主动配电网运行调控

吴文传长聘教授IEEE/CSEE/IET Fellow 清华大学电机工程与应用电子技术系 背景 2 主动配电网调控体系 基于在线反馈优化的集群自律运行 3 自适应协同的集群动态电压支撑控制 基于动态模态分解的集群频率主动支撑控制 5 1 研究背景 电力电子 –分布&随机性发电–没有旋转惯量–没有天然的自同步性–脆弱的电压/频率控制+快速/灵活/模块化控制 1 背景 分布式光伏出力随机,运行工况多变，逆变器适应性差 分布式光伏抗扰能力差，缺乏主动同步能力，谐振、电能质量恶化，控制困难 反向过载、过电压等问题突出，调控能力不足，运行风险大，调度困难 背景 主动配电网 主动配电网包含多个区域系统，这些系统能够控制由大量分布式资源——分布式发电、负荷、储能所构成的集合。配电系统运营商通过灵活可变的网络拓扑能够管理配电网的潮流，在具备一定调控能力且满足并网要求的前提下，分布式可控资源承担一部分系统支撑任务。[CIGREC6.11工作组] 2 主动配电网运行调控体系 2 主动配电网运行调控体系 广域分布式光伏协同主动支撑与优化运行调控平台 基于在线反馈优化的集群自律运行 Optimized planning of chargers for electric vehicles in distributiongrids including PV self-consumption and cooperative vehicleowners 1MINESParis-PSL,CentrePERSEE,SophiaAntipolis,France2HES-SOValais-Wallis AbstractThis paper presents a mathematical model to site and size the charging infrastructure for electric vehicles (EVs) in a distribution grid to minimize the required capital investmentsand maximize self-consumption of local PV generation jointly. The formulation accountsfor the operational constraints of the distribution grid (nodal voltages, line currents, andtransformers’ ratings) and the recharging times of the EVs. It explicitly models the EVowners’ flexibility in plugging and unplugging their vehicles to and from a charger to enableoptimal utilization of the charging infrastructure and improve self-consumption (cooper-ative EV owners). The problem is formulated as a mixed-integer linear program (MILP),where nonlinear grid constraints are approximated with linearized grid models. KEYWORDScharging stations, electric vehicles, PV self-consumption, siting 基于在线反馈优化的集群自律运行 从“模型”到“测量” ◼建模和模型辨识成本昂贵◼模型很多时候对控制是无效的◼运行状态和模型持续变化◼不同利益主体，信息隐私 基于在线反馈优化的集群自律运行 从“模型”到“测量” 3 基于在线反馈优化的集群自律运行 分布式资源大量渗透的配电网模型变化快，模型参数未知或不精确，人工维护成本高，难以实时追踪分布式能源和配电网的模型变化，以模型驱动为主的传统优化控制方法面临模型不够准确、控制偏差大等问题。 问题与挑战 3 基于在线反馈优化的集群自律运行 反馈优化控制框架 配电网的运行决策建模为一个时变优化问题：𝑀𝑖𝑛𝑓𝑡𝑢𝑡𝑠.𝑡.൝𝑥𝑡=ℎ𝑡𝑢𝑡𝑢𝑡∈Ω𝑢,𝑥𝑡∈Ω𝑥 引入反馈优化控制框架，适应于大量模型参数缺失的配电网 基于在线反馈优化的集群自律运行 线性回归模型 状态变量Measurements0{,}=kkkyvp控制变量Measurements{,, t}kGkkG=xpq 数据驱动优化运行 目标函数： 电压幅值量测 投影梯度法 时变优化(系统参数随时间变化) 每个时段迭代一步(每步迭代结果直接控制系统) ,0min( )s.t .( )( )( )ˆˆ( )( )( )( ),( )GGpGqGccpGqGGpGqF ttttttttt=++=++pqvWpWqopWpWqopq 3 基于在线反馈优化的集群自律运行 实施效果 •反馈优化控制的收敛效果 与基于模型的理论最优解比较，反馈优化方法的目标函数相对误差达1% 与基于非抗差回归的方法相比，抗差优化的结果仍能与最优解接近 在线反馈优化 收敛性分析 假设2.在线线性回归模型与实际 假设3.回归得到的参数矩阵是有界的。 假设1.系统的动态变化是有界的。 系统的响应误差是有界的。 