主动配电网的安全运行态势分析与优化控制关键技术研究

Active distribution network (ADN) has been considered as an effective platform to integrate high penetration of distributed generations. Promoting operation security and economics of ADN via a systematic way of optimal control has significant meanings on increasing DG integration levels and energy efficiency. The project proposes to study the operation theory and technology of ADN mainly on the issues of system security and optimal control, including: 1) Develop an optimal control model considering the structure and operation characteristics of ADN aiming to tackle the issues of nonlinear, non-convex and continuous-discrete coupling which make a large-scale networked model hard to be used in practice. 2) Study the stochastic operation trajectories envelop of ADN under stochastic power injections of DGs to tackle the issues of combination explosion of stochastic scenarios for operation security analysis of ADN. 3) Study the explicit control technologies of ADN based on the distributed characteristics of ADN in order to study the dominant states and control coupling of ADN. The implementation of the project is expected to contribute to a systematic theory on the secure and optimal operations of ADN to support a new round of construction practices of smart distribution networks.

主动配电网是实现高比例分布式电源接入的有效载体，通过应用系统的优化控制技术，提升其安全和经济运行能力，对提高分布式电源接入比例和利用效率具有重要的实际意义。本项目希望针对主动配电网在安全运行和优化控制方面存在的一系列理论和技术问题展开系统的研究工作，主要包括：1）研究符合主动配电网结构和运行特点的优化控制模型，解决主动配电网非线性、非凸和连续离散耦合的优化模型难以被用于大规模网络化系统分析和控制的问题；2）针对主动配电网在分布式电源随机功率扰动下的运行态势，研究其随机运行轨迹簇的包络边界计算理论，以解决长时间尺度安全态势仿真分析可能面临的场景组合爆炸问题；3）基于配电网分层分区的运行特点，研究主动配电网的显式控制技术，定量挖掘主动配电网分区内的主导反馈状态和分区间的控制耦合关系。项目的实施期望建立起较为系统的主动配电网安全分析与优化控制理论体系，以支持我国新一轮智能配电网建设的工程实践。

本项目针对主动配电网在强不确定性与分布式条件下的安全和经济运行控制基础理论展开了深入的研究工作，难点是分布式条件下的各类随机源具有复杂的时空耦合特性，同时主动配电网具有储能等功率控制元件，其在主动控制条件下的问题是一个典型的随机动力学控制问题，现有的方法通常基于多场景的方法抽样描述，计算量大，或是采用鲁棒集的方式加以描述，结果常较为保守。.本项目采用了伊藤随机理论，基于随机微分方程方法，重新打造了主动配电网的运行控制理论框架，避免了上述基础理论的应用难题，取得的成果有：1）随机性的伊藤模型描述，证明了伊藤随机过程可以用于泛化描述任意概率分布形式，并针对于风、光的典型时空分布，给出了构造函数与参数化方法；2）考虑伊藤过程的随机动力学评估与分析方法，利用F-T定理将含随机过程的动力学模型，转换为了一组不含随机性的高维偏微分方程组，为了解决该偏微分方程组的维数灾问题，证明了该类偏微分方程，可以被分解为一系列确定的收敛级数，通过对收敛级数的数值积分可以用线性的计算复杂度，逼近随机动力学问题的解；3）考虑伊藤过程的优化和控制模型，证明了在线性与弱非线性模型条件下，主动配电网的随机控制问题，可以被转换为一组凸优化问题，从而可以被线性求解。