基于模糊決策算法的主動配電網儲能容量最佳配比方法

袁 昊，金 鑫，戈 君

(國網銀川供電公司，寧夏 銀川 750000)

目前在主動配電網建設的發展下，構建優化的主動配電網能量均衡控制模型，通過參數自適應調節和配網控制算法設計，并結合主動能量控制的方法，實現對主動配電網儲能容量最佳配比控制，提高主動配電網儲能容量。研究主動配電網儲能容量最佳配比模型，對優化主動配電網儲能設計和容量擴容方面具有重要意義[1]，相關的主動配電網儲能容量最佳配比設計方法研究也受到人們的重大關注。

主動配電網儲能容量的最佳配比設計是建立在控制主動配電網儲能容量參數的基礎上，通過空間參數融合和能耗均衡配置的方法，建立主動配電網儲能容量最佳配比均衡調節模型，在傳統方法中，對主動配電網儲能容量最佳配比控制方法主要有神經網絡控制方法、PID控制方法、配電網安全約束控制方法等[2-4]，上述方法通過構建主動配電網儲能容量最佳配比控制模型，結合對主動配電網儲能容量參數分析，實現對主動配電網儲能容量均衡調度和優化控制，但上述方法進行主動配電網儲能容量最佳配比的自適應性不好，均衡度不高[5]。針對上述問題，本文提出基于模糊決策算法的主動配電網儲能容量最佳配比方法。首先采用并聯電容器開關切換的方法構建主動配電網儲能容量增益調節模型，分析主動配電網儲能匹配參數，以電源、儲能及可控負荷等為約束參數，采用模糊決策算法實現主動配電網儲能容量配置過程中的尋優調度，分析主動配電網儲能容量二階錐規劃模型，然后根據潮流約束和配電網的分布式區間協調控制的方法，實現主動配電網儲能容量最佳配比控制設計。最后進行仿真測試分析，體現本文方法在提高主動配電網儲能容量最優配比控制能力方面的優越性能。

1 主動配電網儲能容量控制參數

1.1 儲能有功無功出力約束

為實現基于模糊決策算法的主動配電網儲能容量最佳配比控制設計，首先構建主動配電網儲能容量增益調節模型，采用多類型分布式電源、儲能參數分析，構建并聯電容器開關切換模型，采用增益調節的方法[6]，構建主動配電網儲能容量增益調節模型，分析主動配電網儲能匹配參數，以電源、儲能及可控負荷等為約束參數，得到儲能容量分布的目標函數：

U=G+(xs+ys)

(1)

采用全局優化的控制方式，得到歸一化的目標參數分布空間坐標系(xs,ys)，采用分布式無功優化調度，得到儲能容量分布的有向圖G=(V,E)，采用有功損耗和電壓偏差最小損失分析[7]，等式潮流約束方程：

s(r)=U+jd+F(s)

(2)

式中：jd為有功損耗和電壓偏差最小的約束指標參數；F(s)為主動配電網儲能容量參數。采用分布式的主動配電網儲能開銷調節的方法，分析主動配電網儲能開銷[8]，得到最小能量損失范圍：

(3)

式中：M、N分別為有功、無功協調的控制參數，得到功率開銷為Pc，在時間段[Si-1,Si)內儲能有功無功出力約束為

H(c)=wy+[xp+yp]+P

(4)

1.2 儲能容量控制的最佳配置函數建立

分析主動配電網儲能匹配參數，以電源、儲能及可控負荷等為約束參數，采用分布式的主動配電網儲能開銷調節的方法，進行主動配電網儲能的能量均衡控制，得到儲能系統充放電效率為

Ai=H(c)+(t+Ni(t))+(tf+s(l))

(5)

式中：t和Ni(t)分別表示主動配電網儲能容量的時間采樣點和耦合系數；tf和s(l)分別表示節點i的最大傳輸功率和總功率，在總的時間開銷確定的情況下，得到主動配電網儲能匹配的尋優函數為

dg=f+tf+s(l)

(6)

式中：f為有功無功協調調度的方法參數，構建能量匹配模型，得到主動配電網儲能匹配目標函數為

(7)

式中：z為主動配電網儲能匹配參數，在滿足代價函數最小的條件下，根據分解協調原理[9]，得到主動配電網儲能容量的加速梯度分解函數：

w(n)=k(h)+[rs+rv]+Qx

(8)

式中：k(h)為主動配電網儲能容量最佳尋優函數；rs、rv為不同電壓增益和開關頻率調節參數，得到主動配電網儲能容量控制的最佳配置函數：

(9)

