一种针对多端口配置的交直流柔性联合控制系统优化方法与流程

本发明涉及电力系统能量控制，尤其涉及一种针对多端口配置的交直流柔性联合控制系统优化方法。

背景技术：

1、随着“双碳”目标的推进，构建大量分布式新能源接入的新型电力系统以解决目前环境污染、资源紧缺的问题已经迫在眉睫。此外，负荷增长迅速对用户侧的供电可靠性和电能质量带来了挑战。直流电网具有传输容量大、供电可靠性高以及适应分布式新能源能力强的优势，已经得到更多的关注，研究包含直流电网、交流电网架构的交直流混合技术成为了当前的一个热门。

2、交直流柔性联合控制系统主要包含集中控制和分散控制，然而，集中控制对通信条件依赖较高，功率控制单元分散且数量较多时，通信速度会下降，严重影响供电可靠性；分散控制通过功率控制单元的本地信息实现控制，没有将整体系统协调优化考虑进去。随着近年来智能优化算法的快速发展，遗传算法、粒子群算法等典型智能算法已经在交直流混合电网优化中得到了一定的应用，并且在电力系统其他领域开展了研究。鹈鹕优化算法是近年来发展起来的一种元启发算法，使用鹈鹕狩猎行为来求解数学模型，具有搜索能力强、参数少、收敛精度高和速度快的优点，在求解非线性程度高的多端口交直流柔性联合控制系统优化方面拥有明显的优势。

3、多端口交直流柔性联合控制系统优化是一个纬度高、求解难度大以及非线性程度高的问题，因此，在多端口交直流柔性联合模块供电和负荷单元较多的环境下，如何联合能量控制系统实现对功率变换单元协调控制是目前的一个难点。

技术实现思路

1、针对多端口交直流柔性联合控制系统优化中纬度高、求解难度大、非线性程度高等问题，本发明提出一种针对多端口配置的交直流柔性联合控制系统优化方法。

2、为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

3、一种针对多端口配置的交直流柔性联合控制系统优化方法，所述方法包括：

4、构建分层式的多端口交直流柔性联合控制系统架构，包括第一层的功率控制和第二层的能量管理系统；

5、构建多端口交直流柔性联合控制系统的优化模型；

6、基于传统的鹈鹕优化算法进行改进，引入随机质量扰动行为；

7、利用改进后的鹈鹕优化算法对所述优化模型进行求解，得到各个功率变换装置的传输功率。

8、作为本发明的一种优选方案，第一层属于装置层面，所述功率控制包括底层控制和协调控制，所述底层控制是指直接对各个功率变换装置内部进行控制，所有功率变换装置接收第二层的控制指令并输出控制结果；所述协调控制是指对功率变换装置之间进行传输优化，功率变换装置之间的功率传输值由第二层给定。

9、作为本发明的一种优选方案，第二层属于调度层面，控制目的是维持系统整体优化；所述能量管理控制系统综合考虑电价、新能源利用率、损耗以及储能装置状态，结合量测数据、预测数据进行多目标优化，输出能量管理系统的调度命令，进行能量的全局管理，维持系统运行最优。

10、作为本发明的一种优选方案，所述优化模型以直流母线电压、功率控制单元容量、功率平衡为约束，以网损最小、经济性最优、储能充放电状态最佳为优化目标。

11、作为本发明的一种优选方案，所述以直流母线电压、功率控制单元容量、功率平衡为约束，具体包括：

12、直流母线电压约束：

13、udc·min＜udc＜udc·max；

14、式中：udc为直流母线电压；udc·min、udc·max分别为直流母线电压udc的最小值、最大值；

15、储能装置电池状态约束：

16、

17、式中：smin、smax分别为最小、最大的荷电状态值；s′为上一时刻荷电状态值；s为当前时刻荷电状态值；p为储能装置的额定功率；pb为储能装置反馈的传输容量；δt为充放电时间；

18、功率变换装置传输容量约束：

19、

20、式中：pk、qk分别为第k个功率变换装置传输的有功功率、无功功率；pkmin、qkmin分别为第k个功率变换装置传输的最低有功功率、最低无功功率；pkmax、qkmax分别为第i个功率变换装置传输的最高有功功率、最高无功功率；sk为第k个功率变换装置的输出容量；

21、功率平衡约束：

22、

23、式中：k为功率变换装置个数；pl为直流母线总负荷。

24、作为本发明的一种优选方案，所述以网损最小、经济性最优、储能充放电状态最佳为优化目标，目标函数f表示为：

25、min(f)＝w1f1s-w2f2s+w3f3s+w4f4s；

26、式中，f1s、f2s、f3s、f4s分别为系统损耗的目标函数f1、新能源利用的目标函数f2、购电价格的目标函数f3以及储能装置电池状态的目标函数f4经标准化后的值；w1、w2、w3、w4分别为各个目标函数的权重，且w1+w2+w3+w4＝1。

27、作为本发明的一种优选方案，所述系统损耗的目标函数f1表示为：

28、f1＝ploss1+ploss2；

29、其中，

30、

31、式中，ploss1、ploss2分别为功率变换装置损耗和输电线路损耗；k为功率变换装置个数；pk、ηk分别为第k个功率变换装置传输的有功功率、损耗系数；rk、uk分别为第k个功率变换装置的线路损耗、额定电压；

