东北电力大学研究者提出面向耦合系统的分布式协同电压控制方法

时间：2024-03-27来源：佚名

我国北方地区由风、光新能源场站与传统火电机组构成并经外送通道功率送出的耦合系统普遍存在，其新能源单元并网点、场站并网点及耦合系统功率外送并网点均需满足各自并网的电压安全标准，各类型并网点电压越限问题凸显。

课题研究人员通过结合耦合系统单元-场站-系统的物理层级特征，确定了系统层-场站层的电压分层协同控制结构，在各层级内兼顾运行网损优化和电压控制要求，协调各类无功控制资源，建立综合模型预测控制（MPC）和交替方向乘子法（ADMM）的网损优化与电压校正双模式自适应切的换滚动时域控制策略，实现耦合系统的分布式协同电压控制。

研究背景

我国北方地区普遍存在由风、光新能源场站与传统火电机组构成并经外送通道功率送出的耦合系统，新能源单元并网点、场站并网点及耦合系统功率外送并网点均需满足各自并网的电压安全标准，对新能源功率随机波动情况下的耦合系统电压控制与运行优化提出了更高的控制要求。

论文所解决的问题及意义

耦合系统规模庞大，电压优化控制模型维度高，求解困难；不同场站运营商之间存在信息隐私壁垒，加剧了电压控制难度。同时，新能源单元并网点、场站并网点及功率外送并网点均对并网电压提出了严格要求，使电压控制难度与电压安全要求之间的矛盾更加凸显。本文提出分层协同控制框架降低了模型求解维度，建立综合MPC和ADMM的网损优化与电压校正模式自适应的滚动时域控制策略，实现分布式协同的电压控制和网损运行优化。

论文方法及创新点

1）控制方法

东北电力大学研究者提出面向耦合系统的分布式协同电压控制方法

图1 耦合系统电压分层协同控制结构图

本文针对耦合系统的物理层级结构建立了分层电压协同控制策略，以降低电压优化模型规模与求解难度，并保护不同运营主体隐私性。图1中，系统层为承担功率外输送的高电压等级网络，场站层为由风/光新能源单元构成的低电压等级网络。

各层根据监测的关键节点（系统层：场站并网点、功率外送并网点，场站层：场站并网点、新能源单元并网点）电压状态，进行电压校正与网损优化自适应切换控制，建立基于MPC的滚动时域控模型，并结合ADMM迭代方法进行系统层与场站层间协调迭代，达到系统层-场站层互联的场站并网点电压一致性，给出各类无功控制设备的控制指令。

2）创新点

提出了基于场站层与系统层分解的耦合系统电压分层协同控制结构，将复杂的耦合系统全局电压优化问题分解为多个子优化问题，降低了优化模型规模与求解难度。

计及电压控制与网损优化，提出了MPC和ADMM相结合的网损优化与电压校正自适应切换的分布式协同控制方法，实现场站层与系统层电压协同控制的同时优化运行网损。

3）仿真验证

本文分别在大连某区域耦合系统上进行仿真计算，验证本文所提出策略的有效性。

东北电力大学研究者提出面向耦合系统的分布式协同电压控制方法

图2 大连某局域耦合系统仿真图

图3和4分别为未控制和实施本文控制策略时，耦合系统各类型并网点电压，实施控制后电压越限问题得以有效解决。同时，将本文所提策略与无电压/网损自适应切换的稳压控制策略和层级间无通信的分散式控制策略进行对比，系统日平均网损如图5所示，网损水平更优。本文所提层级分布式协同策略能够发挥无功协调控制能力将耦合系统各类型并网点电压控制在安全范围内并降低耦合系统网损，具有优异的控制性能和应用价值。

东北电力大学研究者提出面向耦合系统的分布式协同电压控制方法

图3 无控制时耦合系统各并网点电压

东北电力大学研究者提出面向耦合系统的分布式协同电压控制方法

图4 分布协同控制下耦合系统各并网点电压

东北电力大学研究者提出面向耦合系统的分布式协同电压控制方法

图5 不同控制方式下耦合系统平均网损

结论

1)本文所提出的分层控制框架，系统层与场站层之间只需交互公共边界节点电压信息，各场站之间无需通信，可有效满足不同主体运营商之间的信息隐私保护要求，在应对具有信息壁垒的耦合系统电压控制问题上有较大优势。

2)本文所提出的滚动时域控制策略在应对新能源随机波动导致的电压强波动问题上，电压控制鲁棒性好，所采用的分布式协同方法将复杂的全局电压优化控制问题分解为多个子优化控制问题，降低了模型规模和求解难度。

3)本文所提出的控制策略能够可靠满足耦合系统中各类型并网点电压的安全控制需求，并有效减少耦合系统的运行网损，同时提升耦合系统电压安全性和运行经济性。

团队介绍

东北电力大学研究者提出面向耦合系统的分布式协同电压控制方法

东北电力大学吉林省新能源电网智能化运行与控制工程实验室面向大规模电力系统安全、可再生能源规模化开发利用等国家能源战略重大需求，开展大规模电力系统安全经济运行基础理论与工程应用、大规模可再生能源发电与电力系统交互作用等研究。近年来，团队主持国家、省部级20余项，获得国家科技进步二等奖2项，吉林省科技奖11项。

该工作发表论文的第一作者为东北电力大学杨浩，硕士研究生导师，一直从事新能源电力系统安全稳定分析与控制、人工智能技术在电力系统中的应用等相关的科研与教学工作，近5年以第一作者或/通讯作者身份在《IEEE transactions on power systems》、《中国电机工程学报》、《电工技术学报》等国内外高水平期刊上发表论文10多篇，承担省部级及以上项目2项及其他横向项目5项，作为项目骨干参与国家重点研发计划项目1项。

该工作发表论文的第二作者为东北电力大学苏文栋，硕士研究生，研究方向为新能源电力系统电压智能控制技术。

本工作成果发表在《电工技术学报》，论文标题为“面向耦合系统的交替方向滚动时域电压分层协同优化控制”。本课题得到国家重点研发计划资助项目的支持。