式中：e0為主動配電網儲能容量的初始值；gv為主動配電網儲能容量控制的模糊尋優控制向量；W(p)是關于p的二次函數，采用分布式的主動配電網儲能開銷調節的方法，分析主動配電網儲能開銷，根據全網數據的采集和監測結果，實現儲能容量配比控制[10-13]。

2 儲能容量配比的最佳控制

2.1 分布式的主動配電網儲能參數優化匹配

采用模糊決策算法實現主動配電網儲能容量配置過程中的尋優調度，以能耗輸出最小為約束參量，結合模糊決策算法[14]，得到分布式的主動配電網儲能控制的時間延遲記為

(10)

式中：Vi為配電網節點i的儲能調度概率參數；分析輸入側和輸出側回流功率，得到電壓增益為t，向量x=[x1x2…xk]表示分布式的主動配電網儲能節點的模糊調制向量；Me為分布式主動配電網儲能的能耗開銷拓撲結構，分布式的主動配電網儲能節點的輸出功率損失為

fk=xi(m)+Me+Ws(k)

(11)

分析分布式的主動配電網儲能節點i的能量綜合開銷，得到電壓增益為xi(m)，在回流功率均顯著增強的條件下，得到模糊匹配參量為

P=b(s)+fk+xi(m)

(12)

式中：b(s)為諧振電感的模糊決策結果參數，采用模糊決策尋優方法，得到主動配電網儲能容量控制的電壓穩態增益為

g(n)=‖tk+tg‖+P

(13)

式中：tk、tg分別表示分布式的主動配電網儲能參數，根據上述主動配電網儲能容量分布模型設計，結合主動配電網儲能開銷參數優化調節的方法，實現分布式的主動配電網儲能參數優化匹配。

2.2 最佳儲能容量均衡控制模型

分析主動配電網儲能容量二階錐規劃模型，根據潮流約束和配電網的分布式區間協調控制的方法，得到分布式的主動配電網儲能有功功率分布為

(14)

式中：R0為計算變化反射阻抗得到的輸出轉矩參數；hr為輸入有功功率分布值，得到分布式的主動配電網儲能分布的諧振目標函數為

Y=Du+fs(d)+hr

(15)

式中：fs(d)為線路參數的阻抗特征分布參數，得到主動配電網儲能的最佳均衡控制模型表示為

V(k)=pu+(ph+pb)

(16)

式中：pu為電流環動態；ph為電機的功率損耗；pb為耦合磁損耗。

根據上述分析，構建主動配電網儲能容量二階錐規劃模型，根據潮流約束和配電網的分布式區間協調控制方法，實現主動配電網儲能容量最佳配比控制設計。

3 試驗結果分析

為驗證本文方法在實現主動配電網儲能容量最佳配比控制中的應用性能，采用Matlab構建仿真試驗平臺，配電網儲能節點分布模型如圖1所示。

圖1 配電網儲能節點分布模型

給定配電網儲能節點個數為120，配電網的裝機容量分別為 800、600、500 kVA，視在功率為300 kVA，功率上下限為400 kW，根據上述參數設定，得到主動配電網的電流和電壓波形如圖2所示。

(a) 輸出電流

由圖2得知，本文方法進行主動配電網的主動配電網儲能容量參數調節，輸出電流和電壓的穩定性較好，在此基礎上實現對主動配電網儲能容量最佳配比控制，得到優化控制結果對比如圖3所示。

圖3 主動配電網儲能容量最佳配比控制輸出

由圖3得知，采用該方法進行主動配電網儲能容量配置的均衡性較高，實現容量最佳配比控制，測試輸出增益，結果如表1所示。

表1 配電網儲能輸出增益控制 dB

由表1得知，本文方法通過容量最佳匹配控制，提高配電網的輸出增益。

4 結束語

構建優化的主動配電網能量均衡控制模型，結合主動能量控制的方法，通過參數自適應調節和配網控制算法設計，實現對主動配電網儲能容量最佳配比控制，本文提出基于模糊決策算法的主動配電網儲能容量最佳配比方法。采用模糊決策算法實現主動配電網儲能容量配置過程中的尋優調度，根據潮流約束和配電網的分布式區間協調控制的方法，結合主動配電網儲能開銷參數優化調節的方法，實現分布式的主動配電網儲能參數優化匹配。研究得知，本文方法進行主動配電網儲能容量控制的輸出匹配性能較好，提高了輸出增益。