本發(fā)明涉及主動配電網(wǎng)的調(diào)度框架和調(diào)度方法，特別是涉及一種計及不確定性的主動配電網(wǎng)序貫魯棒優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)及調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

積極發(fā)展可再生能源發(fā)電技術(shù)，是我國調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇，分布式電源技術(shù)(DG)已成為我國能源可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)的焦點。分布式電源的大規(guī)模并網(wǎng)，給配電網(wǎng)的運行帶來了廣泛的影響和巨大的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)有的主動配電網(wǎng)調(diào)控策略主要包括：單時間斷面優(yōu)化調(diào)度、日前調(diào)度以及多時間尺度協(xié)調(diào)配合的分層調(diào)度。單時間斷面優(yōu)化調(diào)度未充分考慮傳統(tǒng)調(diào)控設(shè)備與分布式電源的區(qū)別，對配網(wǎng)實際運行指導(dǎo)意義不足；日前調(diào)度依賴于分布式電源的預(yù)測值，而分布式電源實際值與預(yù)測值往往存在一定的偏差，且預(yù)測時間越長，偏差越大，因此日前調(diào)度計劃往往精度不高；多時間尺度協(xié)調(diào)配合的分層調(diào)度仍是配電網(wǎng)安全約束越限后的被動調(diào)節(jié)，不是真正的主動控制與實時優(yōu)化，且其容易存在計算次數(shù)多，成本高的問題。

因此，現(xiàn)有技術(shù)存在調(diào)度時間尺度過低、對分布式電源不確定性處理能力不足等問題，不能確保配電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種采用雙層立體調(diào)度框架，小時級優(yōu)化調(diào)度與小時內(nèi)優(yōu)化調(diào)度結(jié)合的計及不確定性的主動配電網(wǎng)序貫-魯棒優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)及調(diào)度方法。

技術(shù)方案：一種計及不確定性的主動配電網(wǎng)序貫-魯棒優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，包括上層優(yōu)化模型和下層優(yōu)化模型；

上層優(yōu)化模型對傳統(tǒng)調(diào)控設(shè)備進行優(yōu)化，下次優(yōu)化模型對分布式電源進行實時優(yōu)化，下層優(yōu)化模型接收上層優(yōu)化模型的調(diào)度指令，進行小時內(nèi)的下層優(yōu)化，下層優(yōu)化模型將信息反饋給上層優(yōu)化模型。

其中，所述上層優(yōu)化模型為序貫優(yōu)化模型，所述下層優(yōu)化模型為魯棒自適應(yīng)有功-無功協(xié)調(diào)優(yōu)化模型；

所述序貫優(yōu)化模型為：

其中，u表示控制變量，x表示狀態(tài)變量，L(u,x)＝0表示等式約束，G(u,x)≤0表示不等式約束，P_loss表示系統(tǒng)網(wǎng)損；

所述魯棒自適應(yīng)有功-無功協(xié)調(diào)優(yōu)化模型為：

其中，為無擾動狀態(tài)下的目標函數(shù)，為有擾動狀態(tài)下的目標函數(shù)，g(P,Q)＝0表示等式約束，h(P,Q)≤0表示不等式約束；

分布式電源的最大有功出力仿射表達式為：

其中，p^max為分布式電源最大有功出力，為分布式電源最大有功出力的預(yù)測值，為最大擾動量，ε為分布式電源出力擾動因子，Ω為不確定集；

分布式電源最優(yōu)有功出力的自適應(yīng)函數(shù)，如下式所示：

p＝p₀+p(ε) (4)

p(ε)＝p_α1ε+p_α2ε^Tε+… (5)

其中，p為分布式電源最優(yōu)有功出力，p₀為無擾動情況下分布式電源的最優(yōu)有功出力，p(ε)為分布式電源有功出力隨擾動變化的自適應(yīng)函數(shù)，p_α1為分布式電源有功出力的一階擾動量，p_α2為分布式電源有功出力的二階擾動量，ε^T是ε的轉(zhuǎn)置；其中公式(5)為多項式函數(shù)，其項數(shù)具體個數(shù)與優(yōu)化模型的具體表達式相關(guān)；

