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  • 基于MATLAB下的IEEE 33节点配电网仿真模型,数据已经调试完毕,并且有详细说明,让每个版本都能仿真出来,目前已经在2017a和2014a、matlab2018b成功仿真,童叟无欺!
  • 武汉大学电气与自动化学院的研究人员乐健、王曹、李星锐、周谦,在2019年第23期《电工技术学报》上撰文,基于分布式电源分组合作的模式,设计了适用于中压配电网的多目标分布式优化控制策略,为实现高渗透率分布式...

    武汉大学电气与自动化学院的研究人员乐健、王曹、李星锐、周谦,在2019年第23期《电工技术学报》上撰文,基于分布式电源分组合作的模式,设计了适用于中压配电网的多目标分布式优化控制策略,为实现高渗透率分布式电源接入的中压配电网分布式优化控制提供了技术参考。

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    高渗透率分布式电源接入运行是中压配电网发展的必然趋势。传统基于数据采集与监视控制(Supervisory Control and Data Acquisition,SCADA)系统的集中控制模式在实现配电网控制和优化的过程中需采集和处理大量信息,存在通信和计算压力大、可靠性不高等问题,特别是无法提供足够的可扩展性和即插即用性以满足高渗透率分布式电源接入控制的需求。

    自20世纪90年代以来,分布式优化控制理论得到了广泛研究,并在各个工程领域展开了大量实际应用,例如无人机编队和机器人协同控制。常用的分布式控制算法包括任务分解法和一致性收敛算法。一致性收敛算法中的各参与对象通过局部通信网络获取自身以及邻近对象的状态信息来控制自身状态的更新,使得各对象状态最终收敛至一致,应用一致性收敛算法的分布式控制也被称为分布式协同控制。

    • 有学者系统性地研究了带有通信时延、切换拓扑、牵制控制和量化数据情况下的多智能体系统渐近时间一致性问题。
    • 有学者提出了线性和非线性分布式协调控制器,使得多智能体系统实现加权平均一致性,并证明了网络的连通性是系统达到一致的关键。
    • 有学者说明了基于一致性协议的分布式协同控制算法可利用有限信息使各分布式发电单元收敛到同一状态值,且具有即插即用和可扩展性。

    为应对分布式电源接入日益增多的局面,分布式控制在电力系统中也逐渐得到关注,主要集中于电力系统经济调度、虚拟发电厂功率控制及微电网频频率控制等方面,在配电网电能质量控制中的应用较少涉及。

    • 针对中低压配电网的电压控制,有学者研究了通过调整光伏并网有功出力进行电压控制的策略,以解决下垂控制在孤岛运行时的有差调节问题,但该控制策略将影响并网稳态运行情况下功率控制效果。
    • 有学者分别提出了针对低压微网节点电压控制的新型下垂控制方法,并采用基于坐标旋转的虚拟功率控制策略实现了功率的解耦控制,但这些方法均属本地分散式控制,仅利用局部信息时控制效果欠佳。
    • 有学者进行了基于分布式电源(Distributed Generations, DG)合作的控制方法应用,阐述了通过合作式控制实现DG设定目标的机理,但其实现方式为分层控制,不属于完全意义上的分布式控制。
    • 有学者提出了分组合作式的分布式优化方法,以解决微网中DG最优出力问题,并通过调节DG无功出力来控制节点电压。但领导者节点在传递一致性变量的同时,也需传递一致性变量的变化量参考值,不符合一致性算法的原理和分布式控制的要求。
    • 有学者提出基于目标函数梯度信息的分组分布式优化策略,通过调节微网中DG的无功出力实现对节点电压的控制,但未给出梯度增益系数的整定方法,且还需传递一致性变量的变化量参考值。

    中低压配电网的一个显著特征是线路R/X较高。文献[21]指出,对于R/X较大的系统,节点电压对节点注入有功功率的灵敏度将大于节点电压对注入无功功率的灵敏度。在线路R/X较高的情况下,无功调节对节点电压的影响甚微,且无功调节可能造成网损的增加。此时采用有功功率进行节点电压控制才可获得较好的控制效果。

