考虑配网调度情况下的单三相多微网功率协调控制方法

技术领域

本发明涉及多微网协调控制技术领域，特别涉及一种考虑配网调度情况下的单三相多微网功率协调控制方法。

背景技术

微电网是一种将分布式电源、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一起的小型发配电系统。凭借微电网的运行控制和能量管理等关键技术，可以实现其并网或孤岛运行、降低间歇性分布式电源给配电网带来的不利影响，最大限度地利用分布式电源出力，高供电可靠性和电能质量。考虑风、光等分布式电源输出具有间歇性、随机性等特点，如何抑制微电网与大电网间联络线功率波动，减少微电网对电网的不利影响，受到广泛关注。随着微网大规模接入电网，一定区域内多个邻近微网因互联互供所需而形成多微网系统。在微网向智能电网发展的过程中，多微网系统成为继单微网之后的新型电网研究热点，而如何协调多个子微网高效可靠运行是多微网的研究核心及热点问题。

现有关于多微网联络线协调控制的研究多针对多微网系统内部功率协调优化，未考虑配网调度以及多微网系统对配网的影响。单三相混联多微网中单相子微网间功率缺额必然存在差异，不同的功率缺额注入到某一相时，可能引起三相不平衡现象。低压配电网若长期运行在三相电流不平衡状态，不仅增加低压线路的电能损耗，还增加配电变压器，甚至高压线路的损耗，减少设备使用寿命。为减少三相不平衡现象对配电网造成的不利影响，规定三相电流不平衡度不应超过15％。

经对现有技术文献的检索发现，一种基于预测控制的多微网协调控制方法(发明专利：CN201510050905.4)利用对偶分解方法将多微网系统分解成多个动态关联的子微网系统；然后引入拉格朗日协调因子将问题转化为针对每个子微网两层递阶优化问题，分散求解；最后利用梯度迭代算法进行协调，得到各个子微网的功率参考值，经过收发信模块为各个子微网提供功率参考值信号，实现多微网协调控制。该控制方法能够充分利用多个子微网，实现多微网系统与主网的功率交换，使馈线功率满足调节要求，实现并联结构的多微网之间的群组协调控制。但该方法只考虑多微网系统内部功率协调优化，未考虑配网调度以及多微网系统对配网的影响。

发明内容

本发明提出了考虑配网调度情况下的单三相多微网功率协调控制方法，所提方法可满足各层级微电网联络线功率要求，并有效减少该系统三相不平衡度，降低配电网变压器设备损耗及电网电能损耗，提高微电网工程的实用性。

考虑配网调度情况下的单三相多微网功率协调控制方法，该方法基于粒子群算法优化各子微网网际联络线功率值，同时考虑各储能系统相关状态决策出各储能出力。

进一步地，其具体步骤如下：

步骤1：区域型微电网中央控制器接受调度值P_set；

步骤2：计算各子微网稳定裕度MG_m[P_dis,P_ch]，其中P_dis和P_ch分别为子微网最大可放>

步骤3：基于粒子群算法，得到ε<b％下各相序单相微网群总调度裕度MMG'_A-Phase[P_dis',P_ch']，MMG'_B-Phase[P_dis',P_ch']，MMG'_C-Phase[P_dis',P_ch']，ε为三相不平衡度，P_dis'和P_ch'为各相序子微网群满足三相不平衡度约束下最大可放电和充电功率，b为设定的不平衡度规定值；

步骤4：判断调度值是否处于多微网出力范围之内；

步骤5：若不处于多微网出力范围之内，则各相序微网群中各子微网最大出力，控制流程结束；

步骤6：若处于多微网出力范围之内，由三相微网群和单相微网群的总调节能力差异，决策其所需弥补的三相功率差额P_3-Phase和单相功率差额P_1-Phase；

步骤7：以min{P_A-Phase|+|P_B-Phase|+|P_C-Phase|}为优化目标，三相联络线功率不平衡度为约束，决策三种相序子微网群总出力P_A-Phase,P_B-Phase,P_C-Phase，P_A-Phase为A相出力，P_B-Phase为B相出力，P_C-Phase为C相出力；

步骤8：按相序决策出各相序微电网群中各子微网出力。

进一步地，所述粒子群优化算法分别以各相序单相子微网群充放电功率最大化为目标函数，得到各相序单相子微网群在满足三相不平衡度小于b％时的最大功率调节裕度，所述目标函数如下：

其中，P'_dis(A-Pahse)、P'_dis(B-Pahse)、P'_dis(C-Pahse)为各相序单相子微网群放电功率，P'_ch(A-Pahse)、P'_ch(B-Pahse)、P'_ch(C-Pahse)为各相序单相子微网群充电功率，f₁为各相序单相子微网群放电功率最大化后的总和，f₂为各相序单相子微网群充电功率最大化后的总和。

进一步地，所述三种相序单相子微网实际总出力优化问题的求解过程可以表示如下：

目标函数为：min f＝min{|P_A-Phase|+|P_B-Phase|+|P_C-Phase}

优化过程中应满足：

由上述优化结果P_{A-Phase,PB-Phase,PC-Phase}，根据各子微网功率调节能力差异决策出各相序子微网群中各子微网具体出力。该方法考虑系统三相不平衡约束，基于粒子群算法优化各子微网网际联络线功率值，同时基于各储能系统相关状态决策出各储能出力。所提方法可满足各层级微电网联络线功率要求，并有效减少该系统三相不平衡度，降低配电网变压器设备损耗及电网电能损耗。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明提出了考虑配网调度情况下的单三相多微网功率协调控制方法。该方法考虑系统三相不平衡约束，基于粒子群算法优化各子微网网际联络线功率值，同时基于各储能系统相关状态决策出各储能出力。经实例验证，所提方法可满足各层级微电网联络线功率要求，并有效减少该系统三相不平衡度，降低配电网变压器设备损耗及电网电能损耗。

