虑线路损耗的直流配电网分布式优化控制方法，包括如下步骤：

3、优化直流配电网的控制架构与通讯架构；

4、确定所述直流配电网向负荷处为主动供给模式；

5、建立所述直流配电网的负荷主动供给的数学模型，根据所述数学模型以及节点电压主动钳制条件确定所述直流配电网进行实时分布式优化的迭代计算方案，根据所述迭代计算方案确定所述主动供给模式时向负荷处供给电量时的最佳配电方案；

6、根据所述最佳配电方案生成控制所述主动供给模式的控制指令，所述直流配电网的控制架构根据所述控制指令进行电力输送。

7、本发明考虑线路损耗的直流配电网分布式优化控制方法的进一步改进在于，优化直流配电网的控制架构包括如下步骤：

8、建立所述直流配电网的物理电气网络，所述物理电气网络的线路呈环形拓扑结构，所述物理电气网络包括多个中压交流配电系统以及多个模块化多电平变换器，所述直流配电网中包括多个类型的负荷，所述负荷包括工业负荷、住宅负荷以及园区负荷。

9、本发明考虑线路损耗的直流配电网分布式优化控制方法的进一步改进在于，优化直流配电网的通讯架构包括如下步骤：

10、建立与所述物理电气网络相匹配的通讯拓扑结构，所述通讯拓扑结构包括对应所述模块化多电平变换器的控制器、观测器以及运算器，所述观测器用以观测所述负荷的信息以及用以测算发电预测数据以及耗电预测数据，所述运算器用以运算所述迭代计算方案，所述控制器用以响应所述控制指令。

11、本发明考虑线路损耗的直流配电网分布式优化控制方法的进一步改进在于，

12、基于建立所述数学模型时，

13、建立所述直流配电网的供电需求约束、负荷功率与节点电压的关系函数，

14、

15、其中，表示节点i负荷的供电需求约束，表示节点i负荷的负荷功率，i表示直流配电网的第i个节点，j表示直流配电网的第j个节点，表示节点i的电压，表示节点j的电压，表示节点i和j间的电导，表示与节点i相邻的节点集合；

16、构建拉格朗日乘子法形式的目标函数，

17、

18、其中，表示直流配电网的发电成本，表示直流配电网的线路损耗，表示发电成本最小对应的权重，表示线路损耗最小对应的权重，是与匹配的拉格朗日乘子，是负荷节点集合；

19、根据所述目标函数以及所述关系函数得到：

20、

21、以节点电压为关键变量，建立基于投影梯度下降法的直流配电网分布式实时优化迭代计算方案，

22、

23、其中，表示迭代计算过程中的中间变量，表示迭代计算过程中定义的中间变量，与将被发送到通讯架构中。

24、本发明考虑线路损耗的直流配电网分布式优化控制方法的进一步改进在于，

25、基于建立所述迭代计算方案后，

26、定义运算符，，其中，表示第一变量，表示第二变量，表示第三变量；

27、定义所述迭代计算方案中的最优解为中间变量，则得出，

28、

29、其中，表示迭代计算过程中定义的中间变量，表示迭代计算过程中定义的中间变量。

30、本发明考虑线路损耗的直流配电网分布式优化控制方法的进一步改进在于，所述控制架构包括模块化多电平变换器，所述模块化多电平变换器具有控制器，

31、基于建立所述直流配电网的负荷主动供给的数学模型之前，

32、设置所述控制器的节点电压和拉格朗日乘子的动态协议，

33、

34、其中，表示节点电压集合，表示集合，表示集合，表示的集合，w表示与模型收敛速度相关的负常数，可根据实际响应情况调整，

35、根据所述动态协议执行迭代计算方案。

36、本发明考虑线路损耗的直流配电网分布式优化控制方法的进一步改进在于，

37、基于执行所述迭代计算方案之前，

38、确定对应每一节点处的节点电压的取值范围，

39、

40、

41、

42、其中，表示对应每一节点处的节点电压的取值范围集合；

43、根据所述迭代计算方案计算出的最优节点电压需满足上述取值范围。

44、本发明考虑线路损耗的直流配电网分布式优化控制方法的进一步改进在于，包括如下步骤：

45、所述迭代计算方案中的最优解需满足下面验证条件，

46、

47、其中，是节点电压最优值集合，表示在节点电压最优值集合下的梯度，表示供电需求约束在节点电压最优值集合下的梯度，表示优化问题最优解集合中的拉格朗日乘子集合。

48、本发明考虑线路损耗的直流配电网分布式优化控制方法的进一步改进在于，包括如下步骤：

49、基于对应每一节点处的节点电压的取值范围时，

50、确定所述直流配电网的全部节点控制变量与必须通讯的变量，删减次要通讯变量；

51、确定采用电压标称值代替需用到的节点电压。

52、本发明还提供了一种考虑线路损耗的直流配电网分布式优化控制系统，用以执行如上所述的直流配电网分布式优化控制方法，包括：

53、分布式优化构建模块，用以获取直流配电网的电气拓扑结构，制定直流配电网的通讯网络架构，进而确定直流配电网参与分布式优化运行控制的节点，并构建节点之间的控制架构与通讯架构；

54、负荷主动供给约束模块，用以接收用户端的负荷需求信息，借助投影算子，将其纳入分布式优化迭代计算方案中，保证直流配电网向负荷处为主动供给模式；

55、节点电压主动钳制约束模块，用以钳制直流配电网的节点电压在允许范围之内；

56、迭代计算方案制定模块，用以确定直流配电网的数学模型，并结合控制器确定迭代计算方案；

57、通讯变量确定模块，用于以直流配电网的系统购电成本最小为优化目标，根据观测器测算的发电预测数据以及耗电预测数据，确定各个模块化多电平变换器的下垂控制参数；

58、分布式实时优化控制模块，用于将考虑多种运行约束与通讯信息的分布式优化的迭代计算方案嵌入到各节点的控制器；

59、控制指令执行模块，用以执行控制器发出的控制指令。

60、本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

61、1)本发明所提出的分布式实时优化迭代计算方案，能够实现所有节点的分布式迭代寻优，仅需要不同节点间通讯少量关键信息，完全保护全部节点的隐私信息，且能够将迭代过程嵌入到变换器的控制器中；

62、2)本发明所提的负荷主动供给条件与全系统节点电压主动钳制条件，能够将负荷供给和节点电压控制添加到下垂控制中，主动维持负荷供给功率与节点电压的波动范围；

63、3)本发明所提的基于投影梯度下降法的分布式优化运行控制，将优化过程嵌入到变换器控制器中，不仅能够实现变换器的稳定控制与调度指令的快速跟踪，还能够实现线路损耗等目标的实时优化与实现。

64、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。