面向功率交互主动管理的交直流配电网控制方法及系统

本发明涉及供电或配电的电路，尤其涉及面向功率交互主动管理的交直流配电网控制方法及系统。

背景技术：

1、现有多端互联的交直流混合配电网常常忽略瞬时、暂态的控制器输出功率交互管理，传统的调度方案制定阶段无法考虑短时突发性的功率管理需求，在某些区域供电能力不足、线路容量不足的紧急情况下，瞬时不适当、不受优化控制的交互功率可能导致设备宕机或者交直流配电系统的失稳；另一方面，传统的分布式控制策略仅能够实现发电成本实时优化控制，难以实现其他运行需求，系统的运行经济性与紧急工况应对能力有待提升。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供面向功率交互主动管理的交直流配电网控制方法及系统，通过分布式实时协调控制，实现多个控制功率交互的实时主动管理及系统发电成本实时最小化，提升了系统运行经济性与安全稳定性。

2、本发明是通过以下技术方案予以实现：

3、面向功率交互主动管理的交直流配电网控制方法，其包括如下步骤：

4、s1：建立交流配电系统功率供给能力不足下的多端交直流混合配电系统瞬时功率受限典型运行场景及模型；

5、s2：在建立的多端交直流混合配电系统瞬时功率受限典型运行场景及模型下，建立采用投影算子约束的模块化多电平变换器交互主动管理条件；

6、s3：采用梯度下降法将考虑模块化多电平变换器交互主动管理条件约束的交直流配电网发电成本优化运行问题转化为迭代求解方案，得到考虑功率主动管理约束的控制器迭代求解方案；

7、s4：将梯度下降法中的积分过程转化为控制器的积分环节，并增加比例环节，进而通过模块化多电平变换器比例积分环节的迭代控制获取模块化多电平变换器的节点电压、与交互功率管理需求匹配的拉格朗日乘子、与模块化多电平变换器的功率供给约束匹配的拉格朗日乘子的迭代值，实现面向功率交互主动管理的交直流配电网控制。

8、具体的，步骤s1中建立的交流配电系统功率供给能力不足下的多端交直流混合配电系统瞬时功率受限典型运行场景及模型包括一个直流配电单元及多个交流配电单元，所述直流配电单元包括直流母线及多个模块化多电平变换器，所述直流配电单元采用直流母线作为主干网络，多个所述模块化多电平变换器的直流端口均连接到直流母线上，且每个所述模块化多电平变换器本地配置有相应的控制器，多个所述交流配电单元均通过模块化多电平变换器的交流端口与直流配电单元相连。

9、优选的，直流母线额定电压为。

10、优选的，模块化多电平变换器采用半桥型子模块与全桥型子模块混合的混合型拓扑结构。

11、进一步，步骤s2中采用投影算子约束的模块化多电平变换器交互主动管理条件为式（1）：

12、（1）；

13、其中：表示时刻得到全系统发电成本最小化的解时与交互功率管理需求匹配的拉格朗日乘子的集合，表示时刻得到全系统发电成本最小化的解时与交互功率管理需求匹配的拉格朗日乘子的集合，表示交互功率管理需求的集合，表示时刻得到全系统发电成本最小化的解时与模块化多电平变换器的功率供给约束匹配的拉格朗日乘子的集合，表示时刻得到全系统发电成本最小化的解时与模块化多电平变换器的功率供给约束匹配的拉格朗日乘子的集表示模块化多电平变换器的功率供给约束的集合，表示投影算子。

14、进一步，采用投影算子约束的模块化多电平变换器交互主动管理条件的具体过程如下：

15、s21：当一个交流配电系统的功率转供能力受限时，与该交流配电系统相连的模块化多电平变换器的输出功率按照式（2）的约束条件进行主动管理：

16、(2)；

17、其中：表示第个交互功率管理需求，表示第个交互管理需求要管理的限制功率，表示第个模块化多电平变换器的供给需求功率，表示第个交互管理需求中管理的第个模块化多电平变换器功率对应的系数，表示第个模块化多电平变换器的功率供给约束，表示第个模块化多电平变换器的节点和与之相邻的第个模块化多电平变换器的节点之间的电导，表示第个模块化多电平变换器的节点电压，表示第个模块化多电平变换器的节点电压，表示参与到第个交互功率管理需求的模块化多电平变换器集合，表示与第个模块化多电平变换器的节点相邻的模块化多电平变换器的节点的集合，表示第个模块化多电平变换器的节点所需要的功率；