附图说明

图1是单三相混联多微网图。

图2是考虑配网调度情况下的单三相多微网功率协调控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

图1是单三相混联多微网图，本发明基于该拓扑设计功率协调控制方法。

图2是考虑配网调度情况下的单三相多微网功率协调控制方法流程图，其具体步骤如下：

步骤1：区域型微电网中央控制器接受调度值P_set；

步骤2：计算各子微网稳定裕度MG_m[P_dis,P_ch]；

步骤3：基于粒子群算法，得到ε<15％下各相序单相微网群总调度裕度MMG'_A-Phase[P_dis',P_ch']，MMG'_B-Phase[P_dis',P_ch']，MMG'_C-Phase[P_dis',P_ch']；

步骤4：判断调度值是否处于多微网出力范围之内；

步骤5：若不处于多微网出力范围之内，则各相序微网群中各子微网最大出力，控制流程结束；

步骤6：若处于多微网出力范围之内，由三相微网群和单相微网群的总调节能力差异，决策其所需弥补的功率差额P_3-Phase和P_1-Phase；

步骤7：以min{|P_A-Phase|+|P_B-Phase|+|P_C-Phase|}为优化目标，三相联络线功率不平衡度为约束，决策三种相序子微网群总出力P_A-Phase,P_B-Phase,P_C-Phase；

步骤8：按相序决策出各相序微电网群中各子微网出力。

进一步地，所述粒子群优化算法分别以各相序单相子微网群充放电功率最大化为目标函数，得到各相序单相子微网群在满足三相不平衡度小于15％时的最大功率调节裕度，所述目标函数如下：

进一步地，所述三种相序单相子微网实际总出力优化问题的求解过程可以表示如下：

目标函数为：min f＝min{|P_A-Phase|+|P_B-Phase|+|P_C-Phase|}

优化过程中应满足：

由上述优化结果P_{A-Phase,PB-Phase,PC-Phase}，根据各子微网功率调节能力差异决策出各相序子微网群中各子微网具体出力。

本方法设计如下算例进行方法验证。

假设某一家庭小区型多微网中有两个三相子微网MMGT1和MMGT2，两个A相子微网MMGA1和MMGA2，两个B相子微网MMGB1和MMGB2，一个C相子微网MMGC，它们共同组成单三相混联型多微网系统。配网调度功率由各子微网光伏、负荷、储能共同弥补，由于光储型多微网只有储能设备具有功率调节能力，因此调度功率差额完全由各子微网内储能设备弥补。各子微网功率调节稳定裕度如表1所示。

表1

以三相不平衡度低于15％为约束条件，基于粒子群算法求得各单相子微网群的极限调节裕度，即MGA＝[10.02kW,-8.00kW]，MGB＝[6.00kW,-12.90kW]，MGC＝[9.66kW,-9.00kW]。

由上述数据分析可得，多微网的总功率调节裕度为[49.68kW,-45.90kW]，其中三相子微网群的总调节裕度为[24.00kW,-16.00kW]，单相子微网群的总调节裕度为[25.68kW,-29.90kW]，在具体功率调节过程中可根据单三相子微网群功率调节能力的差异分配功率差额。

本算例设计三种多微网功率协调控制工况对所提出的功率协调控制策略进行验证，依次为配网调度指令值处于多微网出力范围之内(指令值为正/负)，指令值超出多微网出力范围，具体结果如表2所示。

(1)工况一：配网调度指令值为+40kW。

配网调度指令值处于多微网出力范围内，根据单三相子微网群功率调节裕度的差异，按24.00kW:25.68kW的比例分配调度指令，即三相子微网群需出力19.32kW，单相子微网群需出力20.68kW。

以各单相子微网充放电功率最小为优化目标，系统三相不平衡度为约束条件，基于PSO算法决策出三种相序子微网群的各自出力，可得：[P_A,P_B,P_C]＝[8.20kW,5.53kW,6.95kW]。

根据各具体子微网功率调节稳定裕度差异以及所需弥补的功率缺额，决策出各相序微网群中各子微网储能设备放电功率，具体如表2所示。

表2

(2)工况二：配网调度指令值为-40kW。

配网调度指令值处于多微网出力范围之内。根据单三相子微网群功率调节裕度的差异，可按-16.00:-29.90的比例分配配网调度指令，即三相子微网群需出力-13.94kW，单相子微网群需出力-26.06kW。

以各单相子微网充放电功率最小为优化目标，系统三相不平衡度为约束条件，基于PSO算法决策出三种相序子微网群的各自出力，可得：[P_A,P_B,P_C]＝[-7.84kW,-9.21kW,-9.00kW]。

根据各具体子微网功率调节稳定裕度差异以及所需弥补的功率缺额，决策出各相序微网群中各子微网储能设备充电功率，具体如表2所示。

(3)工况三：配网调度指令值为+60kW。

配网调度指令值超出多微网出力范围，各子微网按不平衡度约束下最大调节裕度出力，具体出力如表2所示。此时在系统三相不平衡度低于15％的最大约束条件下，整体多微网实际出力为49.68kW，远未满足配电网调度指令要求，但可减少系统三相不平衡度导致的系统损耗。在实际应用中，调度部门可根据实际需求选择按多微网稳定裕度出力或约束条件下调节裕度出力。

本发明所描述的具体实施例仅是对本发明精神的具体说明，本领域技术人员可以在不违背本发明的原理和实质的前提下对本具体实施例做出各种修改或补充或者采用类似的方式替代，但是这些改动均落入本发明的保护范围。因此本发明技术范围不局限于上述实施例。