2wW 收敛最优性： 每一步所得解与最优解的差是有界的 Overview of collaborative response between the power distributionnetwork and urban transportation network coupled by electricvehicle cluster under unconventional events Jinghan HeSeung Jae Lee SchoolofElectricalEngineering,BeijingJiaotongUniversity,HaidianDistrict,Beijing,China AbstractWith the rapid development of electric vehicles, they have become an important part of urban distribution and transportation networks. The power distribution network and trans-portation network are coupled by electric vehicle clusters and integrated through stronginteractions, creating a coupled system. This paper presents the study on their collaborativeresponses is essential to reduce losses and improve urban resilience during unconven-tional events. First, the multidimensional and deep-level time-varying closed-loop couplingeffects of the power distribution network and urban transportation network coupled byelectric vehicle clusters are analysed under unconventional events. Second, based on thedifferent scales of unconventional events, a summary of relevant studies is made on thecollaborative response strategies of the coupled system to urban local power outages andlarge-scale blackouts following unconventional events. Finally, future research directionsare discussed. KEYWORDS electric vehicles, extrme events, interdependency, power distribution network, resilience, urban transportationnetwork 自适应协同的集群动态电压支撑 4 自适应协同的集群动态电压支撑 •单个逆变器控制能力有限，考虑集群内多个逆变器的协同动态控制；•集群内部和主网变动频繁，集群的模型参数维护困难；•在系统发生扰动时需要对电压进行自适应控制，以控制集群并网点电压为目标。 问题与挑战 4 自适应协同的集群动态电压支撑 自适应集群协调控制（同样控制方法简化版本可用于自适应本地控制器） 可证明BIBO稳定性： 存在𝜆𝑚𝑖𝑛≥0，若𝜆𝐶𝐶>𝜆𝑚𝑖𝑛，则该控制策略下：lim𝑘→∞𝑒𝑘+1=lim𝑘→∞𝑦𝑘+1−𝑦∗=0 4 自适应协同的集群动态电压支撑 •系统变化场景下，无协调控制下PCC电压最终偏离设定值•在所提协调控制器作用下，PCC电压都能回到设定值•比起本地控制器采用PI控制的CC(ADT)-LC(PI)，本地控制器也采用自适应控制方法的CC(ADT)-LC(ADT)动态性能更好 在初始参数调谐场景下，无论本地控制器采用自适应控制或是PI控制，所提协调控制方法CC(ADT)-LC(ADT)和CC(ADT)-LC(PI)都能将集群PCC电压控到设定值400V 基于动态模态分解的主动频率支撑控制 5 基于动态模态分解的主动频率支撑控制 单机设备动态特性复杂，主动控制中难以保证本体能量安全（直流侧电压，储能SOC）；新能源发电出力波动，难以精确提供场站级主动支撑控制能力。 挑战 方案 基于升维模态分解刻画出风光储（构网、跟网型）的动态模型，通过风光储集群模型预测控制，实现本体能量安全前提下，集群暂态频率和电压支撑控制。 5 基于动态模态分解的主动频率支撑控制 动态反馈优化控制——风电场一次控制 转速波动水平（RSD）： 在线追踪调控中心对频率响应需求，实现在线调整风电场响应特性 5 基于动态模态分解的主动频率支撑控制 构网型分布式光伏——匹配振荡控制 在逆变器参数各异条件下的构网控制技术，实现大量分布式构网逆变器主动同步并网稳定运行。可应用于局部电网的新能源黑启动，以及主系统故障下的孤网运行以及100%新能源微电网。 Anomaly detection and clustering-based identification method forconsumer–transformer relationship and associated phase inlow-voltage distribution systems Zhenyue Chu1Xueyuan Cui1Xingli Zhai2Shengyuan Liu1Weiqiang Qiu1Muhammad Waseem3Tar