主动配电网分布式自律优化调控的关键技术研究

In active distribution network, the traditional centralized dispatch method can not accomondate the intergration of large scale distributed energy resources（DER） due to the high communication burden,maintenance and raliablity problems. Therefore, the distributed autonomous control and decision making theory may be the substitution. Three key problems are to be solved in this project: (1)fully distrbuted state estimation;(2)fully distributed voltage autonomous control considering the coordination of P and Q;(3) fully distributed secondary frequency autonomous control for micro-grid.Firstly, the convexification techniques are investigated to convert the state estimation and voltage optimization model to convex models such as Second-Order Cone Programing(SOCP) and Semi-Definite Programming(SDP) etc.. Based on these convex models, the fully distributed voltage optimization method and fully distributed state estimation algorithms are to be developed by Alternating Direction Method of Multipliers(ADMM). Finally, a fully distributed secondary frequency autonomous control method is to be developed for micro grid,which is based a two-stage consensus algorithm.Through this method, the frequency can be fastly，smoothly restored and the power generation is reasonablely distributed among DERs.

大量分布式电源(DER)并网运行的主动配电网，若采用传统集中式的调度决策体系，面临海量通信、可维护性、控制敏捷性和系统可靠性问题，发展分布式自律优化调控的理论和方法是可行之路。本课题选择其中三个关键技术展开研究：（1）主动配电网全分布式状态估计；（2）主动配电网有功无功协调的全分布式电压自律控制；（3）微网运行模式下的全分布式频率自律控制。首先，基于二阶锥松弛(SOCP)和半定规划(SDP)理论，研究配电网优化模型的凸化表述技术，使得其三相状态估计和电压优化控制模型转化为凸优化模型。然后，基于凸优化模型，研究采用交互方向乘子法(ADMM)设计出可靠收敛的全分布式状态估计和电压自律控制算法。最后，针对微网运行模式，提出采用基于一致性算法的两阶段全分布式频率自律控制，实现频率的快速、平滑控制和分布式电源间出力的合理分配。

主动配电网运行遇到很大技术挑战，一方面潮流倒送引起过压和电源质量问题，验证限制并网能力；另一方面，分布式电源不参与系统控制，导致系统惯量降低。若采用传统集中式的调度决策体系，面临海量通信、可维护性、控制敏捷性和系统可靠性问题，发展分布式自律优化调控的理论和方法是可行之路。本课题提出了“主配协同-区域优化-集群自律”调控体系构架，在以下几个方面取得了重要进展：（1）配电网三相优化模型的凸松弛与可行性恢复技术，解决了传统凸松弛方法无法保证三相优化模型的解可行性问题；（2）提出了全分布式分区抗差状态估计。基于压缩感知理论，建立M估计器的抗差状态估计模型。然后提出了自适应的拟牛顿法全分布式求解算法。（3）提出了主动配电网全分布式无功电压控制技术，基于交替方向乘子法（ADMM）求解算法，提出了乘子自适应调整策略显著提高了收敛性。（4）提出了一种拟二阶收敛性的全分布式动态经济调度算法，可以在保证各区域信息隐私的前提下实现经济运行；（5）提出了全分布式微电网一次和二次经济频率控制，基于点对点通信，实现了本地的快速控制和全局的最优化运行，实现了分布式电源的即插即用和最优运行。（6）采用分解协调技术实现了风电场集群同步化一次频率控制，为系统提供惯量支撑，实现风电场友好并网。（7）提出了分解协调的输配协同电压控制和动态经济调度方法，在输网和配网调度中心独立调度的前提下，实现输配网的协同运行。相比于传统算法，本项目的算法实现了两级调度中心间的迭代从几十次降低到几次。共发表了47篇SCI/EI检索论文，其中SCI论文31篇，IEEE Transactions 论文23篇。