计及线路损耗的微电网分布式有功功率经济分配方法

摘要

本发明公开了一种计及线路损耗的微电网分布式有功功率经济分配方法，针对采用下垂控制的分布式电源，通过网损修正因子修正各分布式电源边际成本，以计及线路损耗对有功功率经济分配的影响。利用基于一致性算法的分布式策略，通过实现各分布式电源的修正边际成本一致，进行有功功率的经济分配。本发明采用修正边际成本，计及线路损耗的影响，与不考虑线路损耗的有功分配方法相比，线路损耗更低，并且仍有效降低系统发电成本，微电网经济稳定运行。分布式控制利用一致性算法迭代的方式，不需要中心控制器进行大量数据的处理，实现简单，适合网络结构多变的微电网系统。

说明书

技术领域

本发明属于微电网控制与优化技术领域，涉及一种计及线路损耗的微电网分 布式有功功率经济分配方法。

背景技术

微电网一般采用分层控制架构实现稳定运行，初级控制往往采用下垂控制， 实现功率自治分配及电气量的快速响应。微电网往往采用多种类型的分布式电源 并联供电的形式以提高供电可靠性，然而不同类型分布式电源的发电成本却不同， 传统下垂控制按容量比例分配功率的方式易造成系统运行成本偏高，微电网经济 性较差。

二级控制可进行功率经济分配以降低系统发电成本，往往采用集中式控制方 法：集中控制利用中心控制器采集微电网的所有信息，通过粒子群算法等启发式 算法处理信息，产生调节指令下发到各个本地控制器，实现功率经济分配；虽然 控制精度高，但是对中心控制器要求高，且易发生单点故障，可靠性低。分布式 控制方法在微电网控制方面具有极大的优势，其通过少量节点间的信息交互，实 现全局变量共享，再进行本地调节，控制精度和可靠性都较高，适合网络结构多 变的微电网系统。

发明内容

发明目的：本发明的目的是解决现有的微电网采用集中式方法，未采用分布 式策略，分配不经济的问题，从而提供一种计及线路损耗的微电网分布式有功功 率经济分配方法，利用网损修正因子修正各分布式电源边际成本的方式，计及线 路损耗对有功功率经济分配的影响；不同于传统的集中式方法，利用分布式策略 实现有功功率经济分配，并进行系统电压的恢复，微电网经济稳定运行。

技术方案：本发明采用以下技术方案：本发明所采用的技术方案是：一种计 及线路损耗的微电网分布式有功功率经济分配方法，包括以下步骤：

1)针对初级控制采用下垂控制的分布式电源，利用网损修正因子修正各分 布式电源边际成本的方式，计及线路损耗对有功功率经济分配的影响；

2)利用基于一致性算法的分布式策略得到平均修正边际成本和全局平均电 压信息，用于优化下垂控制的参考电压，实现各分布式电源修正边际成本一致， 从而进行有功功率的经济分配；进行系统电压的恢复，使微电网经济稳定运行。

作为优化，利用网损修正因子计及线路损耗对有功功率经济分配的影响。

分布式电源i的原始边际成本定义为：

$\frac{\partial C_i}{\partial P_{Gi}}=\frac{\partial ({\alpha }_i^2{P}_{Gi}+{\beta }_i{P}_{Gi}+{\gamma }_i)}{\partial P_{Gi}}=2{\alpha }_i{P}_{Gi}+{\beta }_i---\left(1\right)$

其中，C_i、P_Gi为分布式电源i的发电成本和发电功率，α_i、β_i、γ_i为成本系数。

分布式电源i的修正边际成本定义为：

${\mathrm{IC}}_i=\frac{\partial C_i}{\partial P_{Gi}}[1/(1-\frac{\partial {\mathrm{\Delta P}}_L}{\partial P_{Gi}})],i=1,2,...n---\left(2\right)$

式中，ΔP_L为微电网的线路损耗总和，为网损修正因子。

由于交流微电网为低压电网，其线路阻抗主要呈阻性，因此初级控制采用基 于P-V和Q-f特性的下垂控制，分布式电源输出的有功功率主要和电压有关，因 此支路i-j上有功功率可简化为：