    武汉大学电气与自动化学院的研究人员乐健、王曹、李星锐、周谦,在2019年第23期《电工技术学报》上撰文提出了基于分布式电源分组合作的思路,采用分布式控制模式实现了中压配电网多目标优化控制。首先给出了配电网多目标分布式优化控制的系统框架,针对中压配电网R/X较大的实际,提出调节分布式电源有功出力来控制节点电压的方法。以功率利用率为一致性变量,给出了分组实现节点电压控制、配电网有功和无功功率控制的分布式优化控制算法,并对算法参数进行了整定。通过IEEE33节点系统的算例验证了本文方法的正确性和有效性。

    仿真结果表明,该算法不仅可控制若干重要节点的电压,实现配电网全局电压良好的分布,同时还可实现有功、无功功率的控制,使得配电网与上级电网交换的有功和无功功率保持为设定值,在负荷突变时本文算法也具有良好的收敛性能,具有较强的鲁棒性。

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    图1 基于DG分组的配电网结构

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    图2 多目标分布式优化控制算法流程

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  • 3.中原工学院 电子信息学院摘要随着经济水平的提高,分布式电源(DG)接入配电网技术应运而生。但分布式电源并网引起的电压等一系列问题,使配电网系统中电压无功控制的难度加大。然而,需求响应(DR)对配电网可调节...

    章健1,张玉晓1熊壮壮2,朱永胜3,谢加新1

    1.郑州大学 电气工程学院;2.国网山西省电力公司晋城供电公司;3.中原工学院 电子信息学院

    摘要

    随着经济水平的提高,分布式电源(DG)接入配电网技术应运而生。但分布式电源并网引起的电压等一系列问题,使配电网系统中电压无功控制的难度加大。然而,需求响应(DR)对配电网可调节资源的利用可充分发挥电力系统各个部分多元协调调度。此外,随着泛在电力物联网技术的发展,考虑DRDG资源优化配置的影响过程被提进日程。国内外学者对DR参与下的新能源配电网中电压无功优化的早期研究,集中于对DR的单一规划进行分析探究,但是建模比较简单,仅作为一个优化变量或考虑的因素参与系统优化,鉴于需求侧模型的复杂性,需对其精细化建模,为应对DR的多样性,应多角度建立不同模型以符合实际情况。

    针对以上情况,文中提出了通过需求响应的加入来分析需求侧对电压无功协调优化的方法。建立了可转移和可中断模型,以网络运行成本最小为目标函数,以电容器组(CB)和电抗器组(RB)、微型燃气轮机(MTG)、静止无功补偿器(SVC)、储能装置(ESS)和可中断可平移负荷等为控制变量,对电网电压无功协同优化。通过变量替换,将原始混合整数非线性模型线性化,建立混合整数二阶锥规划模型,最后通过IEEE33节点配电系统测试的结果检验所提模型的正确性。分析了需求响应前后对电压无功及电网络稳定的作用、补偿装置运行策略分析、对比方案1:考虑DR和方案2:不考虑DR的运行分析。结果表明:

    1)在主动配电网中,由储能装置、静止无功补偿器、分组投切电容器组和电抗器组等主动控制无功补偿装置及DR的协调作用,在保证电压质量的前提下可有效消纳分布式能源,提高了能源的利用率。