32、所述新能源利用的目标函数f2表示为：

33、f2＝ppv；

34、式中，ppv为光伏发电输出；

35、所述购电价格的目标函数f3表示为：

36、

37、式中，hk为第k个功率变换装置传输的单位电价，储能装置和光伏发电装置的电价不计；

38、所述储能装置电池状态的目标函数f4表示为：

39、f4＝(s-s*)2；

40、式中，s、s*分别为电池荷电状态实际值、期望值。

41、作为本发明的一种优选方案，所述基于传统的鹈鹕优化算法进行改进，引入随机质量扰动行为，具体包括：

42、种群初始化阶段：设鹈鹕数量和空间维度分别为n、m，则第i个鹈鹕的位置xi表示为：

43、xi＝[xi1，xi2，…，xim]；

44、其中xi1为第i个鹈鹕在一维空间中的位置，xi2为第i个鹈鹕在二维空间中的位置，xim为第i个鹈鹕在m维空间中的位置；

45、所有鹈鹕的位置x表示为：

46、

47、其中x1表示第1个鹈鹕的位置，x11为第1个鹈鹕在一维空间中的位置，x12为第1个鹈鹕在二维空间中的位置，x1m为第1个鹈鹕在m维空间中的位置；x2表示第2个鹈鹕的位置，x21为第2个鹈鹕在一维空间中的位置，x22为第2个鹈鹕在二维空间中的位置，x2m为第2个鹈鹕在m维空间中的位置；xn表示第n个鹈鹕的位置，xn1为第n个鹈鹕在一维空间中的位置，xn2为第n个鹈鹕在二维空间中的位置，xnm为第n个鹈鹕在m维空间中的位置；

48、对鹈鹕位置进行初始化得到：

49、xij＝lj+α·(uj-lj)；i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m；

50、式中，xij表示第i个鹈鹕的第j维的位置；α为0到1之间变化的随机参数；uj、lj分别是求解问题在第j维的上、下边界；

51、朝猎物移动阶段：鹈鹕在迭代过程中向猎物靠近，在随机分布搜索空间中寻优，鹈鹕位置更新公式如下：

52、

53、式中，为第i个鹈鹕朝猎物移动后更新的第j维的位置；σ为0到1之间随机变化的参数；pj为猎物的第j维的位置；i为取整参数，i＝1或i＝2；fp为猎物的目标函数；fi为第i个鹈鹕的目标函数；

54、当目标函数得到优化时，鹈鹕的位置更新表达式为：

55、

56、式中，为第i个鹈鹕更新后的位置；为新的第i个鹈鹕的目标函数；

57、划过水面阶段：鹈鹕划过水面时通过翅膀展开的方式提高局部搜索能力，更新表达式为：

58、

59、式中，为第i个鹈鹕划过水面后更新的第j维的位置；φ为0到1之间的随机参数；r为1或2的随机整数；d、t分别为当前迭代次数和最大迭代次数；

60、目标优化后的鹈鹕位置更新表达式为：

61、

62、式中，为第i个鹈鹕划过水面后的新位置；为第i个鹈鹕划过水面后新的目标函数；

63、引入随机质量扰动行为阶段：当任意鹈鹕质量低于阈值ξ时，鹈鹕采用莱特飞行的行为远离当前位置；当任意鹈鹕质量高于阈值ξ时，鹈鹕采用布朗运行对周围信息进行提取，表达式为：

64、

65、式中，qi为第i个鹈鹕质量；fworst为最差的总体适应度值；frand为总体适应度的随机值；levy为飞行机制；λ、β为常数，取值均为0.01；u、v为正态分布随机数，n表示分布函数，σu为参数u的正态分布；σv为参数v的正态分布；γ为标准gamma函数；w为变异控制因子；t为积分变量。

66、作为本发明的一种优选方案，所述利用改进后的鹈鹕优化算法对所述优化模型进行求解，得到各个功率变换装置的传输功率，具体包括：

67、对鹈鹕优化算法的种群规模、鹈鹕位置、鹈鹕寻优速度和迭代次数进行初始化；

68、根据所有鹈鹕位置得出各个功率变换装置的传输功率；

69、通过朝猎物移动阶段、划过水面阶段以及引入随机质量扰动行为阶段更新鹈鹕位置，进行目标优化，并判断是否达到最大迭代次数，若未达到，则返回上一步；若达到，则根据优化结果得到最终的各个功率变换装置的传输功率。

70、本发明的有益效果是：通过构建分层式的多端口交直流柔性联合控制系统架构，实现了对系统功率控制和能量管理的有效分层，不仅提高了系统的管理效率，还使得控制更为精准，有利于实现对多端口交直流柔性联合控制系统的全面优化；结合系统架构建立多端口交直流柔性联合控制系统的优化模型，能够更准确地反映系统的实际运行状况，有助于找到更为合理的系统配置和参数设置；传统的鹈鹕优化算法在某些复杂问题中可能存在收敛速度慢或求解精度不高的问题，通过对该算法进行改进，并引入随机质量扰动行为，可以增强算法的搜索能力和全局优化能力，从而提高求解效率和精度；利用改进后的鹈鹕优化算法对优化模型进行求解，可以更为高效地得到各个功率变换装置的传输功率，不仅可以减少求解过程中的计算量，还可以提高求解结果的准确性，提高了能量控制系统调度的经济性和资源利用率，从而确保多端口交直流柔性联合控制系统的稳定运行和高效性能。