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        基于模糊決策算法的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比方法

        2021-08-11 06:34:44昊,金鑫,戈
        東北電力技術(shù) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:增益儲(chǔ)能分布式

        袁 昊,金 鑫,戈 君

        (國網(wǎng)銀川供電公司,寧夏 銀川 750000)

        目前在主動(dòng)配電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展下,構(gòu)建優(yōu)化的主動(dòng)配電網(wǎng)能量均衡控制模型,通過參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)和配網(wǎng)控制算法設(shè)計(jì),并結(jié)合主動(dòng)能量控制的方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制,提高主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量。研究主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比模型,對(duì)優(yōu)化主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能設(shè)計(jì)和容量擴(kuò)容方面具有重要意義[1],相關(guān)的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比設(shè)計(jì)方法研究也受到人們的重大關(guān)注。

        主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的最佳配比設(shè)計(jì)是建立在控制主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量參數(shù)的基礎(chǔ)上,通過空間參數(shù)融合和能耗均衡配置的方法,建立主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比均衡調(diào)節(jié)模型,在傳統(tǒng)方法中,對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制方法主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法、PID控制方法、配電網(wǎng)安全約束控制方法等[2-4],上述方法通過構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制模型,結(jié)合對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量參數(shù)分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量均衡調(diào)度和優(yōu)化控制,但上述方法進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比的自適應(yīng)性不好,均衡度不高[5]。針對(duì)上述問題,本文提出基于模糊決策算法的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比方法。首先采用并聯(lián)電容器開關(guān)切換的方法構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量增益調(diào)節(jié)模型,分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能匹配參數(shù),以電源、儲(chǔ)能及可控負(fù)荷等為約束參數(shù),采用模糊決策算法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量配置過程中的尋優(yōu)調(diào)度,分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量二階錐規(guī)劃模型,然后根據(jù)潮流約束和配電網(wǎng)的分布式區(qū)間協(xié)調(diào)控制的方法,實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制設(shè)計(jì)。最后進(jìn)行仿真測(cè)試分析,體現(xiàn)本文方法在提高主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最優(yōu)配比控制能力方面的優(yōu)越性能。

        1 主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量控制參數(shù)

        1.1 儲(chǔ)能有功無功出力約束

        為實(shí)現(xiàn)基于模糊決策算法的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制設(shè)計(jì),首先構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量增益調(diào)節(jié)模型,采用多類型分布式電源、儲(chǔ)能參數(shù)分析,構(gòu)建并聯(lián)電容器開關(guān)切換模型,采用增益調(diào)節(jié)的方法[6],構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量增益調(diào)節(jié)模型,分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能匹配參數(shù),以電源、儲(chǔ)能及可控負(fù)荷等為約束參數(shù),得到儲(chǔ)能容量分布的目標(biāo)函數(shù):

        U=G+(xs+ys)

        (1)

        采用全局優(yōu)化的控制方式,得到歸一化的目標(biāo)參數(shù)分布空間坐標(biāo)系(xs,ys),采用分布式無功優(yōu)化調(diào)度,得到儲(chǔ)能容量分布的有向圖G=(V,E),采用有功損耗和電壓偏差最小損失分析[7],等式潮流約束方程:

        s(r)=U+jd+F(s)

        (2)

        式中:jd為有功損耗和電壓偏差最小的約束指標(biāo)參數(shù);F(s)為主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量參數(shù)。采用分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開銷調(diào)節(jié)的方法,分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開銷[8],得到最小能量損失范圍:

        (3)

        式中:M、N分別為有功、無功協(xié)調(diào)的控制參數(shù),得到功率開銷為Pc,在時(shí)間段[Si-1,Si)內(nèi)儲(chǔ)能有功無功出力約束為

        H(c)=wy+[xp+yp]+P

        (4)

        1.2 儲(chǔ)能容量控制的最佳配置函數(shù)建立

        分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能匹配參數(shù),以電源、儲(chǔ)能及可控負(fù)荷等為約束參數(shù),采用分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開銷調(diào)節(jié)的方法,進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能的能量均衡控制,得到儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電效率為

        Ai=H(c)+(t+Ni(t))+(tf+s(l))

        (5)

        式中:t和Ni(t)分別表示主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的時(shí)間采樣點(diǎn)和耦合系數(shù);tf和s(l)分別表示節(jié)點(diǎn)i的最大傳輸功率和總功率,在總的時(shí)間開銷確定的情況下,得到主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能匹配的尋優(yōu)函數(shù)為

        dg=f+tf+s(l)

        (6)

        式中:f為有功無功協(xié)調(diào)調(diào)度的方法參數(shù),構(gòu)建能量匹配模型,得到主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能匹配目標(biāo)函數(shù)為

        (7)

        式中:z為主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能匹配參數(shù),在滿足代價(jià)函數(shù)最小的條件下,根據(jù)分解協(xié)調(diào)原理[9],得到主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的加速梯度分解函數(shù):

        w(n)=k(h)+[rs+rv]+Qx

        (8)