    2)计及需求响应后,配电网运行成本降低,网损下降,电压得到改善。因此,有效地将需求响应纳入配电网的优化调度中,可提高电网的安全性,经济型。

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    图1 优化前后节点18日电压波动曲线

    Fig.1 Node18 voltage curve of before and afteroptimization

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    图2 补偿装置运行策略

    Fig. 2 Compensation device operation strategy

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    图3 23:00两种方案的电压分布

    Fig. 3 Voltage distribution of two schemes at 23:00

    作者简介

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    章健,博士,郑州大学电气工程学院教授。主要研究方向是电力系统负荷建模电网规划。参与和主持过国家自然科学基金、河南省自然科学基金、河南省优秀青年骨干教师基金和一些省电力公司的负荷建模项目,1998年负荷建模成果获电力部科技进步二等奖,出版电力负荷建模专著一部。主持开发了潮流、短路、线损、无功优化、电网规划等十几套图形化电力应用软件。发表论文30余篇,其中EI检索论文4篇,中文核心期刊15篇。

    引用本文

    章健,张玉晓,熊壮壮,等.计及DR的新能源配电网电压无功协调优化[J].郑州大学学报(工学版),2020,41(02):61-66.ZHANG J,ZHANG Y X,XIONG Z Z,et al.Voltage Reactive Power Coordination Optimization of Distributed New Energy Network Considering DR[J].Journal of Zhengzhou University (Engineering Science),2020,41(02):61-66.

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  • 基于电力-交通耦合单元联系主动配电网和交通系统,针对耦合系统中配电负荷、分布式电源和电动汽车充电需求的不确定性,提出一种含电动汽车充电站选址决策的主动配电网二阶段鲁棒规划模型。随着配电网规模的不断扩大...

    武汉大学电气与自动化学院的研究人员孔顺飞、胡志坚、谢仕炜、杨黎、郑云飞,在2020年第5期《电工技术学报》上撰文,基于电力-交通耦合单元联系主动配电网和交通系统,针对耦合系统中配电负荷、分布式电源和电动汽车充电需求的不确定性,提出一种含电动汽车充电站选址决策的主动配电网二阶段鲁棒规划模型。

    随着配电网规模的不断扩大,大力发展风电和光伏发电等分布式电源(Distribution Generation, DG)已成为未来电网的发展方向。在获取经济效益的同时,为了应对DG的接入问题,传统配电网必须向具备潮流主动控制能力和与负荷互动能力的主动配电网(Active Distribution Network, ADN)转变。

    此外,电动汽车(Electric Vehicle, EV)作为一种全新的交通工具,在环保和节能方面具有重要的作用,因此也得到了广泛的应用。但电动汽车充电站的接入将带来充电负荷,其选址问题不仅与EV用户出行的便利有关,也将影响配电网的稳定性。因此,为了更好地解决能源危机和环境问题,建立EV充电站与配电网的协调规划模型将更具意义。

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    近年来,与EV充电站选址相关的研究成果已有不少。但是这些文献虽在充电站规划或ADN规划上做了大量工作,但就EV和ADN的协同规划方面还有所欠缺。此外,考虑EV充电问题的ADN系统含有大量的不确定元素,主要包括交通网络中的用户充电需求、配电网络中的负荷需求和DG出力。现有研究多采用随机规划法或鲁棒优化法来建立相关不确定性模型。

    随机规划法通常以场景期望值法或是基于概率密度分布函数的机会约束规划法来建立模型。前者为了保证精度,通常需要大量的场景数据,进而降低计算效率,无法适用于大规模优化问题;后者不仅难以获得准确的概率密度分布,且属于非凸规划,需转为确定性模型才可求解,过程相对复杂。

    相比之下,鲁棒优化基于确定性集合来建立不确定性模型,不仅易于实现,而且不需大量的数据或是被概率分布所限制。因此,鲁棒优化在处理不确定性模型中更具优势且得以广泛应用。

    有学者针对风电与价格型需求响应存在的不确定性,提出了一种适用于预调度方案可行性检测的鲁棒调度方法。有学者均考虑了风电出力的不确定性,分别以无功优化和配电网扩展规划为重点进行鲁棒优化。