分布式電源最優(yōu)無功出力的自適應(yīng)函數(shù)，如下式所示：

Q＝q₀+q(ε) (6)

q(ε)＝q_α1ε+q_α2ε^Tε+… (7)

其中，Q為分布式電源最優(yōu)無功出力，q₀為無擾動情況下分布式電源的最優(yōu)無功出力，q(ε)為分布式電源無功出力隨擾動變化的自適應(yīng)函數(shù)，q_α1為分布式電源無功出力的一階擾動量，q_α2為分布式電源無功出力的二階擾動量；其中公式(7)為多項式函數(shù)，其項數(shù)具體個數(shù)與優(yōu)化模型的具體表達式相關(guān)。

一種基于上述調(diào)度框架的調(diào)度方法，包括以下步驟：

(1)構(gòu)建上層優(yōu)化模型

針對主動配電網(wǎng)中的傳統(tǒng)調(diào)壓設(shè)備，進行小時級優(yōu)化調(diào)度，引入序貫優(yōu)化理論，進行序貫滾動優(yōu)化，構(gòu)建上層優(yōu)化模型；

(2)構(gòu)建下層優(yōu)化模型

基于上層調(diào)度指令，進行小時內(nèi)的下層優(yōu)化，充分發(fā)揮分布式電源的系統(tǒng)支撐能力，將不確定變量處理成區(qū)間的形式，采用魯棒自適應(yīng)優(yōu)化方法，構(gòu)建魯棒自適應(yīng)有功-無功協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，即下層優(yōu)化模型。

其中，所述步驟(1)進一步包括：

(a)上層制定調(diào)度計劃

上層制定調(diào)度計劃時，同時考慮傳統(tǒng)調(diào)控設(shè)備和分布式電源，但主要動作傳統(tǒng)離散調(diào)控設(shè)備，分布式電源的調(diào)控指令主要來源于下層優(yōu)化；

(b)獲取調(diào)度計劃

上層優(yōu)化以T為一個調(diào)度周期，每個調(diào)度周期開始進行優(yōu)化決策，獲取調(diào)度計劃；

(c)更新調(diào)度計劃

若當前時間距離傳統(tǒng)離散設(shè)備動作時間超過1小時，則每隔T₁時間進行一次滾動優(yōu)化，更新調(diào)度計劃；

若當前時間距離傳統(tǒng)離散設(shè)備動作時間小于1小時，則每隔T₂時間進行一次滾動優(yōu)化，更新調(diào)度計劃；

傳統(tǒng)離散設(shè)備動作之前T₃時間，再進行一次優(yōu)化，更新調(diào)度計劃。

上層優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型為：

其中，u表示控制變量，x表示狀態(tài)變量，L(u,x)＝0表示等式約束，G(u,x)≤0表示不等式約束，P_loss表示系統(tǒng)網(wǎng)損。

其中，上層優(yōu)化的調(diào)度周期T的取值范圍為1h～24h，T₁的取值范圍為20min～1h，T₂的取值范圍為10min～20min，T₃的取值范圍為3min～10min。

另外，下層優(yōu)化僅調(diào)控分布式電源的有功出力和無功出力，對分布式電源進行實時優(yōu)化；基于上層的調(diào)度指令，下層優(yōu)化采用魯棒自適應(yīng)有功-無功協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，將不確定變量處理為區(qū)間形式，構(gòu)建自適應(yīng)函數(shù)，構(gòu)建魯棒自適應(yīng)優(yōu)化模型，用以求取分布式電源的自適應(yīng)控制規(guī)則；優(yōu)化的時間粒度為T₄，即每隔T₄時間進行一次優(yōu)化調(diào)度，獲取該T₄時間內(nèi)的操作指令，T₄取值范圍為30s～5min；

主動配電網(wǎng)中，分布式電源的最大有功出力為不確定變量，其區(qū)間表達式如下所示：

其中，P^max表示分布式電源最大有功出力，表示區(qū)間出力的下限，表示區(qū)間出力的上限；

分布式電源的最大有功出力仿射表達式為：

其中，p^max為分布式電源最大有功出力，為分布式電源最大有功出力的預(yù)測值，為最大擾動量，ε為分布式電源出力擾動因子，Ω為不確定集；

分布式電源最優(yōu)有功出力的自適應(yīng)函數(shù)，如下式所示：

p＝p₀+p(ε) (11)

p(ε)＝p_α1ε+p_α2ε^Tε+… (12)