$P_{ij}=U_i^2{g}_{ij}^{\prime }-U_i{U}_j{g}_{ij}^{\prime }---\left(3\right)$

式中，R_ij为支路i-j的电阻，U_i为节点i的电压。

节点功率为：

式中，P_Gi为节点i分布式电源发出功率，P_Di为节点i负荷，jωi表示Σ号后 标号为j的节点必须和节点i直接相连，但不包括i＝j的情况。

系统的线路损耗总和为节点功率之和：

${\mathrm{\Delta P}}_L=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{j\omega i}{\Sigma }{P}_{ij}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{j\omega i}{\Sigma }{g}_{ij}^{\prime }{U}_i(U_i-U_j)---\left(5\right)$

由式(4)和式(5)得到网损修正因子：

$\frac{\partial {\mathrm{\Delta P}}_L}{\partial P_{Gi}}=\frac{\partial {\mathrm{\Delta P}}_L}{\partial U_i}\frac{\partial U_i}{\partial P_{Gi}}=\frac{\underset{j\omega i}{\Sigma }2\left(U_i-U_j\right)g_{ij}^{\prime }}{\underset{j\omega i}{\Sigma }\left(2U_i-U_j\right)g_{ij}^{\prime }}---\left(6\right)$

作为优化，采用基于一致性算法的分布式策略。

作为优化，分布式策略为每个节点分配分布式控制器，控制器仅需与少量邻 居控制器进行信息交互。

作为优化，控制器采集本地节点电压、功率及线路阻抗信息，与邻居控制器 交互节点电压信息，计算修正边际成本，再与邻居控制器交互修正边际成本和节 点电压信息，通过一致性算法迭代，得到修正平均边际成本和全网平均电压信息， 进而计算得到本地分布式电源的目标功率，用于本地二级控制，修正下垂控制的 参考电压，实现分布式电源修正边际成本一致，从而进行有功功率经济分配，并 进行系统电压的恢复。

有益效果：本发明与现有技术相比：

(1)不考虑线路损耗的有功功率经济分配方法，仅利用原始边际成本进行控 制，与其相比，本发明的控制方法考虑线路损耗，利用网损修正因子修正分布式 电源的边际成本，线路损耗更低，并且仍能有效地降低系统发电成本，实现微电 网经济优化运行。

(2)与利用诸如粒子群算法、遗传算法等启发式算法的集中控制方法相比， 该分布式方法仅需节点电压和线路阻抗信息，无需获得负荷状态，通信量少；利 用一致性算法迭代的方式，实现简单，不需要高性能的中心控制器，且分布式控 制器要求低，可实现分布式电源“即插即用”的功能，可靠性高，适合网络结构多 变的微电网系统。

附图说明

图1是本发明分布式策略实现流程图；

图2是本发明微电网分层控制架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作更进一步的说明。

1.如图1所示本发明公开了一种计及线路损耗的微电网分布式有功功率经济 分配方法。

(1)针对初级控制采用下垂控制的分布式电源，考虑微电网的线路损耗，利 用网损修正因子修正分布式电源的边际成本。

(2)利用分布式策略，相邻节点交互节点电压和修正边际成本信息，通过一 致性算法得到平均修正边际成本和全局平均电压，用于本地二级控制，优化下垂 控制的参考电压，通过实现修正边际成本一致，进行分布式电源间有功功率经济 分配，并恢复系统平均电压至额定值，微电网经济稳定运行。

2.本发明利用网损修正因子计及线路损耗对有功功率经济分配的影响。

分布式电源i的原始边际成本定义为：

$\frac{\partial C_i}{\partial P_{Gi}}=\frac{\partial ({\alpha }_i^2{P}_{Gi}+{\beta }_i{P}_{Gi}+{\gamma }_i)}{\partial P_{Gi}}=2{\alpha }_i{P}_{Gi}+{\beta }_i---\left(1\right)$

其中，C_i、P_Gi为分布式电源i的发电成本和发电功率，α_i、β_i、γ_i为成本系数。

分布式电源i的修正边际成本定义为：

${\mathrm{IC}}_i=\frac{\partial C_i}{\partial P_{Gi}}[1/(1-\frac{\partial {\mathrm{\Delta P}}_L}{\partial P_{Gi}}],i=1,2,...n---\left(2\right)$

式中，ΔP_L为微电网的线路损耗总和，为网损修正因子。

网损修正因子的计算过程如下：

忽略对地支路，交流网络中某一条支路i-j中通过功率的表达式为：

$\begin{array}{c}{P}_{ij}=U_i^2{g}_{ij}-U_i{U}_j(g_{ij}{\mathrm{cos\theta }}_{ij}+b_{ij}{\mathrm{sin\theta }}_{ij})\\ Q_{ij}=-U_i^2{b}_{ij}+U_i{U}_j\left(b_{ij}{\mathrm{cos\theta }}_{ij}-g_{ij}{\mathrm{sin\theta }}_{ij}\right)\end{array}---\left(3\right)$