18、s22：对式（2）引入拉格朗日乘子，得到式（3）：

19、（3）；

20、其中：表示与第个交互功率管理需求匹配的拉格朗日乘子，表示与第个模块化多电平变换器的功率供给约束匹配的拉格朗日乘子；

21、s23：对式（3）引入投影算子为，得到式（1），表示投影算子变量。

22、进一步，步骤s3中采用梯度下降法将考虑功率主动管理约束的交直流配电网优化运行问题转化为迭代求解方案的具体过程如下：

23、s31：将交直流配电网的运行目标设置为全部混合型模块化多电平变换器对应的交流配电系统的发电成本最小化，并采用拉格朗日乘子法将约束条件整合到目标函数中，形成拉格朗日形式的目标函数为式（4）：

24、（4）；

25、其中：表示功率交互主动管理的约束条件个数，表示节点功率供给的约束条件个数；

26、s32：引入梯度下降法，使拉格朗日乘子满足式（5），得到最优性条件；

27、(5)；

28、其中：表示模块化多电平变换器的节点电压集合，表示问题得到最优解时的模块化多电平变换器的节点电压集合，表示问题得到最优解时交流配电系统的发电成本的梯度，表示问题得到最优解时交互功率管理需求的集合，表示问题得到最优解时交互功率管理需求的集合的梯度，表示问题得到最优解时模块化多电平变换器的功率供给约束的集合，表示问题得到最优解时模块化多电平变换器的功率供给约束的集合的梯度，表示矩阵转置；

29、s33：定义运算符为，定义第个模块化多电平变换器节点的电压过渡值为式（6），第q个交互功率管理需求中拉格朗日乘子过渡值为式（7），并按照式（6）及式（7）的投影梯度下降方向确定变量的迭代值，得到考虑功率主动管理约束的控制器迭代求解方案为式（8）：

30、（6）；

31、（7）；

32、（8）；

33、其中：表示第个模块化多电平变换器节点的电压过渡值，表示第个模块化多电平变换器的供给需求功率，表示与第个模块化多电平变换器节点相连的第个模块化多电平变换器节点传输数值，表示与第个模块化多电平变换器节点的功率供给匹配的拉格朗日乘子，表示第个模块化多电平变换器节点的功率供给约束，表示模块化多电平变换器的节点电压的最大值，表示模块化多电平变换器的节点电压的最小值，表示第q个交互功率管理需求中拉格朗日乘子过渡值，表示所有的集合，表示第个模块化多电平变换器节点的功率供给中拉格朗日乘子过渡值，表示与交互功率管理需求匹配的拉格朗日乘子的集合，表示与模型收敛速度相关的负常数，表示所有的集合，表示所有的集合，表示所有的集合。

34、面向功率交互主动管理的交直流配电网控制系统，用以执行上述任意一项所述的面向功率交互主动管理的交直流配电网控制方法，其包括一个直流配电单元、多个交流配电单元以及瞬时功率受限的多端交直流混合配电系统运行拓扑及典型场景构建模块、模块化多电平变换器功率交互主动管理约束模块、投影算子对约束的处理模块、迭代算法转换为控制器协同控制策略制定模块、控制器比例环节增加与参数确定模块，所述直流配电单元包括直流母线及多个模块化多电平变换器，所述直流配电单元采用直流母线作为主干网络，多个所述模块化多电平变换器的直流端口均连接到直流母线上，且每个所述模块化多电平变换器本地配置有相应的控制器，多个所述交流配电单元均通过模块化多电平变换器的交流端口与直流配电单元相连。

35、进一步，瞬时功率受限的多端交直流混合配电系统运行拓扑及典型场景构建模块、模块化多电平变换器功率交互主动管理约束模块、投影算子对约束的处理模块依次连接且设置于交直流配电网的调度控制中心。

36、进一步，迭代算法转换为控制器协同控制策略制定模块、控制器比例环节增加与参数确定模块相互连接且设置于模块化多电平变换器的控制器内。

37、发明的有益效果：

38、1)较之传统的交直流配电网运行场景与调度方案，本发明所提出的多端交直流混合配电网瞬时功率受限典型运行模型，考虑了系统短时突发的功率受限场景，不同于调度方案制定阶段的预测性、规划性失电，所提场景及模型能够实时反映系统真实运行情况，为控制策略提供较为真实、准确的系统状态；

39、2)较之传统的下垂控制方法，本文采用投影算子约束的多个模块化多电平变换器功率交互主动管理条件，能够将多个变换器的输出功率主动管理控制嵌入到下垂控制中，通过协调控制实现输出功率的主动管理，保证系统安全稳定运行；

40、3)较之传统的分布式梯度下降迭代策略，本发明将梯度下降法中的积分过程转化为控制器的积分环节，并增加比例环节，能够将迭代过程嵌入到控制器的控制环节中，并提高迭代过程对功率变化的动态跟踪响应能力；

41、4）通过多个模块化多电平变换器间的实时分布式协调控制，以发电成本最小与功率交互实时管理为功能需求进行交直流混合配电网实时优化控制，提高了系统运行的经济性。