其中，p為分布式電源最優(yōu)有功出力，p₀為無擾動情況下分布式電源的最優(yōu)有功出力，p(ε)為分布式電源有功出力隨擾動變化的自適應(yīng)函數(shù)，p_α1為分布式電源有功出力的一階擾動量，p_α2為分布式電源有功出力的二階擾動量，ε^T是ε的轉(zhuǎn)置；其中公式(12)為多項式函數(shù)，其項數(shù)具體個數(shù)與優(yōu)化模型的具體表達式相關(guān)；

分布式電源最優(yōu)無功出力的自適應(yīng)函數(shù)，如下式所示：

Q＝q₀+q(ε) (13)

q(ε)＝q_α1ε+q_α2ε^Tε+… (14)

其中，Q為分布式電源最優(yōu)無功出力，q₀為無擾動情況下分布式電源的最優(yōu)無功出力，q(ε)為分布式電源無功出力隨擾動變化的自適應(yīng)函數(shù)，q_α1為分布式電源無功出力的一階擾動量，q_α2為分布式電源無功出力的二階擾動量；其中公式(14)為多項式函數(shù)，其項數(shù)具體個數(shù)與優(yōu)化模型的具體表達式相關(guān)；

主動配電網(wǎng)魯棒自適應(yīng)有功-無功協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，如下所示：

其中，為無擾動狀態(tài)下的目標函數(shù)，為有擾動狀態(tài)下的目標函數(shù)，g(P,Q)＝0表示等式約束，h(P,Q)≤0表示不等式約束。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：充分調(diào)用了主動配電網(wǎng)中的傳統(tǒng)調(diào)控設(shè)備和分布式電源，并根據(jù)其特點設(shè)計了雙層立體調(diào)度框架；在上層優(yōu)化調(diào)度中，引入了序貫優(yōu)化理論，確保了不確定性條件下，優(yōu)化決策的準確性與有效性，且相比于多時間尺度協(xié)調(diào)優(yōu)化，降低了運算次數(shù)，降低了成本；在下層優(yōu)化調(diào)度中，采用了自適應(yīng)魯棒優(yōu)化方法，實現(xiàn)了優(yōu)化決策隨擾動量變化而自適應(yīng)變化，確保了配電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性與安全性；本發(fā)明適用于大量分布式電源并網(wǎng)的主動配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明調(diào)度框架示意圖。

圖2是本發(fā)明調(diào)度方法等效圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的描述。

主動配電網(wǎng)中電壓調(diào)控資源眾多，通常劃分為傳統(tǒng)調(diào)壓設(shè)備和并網(wǎng)的可再生能源。傳統(tǒng)調(diào)壓設(shè)備大多為離散設(shè)備，調(diào)度周期長，響應(yīng)速度慢，且對動作次數(shù)往往有限制，以并聯(lián)電容器組、負載調(diào)壓變壓器為代表；可再生能源大多為連續(xù)設(shè)備，可快速響應(yīng)，對動作次數(shù)沒有限制，但具有隨機性和不確定性的特點，以分布式電源為代表。

可再生能源的大量并網(wǎng)帶來了大量的不確定性，在主動配電網(wǎng)的優(yōu)化運行中要充分考慮不確定性的影響，同時可再生能源可同時向配電網(wǎng)提供有功和無功支撐，應(yīng)充分調(diào)動一切可調(diào)動的資源，充分發(fā)揮可再生能源的作用，實現(xiàn)對配電網(wǎng)的主動控制與實時優(yōu)化。為消除可再生能源的出力不確定性的影響且充分發(fā)揮其對系統(tǒng)的支撐作用，提出序貫-魯棒自適應(yīng)的雙層優(yōu)化調(diào)控體系。

序貫優(yōu)化理論是用于不確定性動態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化決策方法，其任務(wù)是在一個調(diào)度周期內(nèi)，基于此前的優(yōu)化調(diào)度計劃和設(shè)備動作狀態(tài)，按照一定的時間約束，對調(diào)度計劃繼續(xù)修正，目的是實現(xiàn)對不確定性系統(tǒng)的優(yōu)化控制。