式中，支路i-j的电导和电纳为:R_ij、X_ij为支路 i-j的电阻和电抗；节点电压为：

$\left(\begin{array}{c}{\stackrel{·}{U}}_i=U_i{e}^{{\mathrm{j\theta }}_i}\\ {\stackrel{·}{U}}_j=U_j{e}^{{\mathrm{j\theta }}_j}\end{array}\right)---\left(4\right)$

交流微电网为低压电网，其线路阻抗主要呈阻性，R_ij>>X_ij，|g_ij|＞＞|b_ij|，θ_ij很 小，cosθ_ij≈1,sinθ_ij≈θ_ij。各分布式电源采用P-V和Q-f下垂控制，有功功率主要 和电压有关，因此支路有功功率可简化为：

$P_{ij}=U_i^2{g}_{ij}^{\prime }-U_i{U}_j{g}_{ij}^{\prime }---\left(5\right)$

式中，R_ij为支路i-j的电阻，U_i为节点i的电压。

节点功率为：

$P_i=P_{Gi}-P_{Di}=\underset{j\omega i}{\Sigma }{P}_{ij}=\underset{j\omega i}{\Sigma }{g}_{ij}^{\prime }{U}_i(U_i-U_j)---\left(6\right)$

式中，P_Gi为节点i分布式电源发出功率，P_Di为节点i负荷，jωi表示Σ号后 标号为j的节点必须和节点i直接相连，但不包括i＝j的情况。

系统的线路损耗总和为节点功率之和：

${\mathrm{\Delta P}}_L=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{j\omega i}{\Sigma }{P}_{ij}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\underset{j\omega i}{\Sigma }{g}_{ij}^{\prime }{U}_i(U_i-U_j)---\left(7\right)$

利用式(6)和式(7)得到网损修正因子为：

$\frac{\partial {\mathrm{\Delta P}}_L}{\partial P_{Gi}}=\frac{\partial {\mathrm{\Delta P}}_L}{\partial U_i}\frac{\partial U_i}{\partial P_{Gi}}=\frac{\underset{j\omega i}{\Sigma }2\left(U_i-U_j\right)g_{ij}^{\prime }}{\underset{j\omega i}{\Sigma }\left(2U_i-U_j\right)g_{ij}^{\prime }}---\left(8\right).$

3.本发明中采用基于一致性算法的分布式策略。

分布式策略为每个节点配置控制器。采用分布式通信网络，电力线路上相连 的节点必须相互通信，其他节点间的通信可合理设置以优化网络结构。控制器的 信息处理过程如图1所示，N_i代表与节点i相通信的邻居节点。

控制器i采集本地节点电压U_i、有功功率及线路阻抗信息，与邻居控制器交 互节点电压信息，利用式(1)、(2)和(8)计算修正边际成本IC_i，再与邻居控制器交 互修正边际成本和节点电压信息，按式(9)和(10)利用一致性算法迭代逼近，收敛 得到修正平均边际成本IC_ave和全网平均电压信息U_ave。

${\mathrm{IC}}_i[k+1]=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{d}_{ij}·{\mathrm{IC}}_j\left[k\right],i=1,2,...,n---\left(9\right)$

$U_i[k+1]=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{d}_{ij}{U}_j\left[k\right],i=1,2,...,n---\left(10\right)$

式中，d_ij为一致性算法的双随机矩阵中元素。

再由式(11)计算得到本地分布式电源的目标功率P_i^*，输出给本地二级控制器。

$P_i^{*}=\frac{{\mathrm{IC}}_{ave}-{\beta }_i}{2{\alpha }_i}---\left(11\right)$

如图2所示，本地二级控制器利用所得P_i^*和U_ave信息，以及检测得到的逆 变器输出功率P_i及额定电压U_n，进行PI控制，产生调节量δU_i,U和δU_i,P用于调 节下垂控制的参考电压，通过实现各分布式电源的修正边际成本一致，进行有功 功率经济分配，并调节全局平均电压至额定值以恢复由于功率控制导致的电压跌 落，微电网经济稳定运行。