主动配电网分布式优化控制策略研究

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配电网传统集中调控模式存在调控中心计算和通信压力大、系统可靠性不高、可扩展性不足等问题,不能很好满足高比例分布式电源接入时配电网稳定运行的要求,也无法适应主动配电网用户侧主动响应及分布式可再生能源发电侧主动参与的新需求。由于多智能体系统结构上无需集中,各智能体间协作实现全局控制目标,其相关理论得到了各个专业学术界的关注垂青,其研究理论也日渐丰富在电力系统中也逐步推广。开展分布式优化控制策略的研究,可为实现主动配电网优化运行提供新的思路和理论依据,为可再生清洁能源发电的推广发展,以及主动配电网的建设均具有相当重要意义和实用价值。本文基于多智能体一致性理论,对主动配电网多目标分布优化控制策略及控制策略性能优化方法进行了深入研究。本文首先系统介绍了目前常用的含分布式发电的配电网控制系统结构并进行了优缺点比较;基于分布式电源分组合作模式设计了主动配电网多目标分布式优化控制系统的框架,并根据一致性理论,分别以分布式电源功率利用率、功率因数等为一致性变量,设计了分组实现节点电压控制、主动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。针对配电网电阻/电抗比较大的实际,采用调节分布式电源有功出力来控制节点电压。通过IEEE33节点系统中的算例验证了该分布式控制策略和有效性以及正确性。其次,本文开展了一致性协议中信息权值优化方法的研究。首先介绍了包括图论、矩阵论以及一致性算法的相关知识;将分布式优化控制算法收敛速度优化的问题转换为分布式快速线性迭代问题,以渐近收敛因子和单步收敛因子作为收敛速度的衡量指标,进行了收敛性证明。基于电力通信网络对称的Laplacian矩阵,将两种收敛速度指标最小化的问题统一为矩阵范数优化问题,通过引入松弛变量将其转换为半定规划问题(semidefinite program,SDP),进而利用Matlab LMI Toolbox求解得到针对拉普拉斯矩阵的最优权值。通过三个算例验证了所提出信息权值优化方法的有效性。最后,本文开展了领导分布式电源优选方法的研究。首先介绍了领导-跟随者一致性控制问题,给出了领导-跟随者智能体个体以及系统层面的数学表达式;利用矩阵论知识进行了领导-跟随者一致性控制算法的收敛性证明;以单步收敛因子为收敛速度指标,引入凸松弛变量s将领导分布式电源优选问题转换为混合整数半定规划(MISDP)求解,同时考虑到通信网络的非均质性网络密度,通过基于MOSEK求解器的MATLAB YALMIP工具箱进行求解,得到关于最优领导节点的二进制信息矩阵,提出基于领导者选取的最优互连设计。最后以IEEE33节点系统为例,针对1个或多个领导分布式电源的情况,验证了领导分布式电源优选取方法对于提高分布式优化控制系统速度的有效性。
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