如圖1所示，一種計及不確定性的主動配電網(wǎng)序貫-魯棒優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，包括上層的序貫優(yōu)化和下層的魯棒自適應(yīng)優(yōu)化；其中，上層序貫優(yōu)化主要針對主動配電網(wǎng)中的傳統(tǒng)調(diào)壓設(shè)備，進行小時級優(yōu)化調(diào)度，下層魯棒自適應(yīng)優(yōu)化主要針對分布式電源進行小時內(nèi)的實時優(yōu)化；另外，上層序貫優(yōu)化向下層魯棒自適應(yīng)優(yōu)化發(fā)送上層指令，下層魯棒自適應(yīng)優(yōu)化將下層信息反饋給上層序貫優(yōu)化；上層序貫優(yōu)化分為決策階段1，決策階段2和決策階段3，其中，決策階段1至決策階段2的時間間隔大于決策階段2至決策階段3的時間間隔；下層魯棒自適應(yīng)優(yōu)化分為3個時段，每隔5min進行一次魯棒自適應(yīng)優(yōu)化。

一種基于上述調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度方法，包括以下具體步驟：

(1)針對主動配電網(wǎng)中的傳統(tǒng)調(diào)壓設(shè)備，進行小時級優(yōu)化調(diào)度，引入序貫優(yōu)化理論，進行序貫滾動優(yōu)化，構(gòu)建上層優(yōu)化模型；

(2)基于上層調(diào)度指令，進行小時內(nèi)的下層優(yōu)化，充分發(fā)揮分布式電源的系統(tǒng)支撐能力，將不確定變量處理成區(qū)間的形式，采用魯棒自適應(yīng)優(yōu)化方法，構(gòu)建魯棒自適應(yīng)有功-無功協(xié)調(diào)優(yōu)化模型。

上層制定調(diào)度計劃時，同時考慮傳統(tǒng)調(diào)控設(shè)備和分布式電源，但主要動作傳統(tǒng)離散調(diào)控設(shè)備，分布式電源的調(diào)控指令主要來源于下層優(yōu)化。

如圖2所示，為從0點至4點的調(diào)度方法等效圖，步驟(1)中，綜合考慮調(diào)度決策的低保守度、降低成本以及減少運算次數(shù)，上層優(yōu)化以4小時為一個調(diào)度周期，每個調(diào)度周期開始進行優(yōu)化決策，獲取調(diào)度計劃；若當前時間距離傳統(tǒng)離散設(shè)備動作時間超過1個小時，則30分鐘進行一次滾動優(yōu)化，更新調(diào)度計劃；若當前時間距離傳統(tǒng)離散設(shè)備動作時間小于1小時，則15分鐘進行一次滾動優(yōu)化，更新調(diào)度計劃；傳統(tǒng)離散設(shè)備動作之前5分鐘，再進行一次優(yōu)化，更新調(diào)度計劃。

上層優(yōu)化以系統(tǒng)網(wǎng)損最低為優(yōu)化目標，系統(tǒng)網(wǎng)損最低即為各節(jié)點的節(jié)點注入功率最低，其表達式如下：

其中，i為節(jié)點編號，N為節(jié)點個數(shù)，p_i為節(jié)點i的節(jié)點有功注入功率，P_loss為系統(tǒng)網(wǎng)損。

系統(tǒng)的潮流平衡約束，如下式所示：

S＝diag[V]·[Y]^*·[V]^* (17)

其中，S為節(jié)點注入功率向量，V為節(jié)點電壓向量，Y為節(jié)點導(dǎo)納矩陣。

電壓幅值約束，如下式所示：

其中，V_i為任意節(jié)點i電壓幅值，為任意節(jié)點i電壓幅值的下限，為任意節(jié)點i電壓幅值的上限。

并聯(lián)電容器組(CB)約束如下式所示：

其中，Q_i,CB為CB的無功出力，Q_i,CB,step為每組電容器提供的無功功率，N_i,CB為CB的組數(shù)且其為非負整數(shù)，為電容器組數(shù)的上限。