        式中:k(h)為主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳尋優(yōu)函數(shù);rs、rv為不同電壓增益和開關(guān)頻率調(diào)節(jié)參數(shù),得到主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量控制的最佳配置函數(shù):

        (9)

        式中:e0為主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量的初始值;gv為主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量控制的模糊尋優(yōu)控制向量;W(p)是關(guān)于p的二次函數(shù),采用分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開銷調(diào)節(jié)的方法,分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開銷,根據(jù)全網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測(cè)結(jié)果,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能容量配比控制[10-13]。

        2 儲(chǔ)能容量配比的最佳控制

        2.1 分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能參數(shù)優(yōu)化匹配

        采用模糊決策算法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量配置過程中的尋優(yōu)調(diào)度,以能耗輸出最小為約束參量,結(jié)合模糊決策算法[14],得到分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能控制的時(shí)間延遲記為

        (10)

        式中:Vi為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)i的儲(chǔ)能調(diào)度概率參數(shù);分析輸入側(cè)和輸出側(cè)回流功率,得到電壓增益為t,向量x=[x1x2…xk]表示分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)的模糊調(diào)制向量;Me為分布式主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能的能耗開銷拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)的輸出功率損失為

        fk=xi(m)+Me+Ws(k)

        (11)

        分析分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)i的能量綜合開銷,得到電壓增益為xi(m),在回流功率均顯著增強(qiáng)的條件下,得到模糊匹配參量為

        P=b(s)+fk+xi(m)

        (12)

        式中:b(s)為諧振電感的模糊決策結(jié)果參數(shù),采用模糊決策尋優(yōu)方法,得到主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量控制的電壓穩(wěn)態(tài)增益為

        g(n)=‖tk+tg‖+P

        (13)

        式中:tk、tg分別表示分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能參數(shù),根據(jù)上述主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量分布模型設(shè)計(jì),結(jié)合主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開銷參數(shù)優(yōu)化調(diào)節(jié)的方法,實(shí)現(xiàn)分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能參數(shù)優(yōu)化匹配。

        2.2 最佳儲(chǔ)能容量均衡控制模型

        分析主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量二階錐規(guī)劃模型,根據(jù)潮流約束和配電網(wǎng)的分布式區(qū)間協(xié)調(diào)控制的方法,得到分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能有功功率分布為

        (14)

        式中:R0為計(jì)算變化反射阻抗得到的輸出轉(zhuǎn)矩參數(shù);hr為輸入有功功率分布值,得到分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能分布的諧振目標(biāo)函數(shù)為

        Y=Du+fs(d)+hr

        (15)

        式中:fs(d)為線路參數(shù)的阻抗特征分布參數(shù),得到主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能的最佳均衡控制模型表示為

        V(k)=pu+(ph+pb)

        (16)

        式中:pu為電流環(huán)動(dòng)態(tài);ph為電機(jī)的功率損耗;pb為耦合磁損耗。

        根據(jù)上述分析,構(gòu)建主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量二階錐規(guī)劃模型,根據(jù)潮流約束和配電網(wǎng)的分布式區(qū)間協(xié)調(diào)控制方法,實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制設(shè)計(jì)。

        3 試驗(yàn)結(jié)果分析

        為驗(yàn)證本文方法在實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制中的應(yīng)用性能,采用Matlab構(gòu)建仿真試驗(yàn)平臺(tái),配電網(wǎng)儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)分布模型如圖1所示。

        圖1 配電網(wǎng)儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)分布模型

        給定配電網(wǎng)儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為120,配電網(wǎng)的裝機(jī)容量分別為 800、600、500 kVA,視在功率為300 kVA,功率上下限為400 kW,根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定,得到主動(dòng)配電網(wǎng)的電流和電壓波形如圖2所示。

        (a) 輸出電流

        由圖2得知,本文方法進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量參數(shù)調(diào)節(jié),輸出電流和電壓的穩(wěn)定性較好,在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制,得到優(yōu)化控制結(jié)果對(duì)比如圖3所示。

        圖3 主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制輸出

        由圖3得知,采用該方法進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量配置的均衡性較高,實(shí)現(xiàn)容量最佳配比控制,測(cè)試輸出增益,結(jié)果如表1所示。

        表1 配電網(wǎng)儲(chǔ)能輸出增益控制 dB

        由表1得知,本文方法通過容量最佳匹配控制,提高配電網(wǎng)的輸出增益。

        4 結(jié)束語

        構(gòu)建優(yōu)化的主動(dòng)配電網(wǎng)能量均衡控制模型,結(jié)合主動(dòng)能量控制的方法,通過參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)和配網(wǎng)控制算法設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比控制,本文提出基于模糊決策算法的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量最佳配比方法。采用模糊決策算法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量配置過程中的尋優(yōu)調(diào)度,根據(jù)潮流約束和配電網(wǎng)的分布式區(qū)間協(xié)調(diào)控制的方法,結(jié)合主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能開銷參數(shù)優(yōu)化調(diào)節(jié)的方法,實(shí)現(xiàn)分布式的主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能參數(shù)優(yōu)化匹配。研究得知,本文方法進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)儲(chǔ)能容量控制的輸出匹配性能較好,提高了輸出增益。

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