    目前,国内外关于鲁棒优化在充电站选址或是ADN规划中还鲜有应用。有学者对DG和负荷建立了一定保守度的不确定性时序集合,构建了主动配电网分层鲁棒规划模型。有学者采用基约束鲁棒方法,考虑EV充电需求的不确定性,建立了充电站选址决策模型。前者虽考虑了场景的鲁棒性,但本质上仍属于场景法,不属于鲁棒优化的范畴;后者虽应用了鲁棒优化,但没有考虑EV充电对配电网的影响,也没有涉及ADN,模型偏于简单。

    针对以上不足,武汉大学电气与自动化学院的研究人员通过耦合单元来联系ADN和交通网,考虑系统中主要的不确定性元素,提出了一种含EV充电站选址决策的ADN二阶段鲁棒规划模型。

    第一阶段优化投资决策方案,在考虑第二阶段可行性的基础上展开规划,不仅包括电动汽车充电站的选址、配电线路的升级与扩建,而且考虑分布式电源、静止无功补偿器、有载调压变压器、储能等设备的投资;第二阶段考虑运行层,用于不确定参数的关键场景辨识和可行性检测。针对所提模型呈现的min-max-min形式的二阶段优化问题,采用列约束生成与Benders分解相结合的二阶段法进行求解。最后,以一个由改进的33节点配电系统和25节点交通系统耦合而成的网络为例进行仿真。仿真结果表明,模型的不确定度将对规划结果产生较大的影响。当合理选择不确定度的数值时,二阶段鲁棒规划将比确定性规划更具经济价值。

    研究人员最后指出,该规划方法充分考虑了耦合系统中相关不确定元素以及OLTC、SVC、ESS和DG的联合投资运行,能够针对鲁棒规划问题为规划人员提供新的思路,并得出以下结论:

    • 1)在配电网规划中考虑多种投资设备的联合运行能够有效改善网络的功率和电压分布,充分体现了此类规划方案的优越性。
    • 2)CCG-Benders法能够有效求解含min-max- min形式的二阶段鲁棒规划问题,且具备较高的求解效率。
    • 3)当不确定度选取合理时,相比确定性模型,鲁棒规划模型可以有效降低运行成本和交通充电成本,并在规划年限内成功回收投资成本,更具经济价值。
    • 4)对鲁棒规划模型而言,不确定度的增大会提高系统的年运行成本。当不确定度取得过大时,模型的迭代次数和寻优时间均会变得更大,甚至无可行解。因此,在实际应用中应合理选择不确定度的数值。

    以上研究成果发表在2020年第5期《电工技术学报》,论文标题为“含电动汽车充电站的主动配电网二阶段鲁棒规划模型及其求解方法”,作者为孔顺飞、胡志坚、谢仕炜、杨黎、郑云飞。

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  • 最后,通过对改进的IEEE33节点算例进行仿真,对所提出的分布式协调控制算法的实用性和有效性进行充分验证。 Abstract This paper explores a distributed coordinated control algorithm for active distribution ...

    原文标题:Distributed Voltage Control for Active Distribution Networks Based on Distribution Phasor Measurement Units

    原文链接:

    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261918311966#f0005

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    Highlights

    (1) A distributed network loss optimization is present to increase energy utility.

    (2) A topology simplification by DPMU data at controllable DGs/loads is proposed.

    (3) A fully distributed method to control voltage is proposed.

    (4) The coordinated control system isbased on incomplete measurement data.