有載調(diào)壓變壓器(OLTC)約束如下所示：

其中，為OLTC的檔位，為OLTC檔位的上限，為OLTC檔位的下限。

分布式電源約束如下所示：

其中，和分別為分布式電源的有功出力和無功出力；和分別為分布式電源有功出力的下限和上限；和分別為分布式電源無功出力的下限和上限；為分布式電源容量。

上層優(yōu)化數(shù)學(xué)模型簡化形式如下所示：

其中，u為控制變量，包括負載變壓器(OLTC)檔位，并聯(lián)電容器(CB)檔位以及分布式電源的有功、無功出力；x為狀態(tài)變量，包括節(jié)點電壓幅值，線路容量等；L(u,x)＝0為等式約束，G(u,x)≤0為不等式約束，P_loss為系統(tǒng)網(wǎng)損。

步驟(2)中，綜合考慮預(yù)測的準確性以及減少計算次數(shù)，下層優(yōu)化以5分鐘為時間粒度，即每5分鐘進行一次優(yōu)化調(diào)度，獲取該5分鐘內(nèi)的操作指令。

下層優(yōu)化僅調(diào)控分布式電源的有功出力和無功出力，對分布式電源進行實時優(yōu)化?；谏蠈拥恼{(diào)度指令，下層優(yōu)化采用魯棒自適應(yīng)有功-無功協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，將不確定變量處理為區(qū)間形式，構(gòu)建自適應(yīng)函數(shù)，構(gòu)建魯棒自適應(yīng)優(yōu)化模型，用以求取分布式電源的自適應(yīng)控制規(guī)則，優(yōu)化的時間粒度為5分鐘。

主動配電網(wǎng)中，分布式電源的最大有功出力為不確定變量，其區(qū)間表達式如下所示：

其中，分別為區(qū)間出力的下限和上限。

將該區(qū)間形式表示為仿射形式，即分布式電源的最大有功出力仿射表達式，如下所示：

其中，p^max為分布式電源最大有功出力，為分布式電源最大有功出力的預(yù)測值，為最大擾動量，ε為分布式電源出力擾動因子，Ω為不確定集。

在此情況下，簡單的線性自適應(yīng)規(guī)則不能很好的擬合主動配電網(wǎng)的最優(yōu)運行點，需采用更精確的自適應(yīng)函數(shù)，使得優(yōu)化指令更加接近每種可能工況下的全局最優(yōu)運行點。

分布式電源最優(yōu)有功出力的自適應(yīng)函數(shù)為一個多項式函數(shù)，其表達如下式所示：

p＝p₀+p(ε) (25)

p(ε)＝p_α1ε+p_α2ε^Tε+… (26)

其中，p為分布式電源最優(yōu)有功出力，p₀為無擾動情況下分布式電源的最優(yōu)有功出力，p(ε)為分布式電源有功出力隨擾動變化的自適應(yīng)函數(shù)，p_α1為分布式電源有功出力的一階擾動量，p_α2為分布式電源有功出力的二階擾動量，ε^T是ε的轉(zhuǎn)置；

分布式電源最優(yōu)無功出力的自適應(yīng)函數(shù)同樣為一個非線性的多項式函數(shù)，其表達式如下所示：

Q＝q₀+q(ε) (27)

q(ε)＝q_α1ε+q_α2ε^Tε+… (28)

其中，Q為分布式電源最優(yōu)無功出力，q₀為無擾動情況下分布式電源的最優(yōu)無功出力，q(ε)為分布式電源無功出力隨擾動變化的自適應(yīng)函數(shù)，q_α1為分布式電源無功出力的一階擾動量，q_α2為分布式電源無功出力的二階擾動量；

自適應(yīng)魯棒優(yōu)化的思想在求取隨擾動變量變化而自適應(yīng)變化的決策，即其求解的是一個決策規(guī)則，而不是一個決策值。基于非線性的分布式電源有功出力及無功出力自適應(yīng)函數(shù)，構(gòu)建主動配電網(wǎng)自適應(yīng)魯棒有功-無功協(xié)調(diào)優(yōu)化模型。下層控制的數(shù)學(xué)模型如下所示：

其中，為無擾動狀態(tài)下的目標函數(shù)，為有擾動狀態(tài)下的目標函數(shù)，g(P,Q)＝0表示等式約束，h(P,Q)≤0表示不等式約束。