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    摘 要

    随着综合能源的接入和电力市场的开放,配电系统从传统放射状形态转变为多端互联网络,并进一步向多层、多级、多环、多态复杂网络方向发展。未来智能配电网的运行与控制将面临参与对象更广泛、运行目标更多元、控制方式更灵活等多种挑战。随着配电系统变得日益复杂,配电网量测不足,拓扑信息缺失等实际问题使得基于全网量测信息的集中式协调控制方法已不能很好地适用于未来配电网。近些年,大量学者试图通过利用更先进更精确的量测装置和更复杂的监控系统来解决上述问题。本文提出一种基于配电系统同步相量量测装置(distribution phasor measurement unit,DPMU)不完全量测信息的配电系统分布式协调控制算法。该算法利用DPMU同步测量信息对配电系统中部分重要节点进行不完全量测信息采集,并利用DPMU同步量测信息对配电网络进行等效化简;随后,利用多代理系统(multiple agent system, MAS)对简化后的配电系统进行分布式电压控制与实时网络损耗优化。当系统中出现电压越界时,MAS利用局部的测量数据和通信,通过完全分布式计算求取电压-功率灵敏度,实现对全局电压的控制;当配电系统不存在电压越界时,MAS根据本地信息对配电系统进行就地功率平衡以优化网损;最后,通过对改进的IEEE33节点算例进行仿真,对所提出的分布式协调控制算法的实用性和有效性进行充分验证。

    Abstract

    This paper explores a distributed coordinated control algorithm for active distribution networks (ADNs) based on measurements of distribution phasor measurement units (DPMUs) that are only installed at a portion of network nodes. First of all, anetwork topology simplification method is proposed to deal with the lack of impedance and power information in ADNs. Specifically, sub-networks with unknown impedance and power information are transformed to simplified networks with known equivalent parameters that are derived from the measurements of DPMUs at the sub-network boundaries. After that, a fully distributed control strategy utilizing a multiple agent system (MAS) is employed to control voltage during voltage excursions in ADNs, and to optimize network losses if no voltage excursions occur. MAS achieves global voltage control through distributed decision-making according to the voltage-power sensitivities that are calculated by each agent based on local and neighbourhood measurements. MAS balances reactive power locally to reduce network active power losses. The convergence of the proposed distributed voltage control method is proved. Finally, the feasibility and effectiveness of the proposed method has been demonstrated on a modified IEEE 33-bus system.

    KEYWORDS:

    DPMU measurements;

    network topology simplification;

    distributed voltage control;

    real-time network loss optimization.

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    Fig. 1.  Network topology simplification based on measurements of two DPMUs.

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    Fig. 2. Process of the network topology simplification when t=t1.

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    Fig. 3. Voltage profile of 25 nodes after voltage control.

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    Fig. 4. Errors of voltage magnitude and phase angle.

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    主要作者介绍

    王笑雪,博士,天津大学电气自动化与信息工程学院,主要从事有源配电网电压控制与分布式控制算法研究。

    王成山,博士,天津大学电气自动化与信息工程学院教授、院长,智能电网教育部重点实验室主任。教育部“长江学者奖励计划”特聘教授,国家“杰出青年基金”获得者,国家重点基础研究发展计划项目(973项目)首席科学家,何梁何利科学与技术进步奖获奖人,教育部创新团队负责人,科技部重点领域创新团队负责人。主要从事配电网与微电网等领域的研究工作。曾获得国家科技发明二等奖1项,国家科技进步二等奖3项,研究成果入选“中国高校十大科技进展”,发表论文400余篇,授权发明专利67项目,出版著作6部,培养博士40余人。

    徐弢,通讯作者,博士,天津大学电气自动化与信息工程学院副教授,主要从事配用电系统及微电网的规划,运行控制方法以及分布式智能决策方法方面的研究工作。

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     关于我们 

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      本期小编:闫丹,清华大学博士后。

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    《Applied Energy》是世界能源领域著名学术期刊,在全球出版巨头爱思唯尔 (Elsevier) 旗下,1975 年创刊,影响因子7.900,高被引论文ESI全球工程期刊排名第4,谷歌学术全球学术期刊第91,本刊旨在为清洁能源转换技术、能源过程和系统优化、能源效率、智慧能源、环境污染物及温室气体减排、能源与其他学科交叉融合、以及能源可持续发展等领域提供交流分享和合作的平台。

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    2019-08-22 16:39:28
    适应于在MATLAB的IEEE 33节点配电网模型,可以进行潮流计算。
  • IEEE 33节点配电网

    2019-11-26 15:51:16
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